อภิธานศัพท์อีเทอร์เน็ตอุตสาหกรรม

โปรโตคอลการสื่อสารอีเธอร์เน็ตอุตสาหกรรม

อีเธอร์เน็ตกำลังเป็นที่แพร่หลายและคุ้มค่า ด้วยการเชื่อมโยงทางกายภาพทั่วไปและความเร็วที่เพิ่มขึ้น ด้วยเหตุนี้ โปรโตคอลการสื่อสารทางอุตสาหกรรมจำนวนมากจึงเปลี่ยนไปใช้โซลูชันที่ใช้อีเทอร์เน็ต โดยทั่วไปแล้ว การสื่อสารอีเทอร์เน็ตกับ TCP/IP นั้นไม่สามารถกำหนดได้ และเวลาตอบสนองมักจะอยู่ที่ประมาณ 100 มิลลิวินาที โปรโตคอลอีเทอร์เน็ตอุตสาหกรรมใช้เลเยอร์ Media Access Control (MAC) ที่ได้รับการปรับเปลี่ยนเพื่อให้ได้เวลาแฝงที่ต่ำมากและการตอบสนองเชิงกำหนด อีเธอร์เน็ตยังเปิดใช้งานโทโพโลยีเครือข่ายที่ยืดหยุ่นและจำนวนโหนดในระบบที่ยืดหยุ่น เรามาดูรายละเอียดโปรโตคอล Industrial Ethernet ยอดนิยมบางส่วนกัน

อีเธอร์แคทซึ่งเป็นโปรโตคอลที่ปรับให้เหมาะสมสำหรับข้อมูลกระบวนการ ใช้มาตรฐาน IEEE 802.3 Ethernet Frames แต่ละโหนดสเลฟจะประมวลผลดาต้าแกรมและแทรกข้อมูลใหม่ลงในเฟรมในขณะที่แต่ละเฟรมกำลังผ่าน กระบวนการนี้ได้รับการจัดการในฮาร์ดแวร์ ดังนั้นแต่ละโหนดจึงมีเวลาแฝงในการประมวลผลขั้นต่ำ ทำให้มีเวลาตอบสนองที่เร็วที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ EtherCAT เป็นโปรโตคอลเลเยอร์ MAC และโปร่งใสกับโปรโตคอลอีเธอร์เน็ตระดับสูงกว่า เช่น TCP/IP, UDP, เว็บเซิร์ฟเวอร์ เป็นต้น EtherCAT สามารถเชื่อมต่อได้สูงสุด 65,535 โหนดในระบบ และ EtherCAT ต้นแบบสามารถเป็นตัวควบคุมอีเทอร์เน็ตมาตรฐาน ซึ่งจะทำให้การกำหนดค่าเครือข่ายง่ายขึ้น เนื่องจากเวลาแฝงต่ำของแต่ละโหนดเอเจนต์ EtherCAT จึงนำเสนอโซลูชันอีเทอร์เน็ตอุตสาหกรรมที่ยืดหยุ่น ต้นทุนต่ำ และเข้ากันได้กับเครือข่าย

EtherNet / IP เป็นโปรโตคอลชั้นแอปพลิเคชันที่อยู่ด้านบนของ TCP/IP EtherNet/IP ใช้อีเทอร์เน็ตแบบฟิสิคัลมาตรฐาน ดาต้าลิงค์ เครือข่าย และทรานสปอร์ตเลเยอร์ ในขณะที่ใช้ Common Industrial Protocol (CIP) บน TCP/IP CIP จัดเตรียมชุดข้อความและบริการมาตรฐานสำหรับระบบควบคุมอัตโนมัติทางอุตสาหกรรม และสามารถใช้ในสื่อกายภาพหลายสื่อ ตัวอย่างเช่น CIP บน CAN บัสเรียกว่า DeviceNet, CIP บนเครือข่ายเฉพาะเรียกว่า ControlNet และ CIP บนอีเทอร์เน็ตเรียกว่า EtherNet/IP EtherNet/IP สร้างการสื่อสารจากโหนดแอปพลิเคชันหนึ่งไปยังอีกโหนดหนึ่งผ่านการเชื่อมต่อ CIP ผ่านการเชื่อมต่อ TCP และสามารถสร้างการเชื่อมต่อ CIP หลายรายการผ่านการเชื่อมต่อ TCP เดียว

กำไร เป็นอีเทอร์เน็ตอุตสาหกรรมที่ใช้กันอย่างแพร่หลายโดยผู้ผลิตอุปกรณ์อุตสาหกรรมรายใหญ่ เช่น Siemens และ GE มีสามคลาสที่แตกต่างกัน PROFINET Class A ให้การเข้าถึงเครือข่าย PROFIBUS ผ่านพร็อกซี การเชื่อมอีเทอร์เน็ตและ PROFIBUS ด้วยกระบวนการระยะไกลที่เรียกใช้บน TCP/IP รอบเวลาอยู่ที่ประมาณ 100 มิลลิวินาที และนั่นคือ

ส่วนใหญ่ใช้สำหรับข้อมูลพารามิเตอร์และวงจร I/O แอปพลิเคชันทั่วไปประกอบด้วยโครงสร้างพื้นฐานและระบบอัตโนมัติในอาคาร PROFINET Class B หรือที่เรียกว่า PROFINET Real-Time (PROFINET RT) นำเสนอแนวทางเรียลไทม์บนซอฟต์แวร์ และลดรอบเวลาลงเหลือประมาณ 10 มิลลิวินาที โดยทั่วไปแล้วคลาส B จะใช้ในระบบอัตโนมัติในโรงงานและกระบวนการอัตโนมัติ PROFINET Class C (PROFINET IRT) เป็นแบบ Isochronous และเรียลไทม์ โดยต้องใช้ฮาร์ดแวร์พิเศษเพื่อลดรอบเวลาให้น้อยกว่า 1 มิลลิวินาที เพื่อให้มีประสิทธิภาพเพียงพอบนอีเทอร์เน็ตอุตสาหกรรมแบบเรียลไทม์สำหรับการดำเนินการควบคุมการเคลื่อนไหว PROFINET RT สามารถใช้กับแอปพลิเคชันประเภท PLC ได้ ในขณะที่ PROFINET IRT เหมาะสำหรับแอปพลิเคชันประเภทการเคลื่อนไหว สาขาและดาวเป็นโทโพโลยีทั่วไปที่ใช้สำหรับ PROFINET จำเป็นต้องมีการวางแผนโทโพโลยีอย่างรอบคอบสำหรับเครือข่าย PROFINET เพื่อให้ได้ประสิทธิภาพตามที่ต้องการของระบบ

พาวเวอร์ลิงค์ ได้รับการพัฒนาโดย B&R Ethernet POWERLINK ใช้งานบน IEEE 802.3 ดังนั้นจึงอนุญาตให้เลือกโทโพโลยีเครือข่าย การเชื่อมต่อข้าม และฮอตปลั๊กได้ฟรี มันใช้กลไกการสำรวจและการแบ่งส่วนเวลาสำหรับการแลกเปลี่ยนข้อมูลตามเวลาจริง POWERLINK ต้นแบบหรือ “Managed Node” ควบคุมการซิงโครไนซ์เวลาผ่านแพ็กเก็ต jitter ในช่วง 10 วินาทีของนาโนวินาที ระบบดังกล่าวเหมาะสำหรับระบบอัตโนมัติทุกประเภท ตั้งแต่การสื่อสารแบบ PLC-to-PLC และการแสดงภาพ ไปจนถึงการเคลื่อนไหวและการควบคุม I/O อุปสรรคในการนำ POWERLINK ไปใช้งานนั้นค่อนข้างต่ำเนื่องจากความพร้อมใช้งานของซอฟต์แวร์สแต็กโอเพ่นซอร์ส นอกจากนี้ CANopen ยังเป็นส่วนหนึ่งของมาตรฐานซึ่งช่วยให้สามารถอัพเกรดระบบจากโปรโตคอล Fieldbus รุ่นก่อนหน้าได้อย่างง่ายดาย

เซอร์คอส III เป็นรุ่นที่สามของ Serial Real-time Communication System (Sercos) มันรวมการประมวลผลแพ็กเก็ตแบบ on-the-fly สำหรับการส่งอีเธอร์เน็ตตามเวลาจริงและการสื่อสาร TCP/IP มาตรฐานเพื่อส่งมอบอีเทอร์เน็ตอุตสาหกรรมที่มีความหน่วงต่ำ เช่นเดียวกับ EtherCAT ทาส Sercos III ประมวลผลแพ็กเก็ตโดยการแยกและแทรกข้อมูลไปยังเฟรมอีเธอร์เน็ตแบบทันทีทันใดเพื่อให้ได้เวลาแฝงที่ต่ำ Sercos III แยกข้อมูลอินพุตและเอาต์พุตออกเป็นสองเฟรม ด้วยรอบเวลาตั้งแต่ 31.25 ไมโครวินาที จึงเร็วเท่ากับ EtherCAT และ PROFINET IRT Sercos III รองรับโทโพโลยีแบบวงแหวนหรือแบบเส้น ข้อได้เปรียบที่สำคัญอย่างหนึ่งของการใช้โทโพโลยีแบบวงแหวนคือความซ้ำซ้อนของการสื่อสาร แม้ว่าวงแหวนจะแตกเนื่องจากความล้มเหลวของสเลฟหนึ่ง ตัวสเลฟที่เหลือทั้งหมดยังคงได้รับเฟรม Sercos III พร้อมข้อมูลอินพุต/เอาต์พุต Sercos III สามารถมีโหนดสเลฟได้ 511 โหนดในเครือข่ายเดียว และใช้มากที่สุดในการควบคุมไดรฟ์เซอร์โว

เครือข่ายที่ไวต่อเวลา (TSN) เป็นส่วนขยายอีเธอร์เน็ตที่กำหนดโดย Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) ที่ออกแบบมาเพื่อทำให้เครือข่ายที่ใช้อีเทอร์เน็ตกำหนดได้มากขึ้น TSN เป็นเครือข่ายเฉพาะที่ (LAN) ซึ่งเป็นโซลูชันระดับที่สามารถทำงานร่วมกับอีเทอร์เน็ตที่ไม่ใช่ TSN ได้ แต่รับประกันความตรงเวลาภายใน TSN LAN เท่านั้น คุณสามารถจัดกลุ่มมาตรฐาน TSN ตามกรณีการใช้งานที่แก้ไข: มุมมองทั่วไปของเวลา รับประกันเวลาแฝงสูงสุด หรือการอยู่ร่วมกับพื้นหลังหรือทราฟฟิกอื่นๆ เช่นเดียวกับมาตรฐานยอดนิยมอื่นๆ กล่องเครื่องมือของมาตรฐาน TSN กำลังพัฒนา