Hayden Ali, nettverksingeniør
Industriell Ethernet-ordliste
Industrielle Ethernet-kommunikasjonsprotokoller
Ethernet blir allestedsnærværende og kostnadseffektivt, med vanlige fysiske koblinger og økt hastighet. Som sådan går mange industrielle kommunikasjonsprotokoller over til Ethernet-baserte løsninger. Ethernet-kommunikasjon med TCP/IP er vanligvis ikke-deterministisk, og reaksjonstiden er ofte rundt 100 ms. Industrielle Ethernet-protokoller bruker et modifisert Media Access Control-lag (MAC) for å oppnå svært lav ventetid og deterministiske svar. Ethernet muliggjør også en fleksibel nettverkstopologi og et fleksibelt antall noder i systemet. La oss se på noen av de populære industrielle Ethernet-protokollene i detalj.
EtherCAT, en protokoll optimalisert for prosessdata, bruker standard IEEE 802.3 Ethernet-rammer. Hver slavenode behandler datagrammet sitt og setter inn de nye dataene i rammen mens hver ramme passerer gjennom. Prosessen håndteres i maskinvare slik at hver node introduserer minimum behandlingsforsinkelse, noe som muliggjør raskest mulig responstid. EtherCAT er MAC-lagprotokollen og er gjennomsiktig for alle Ethernet-protokoller på høyere nivå som TCP/IP, UDP, webserver osv. EtherCAT kan koble til opptil 65,535 XNUMX noder i et system, og EtherCAT-master kan være en standard Ethernet-kontroller, og dermed forenkle nettverkskonfigurasjonen. På grunn av den lave latensen til hver agentnode, leverer EtherCAT fleksible, rimelige og nettverkskompatible industrielle Ethernet-løsninger.
Ethernet/IP er en applikasjonslagsprotokoll på toppen av TCP/IP. EtherNet/IP bruker standard fysisk Ethernet, datalink, nettverk og transportlag mens du bruker Common Industrial Protocol (CIP) over TCP/IP. CIP tilbyr et standardsett med meldinger og tjenester for industrielle automatiseringskontrollsystemer, og det kan brukes i flere fysiske medier. For eksempel kalles CIP over CAN-buss DeviceNet, CIP over det dedikerte nettverket kalles ControlNet og CIP over Ethernet kalles EtherNet/IP. EtherNet/IP etablerer kommunikasjon fra en applikasjonsnode til en annen gjennom CIP-tilkoblinger over en TCP-tilkobling, og flere CIP-tilkoblinger kan opprettes over én TCP-tilkobling.
PROFINET er et mye brukt industrielt Ethernet av store industrielt utstyrsprodusenter som Siemens og GE. Den har tre forskjellige klasser. PROFINET Klasse A gir tilgang til et PROFIBUS-nettverk gjennom en proxy, og kobler Ethernet og PROFIBUS med en ekstern prosedyre som kaller på TCP/IP. Syklustiden er rundt 100 ms, og det er den
mest brukt for parameterdata og syklisk I/O. Den typiske applikasjonen inkluderer infrastruktur og bygningsautomatisering. PROFINET Klasse B, også referert til som PROFINET Real-Time (PROFINET RT), introduserer en programvarebasert sanntidstilnærming og har redusert syklustiden til rundt 10 ms. Klasse B brukes vanligvis i fabrikkautomatisering og prosessautomatisering. PROFINET Class C (PROFINET IRT), er isokron og sanntid, og krever spesiell maskinvare for å redusere syklustiden til mindre enn 1 ms for å levere tilstrekkelig ytelse på sanntids industriell Ethernet for bevegelseskontrolloperasjoner. PROFINET RT kan brukes i PLS-type applikasjoner, mens PROFINET IRT passer godt for bevegelsesapplikasjoner. Branch og Star er de vanlige topologiene som brukes for PROFINET. Nøye topologiplanlegging er nødvendig for at PROFINET-nettverk skal oppnå den nødvendige ytelsen til systemet.
POWERLINK ble opprinnelig utviklet av B&R. Ethernet POWERLINK er implementert på toppen av IEEE 802.3 og tillater derfor et fritt utvalg av nettverkstopologi, krysskobling og hotplug. Den bruker en polling- og tidsskjæringsmekanisme for datautveksling i sanntid. En POWERLINK-master eller "Managed Node" kontrollerer tidssynkroniseringen gjennom pakkejitter i området 10s av nanosekunder. Et slikt system egner seg for alle typer automasjonssystemer alt fra PLS-til-PLS-kommunikasjon og visualisering ned til bevegelse og I/O-kontroll. Barrierer for å implementere POWERLINK er ganske lave på grunn av tilgjengeligheten av åpen kildekode stack-programvare. I tillegg er CANopen en del av standarden som muliggjør enkle systemoppgraderinger fra tidligere Fieldbus-protokoller.
Sercos III er tredje generasjon av det serielle sanntidskommunikasjonssystemet (Sercos). Den kombinerer on-the-fly pakkebehandling for å levere sanntids Ethernet og standard TCP/IP-kommunikasjon for å levere industrielt Ethernet med lav latens. På samme måte som EtherCAT, behandler en Sercos III-slave pakken ved å trekke ut og sette inn data til Ethernet-rammen på farten for å oppnå lav ventetid. Sercos III skiller inn- og utdata i to rammer. Med syklustider fra 31.25 mikrosekunder er den like rask som EtherCAT og PROFINET IRT. Sercos III støtter ring- eller linjetopologi. En viktig fordel med å bruke ringtopologi er kommunikasjonsredundans. Selv om ringen ryker på grunn av svikt i en slave, får alle gjenværende slaver fortsatt Sercos III-rammene med inn-/utdata. Sercos III kan ha 511 slavenoder i ett nettverk og er mest brukt i servodrivkontroller.
Tidssensitiv nettverk (TSN) er en Ethernet-utvidelse definert av Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) designet for å gjøre Ethernet-baserte nettverk mer deterministiske. TSN er et lokalnettverk (LAN) - en løsning på nivå som kan fungere med ikke-TSN Ethernet, men aktualitet er kun garantert innenfor TSN LAN. Du kan gruppere TSN-standarder basert på hvilken brukssituasjon det løser: et felles syn på tid, garantert maksimal ventetid eller sameksistens med bakgrunn eller annen trafikk. Som enhver populær standard er TSN-verktøykassen med standarder i utvikling.