Hayden Ali, Ağ Mühendisi
Endüstriyel Ethernet Sözlüğü
Endüstriyel Ethernet iletişim Protokolleri
Ethernet, ortak fiziksel bağlantılar ve artan hız ile her yerde bulunur ve uygun maliyetli hale geliyor. Bu nedenle, birçok endüstriyel iletişim protokolü Ethernet tabanlı çözümlere geçiyor. TCP/IP ile Ethernet iletişimleri tipik olarak belirleyici değildir ve tepki süresi genellikle 100 ms civarındadır. Endüstriyel Ethernet protokolleri, çok düşük gecikme süresi ve belirleyici yanıtlar elde etmek için değiştirilmiş bir Ortam Erişim Kontrolü (MAC) katmanı kullanır. Ethernet ayrıca esnek bir ağ topolojisi ve sistemde esnek sayıda düğüm sağlar. Popüler Endüstriyel Ethernet protokollerinden bazılarına ayrıntılı olarak bakalım.
EterCAT, işlem verileri için optimize edilmiş bir protokol, standart IEEE 802.3 Ethernet Çerçevelerini kullanır. Her bağımlı düğüm, datagramını işler ve her çerçeve geçerken yeni verileri çerçeveye ekler. İşlem donanımda gerçekleştirilir, böylece her düğüm minimum işlem gecikmesi sağlayarak mümkün olan en hızlı yanıt süresini sağlar. EtherCAT, MAC katmanı protokolüdür ve TCP/IP, UDP, Web sunucusu vb. gibi herhangi bir üst düzey Ethernet protokolüne karşı şeffaftır. EtherCAT, bir sistemde 65,535 adede kadar düğüme bağlanabilir ve EtherCAT ana, standart bir Ethernet denetleyicisi olabilir, böylece ağ yapılandırmasını basitleştirir. Her aracı düğümün düşük gecikme süresi nedeniyle EtherCAT, esnek, düşük maliyetli ve ağ uyumlu endüstriyel Ethernet çözümleri sunar.
Ethernet/IP TCP/IP'nin üstünde bir uygulama katmanı protokolüdür. EtherNet/IP, TCP/IP üzerinden Ortak Endüstriyel Protokolü (CIP) kullanırken standart Ethernet fiziksel, veri bağlantısı, ağ ve taşıma katmanlarını kullanır. CIP, endüstriyel otomasyon kontrol sistemleri için standart bir dizi mesaj ve hizmet sağlar ve birden çok fiziksel ortamda kullanılabilir. Örneğin, CAN veri yolu üzerinden CIP, DeviceNet olarak adlandırılır, özel ağ üzerinden CIP, ControlNet olarak adlandırılır ve Ethernet üzerinden CIP, EtherNet/IP olarak adlandırılır. EtherNet/IP, bir uygulama düğümünden diğerine bir TCP bağlantısı üzerinden CIP bağlantıları aracılığıyla iletişim kurar ve bir TCP bağlantısı üzerinden birden fazla CIP bağlantısı kurulabilir.
PROFINET Siemens ve GE gibi büyük endüstriyel ekipman üreticileri tarafından yaygın olarak kullanılan bir endüstriyel Ethernet'tir. Üç farklı sınıfı vardır. PROFINET Sınıf A, Ethernet ve PROFIBUS arasında TCP/IP üzerinden çağrı yapan uzak bir prosedürle köprü kuran bir proxy aracılığıyla PROFIBUS ağına erişim sağlar. Çevrim süresi 100 ms civarındadır ve
çoğunlukla parametre verileri ve döngüsel I/O için kullanılır. Tipik uygulama, altyapı ve bina otomasyonunu içerir. PROFINET Real-Time (PROFINET RT) olarak da adlandırılan PROFINET Class B, yazılım tabanlı gerçek zamanlı bir yaklaşım sunar ve döngü süresini yaklaşık 10 ms'ye düşürür. B Sınıfı genellikle fabrika otomasyonunda ve proses otomasyonunda kullanılır. PROFINET Class C (PROFINET IRT), hareket kontrol operasyonları için gerçek zamanlı endüstriyel Ethernet üzerinde yeterli performansı sağlamak üzere döngü süresini 1 ms'nin altına düşürmek için özel donanım gerektiren Eşzamanlı ve gerçek zamanlı. PROFINET RT, PLC tipi uygulamalarda kullanılabilirken, PROFINET IRT hareket uygulamaları için uygundur. Branch ve Star, PROFINET için kullanılan yaygın topolojilerdir. Sistemin gerekli performansını elde etmek için PROFINET ağları için dikkatli bir topoloji planlaması gereklidir.
GÜÇ BAĞLANTISI orijinal olarak B&R tarafından geliştirilmiştir. Ethernet POWERLINK, IEEE 802.3'ün üzerinde uygulanır ve bu nedenle, ağ topolojisi, çapraz bağlantı ve çalışır durumda takma için ücretsiz bir seçime izin verir. Gerçek zamanlı veri alışverişi için bir yoklama ve zaman dilimleme mekanizması kullanır. Bir POWERLINK yöneticisi veya "Yönetilen Düğüm", 10 sn'lik nanosaniye aralığındaki paket titreşimi aracılığıyla zaman eşitlemesini kontrol eder. Böyle bir sistem, PLC'den PLC'ye iletişim ve görselleştirmeden hareket ve G/Ç kontrolüne kadar her türlü otomasyon sistemi için uygundur. Açık kaynaklı yığın yazılımının mevcudiyeti nedeniyle POWERLINK uygulamasının önündeki engeller oldukça düşüktür. Ayrıca CANopen, önceki Fieldbus protokollerinden kolay sistem yükseltmelerine izin veren standardın bir parçasıdır.
Sercos III Seri Gerçek Zamanlı İletişim Sisteminin (Sercos) üçüncü neslidir. Düşük gecikme süreli endüstriyel Ethernet sağlamak için gerçek zamanlı Ethernet ve standart TCP/IP iletişimi sağlamak için anında paket işlemeyi birleştirir. EtherCAT'e çok benzeyen bir Sercos III slave, düşük gecikme süresi elde etmek için anında Ethernet çerçevesine veri çıkararak ve ekleyerek paketi işler. Sercos III, giriş ve çıkış verilerini iki çerçeveye ayırır. 31.25 mikrosaniyeden başlayan döngü süreleri ile EtherCAT ve PROFINET IRT kadar hızlıdır. Sercos III, halka veya hat topolojisini destekler. Halka topolojisini kullanmanın en önemli avantajlarından biri iletişim fazlalığıdır. Bir kölenin arızası nedeniyle halka kırılsa bile, geri kalan tüm bağımlılar yine de giriş/çıkış verileriyle birlikte Sercos III çerçevelerini alır. Sercos III, bir ağda 511 bağımlı düğüme sahip olabilir ve en çok servo sürücü kontrollerinde kullanılır.
Zamana duyarlı ağ iletişimi (TSN) Elektrik ve Elektronik Mühendisleri Enstitüsü (IEEE) tarafından tanımlanan, Ethernet tabanlı ağları daha belirleyici hale getirmek için tasarlanmış bir Ethernet uzantısıdır. TSN bir yerel alan ağıdır (LAN) - TSN olmayan Ethernet ile çalışabilen seviyeli bir çözümdür, ancak güncellik yalnızca TSN LAN içinde garanti edilir. TSN standartlarını çözdüğü kullanım durumuna göre gruplandırabilirsiniz: ortak bir zaman görünümü, garantili maksimum gecikme süresi veya arka plan veya diğer trafikle birlikte var olma. Herhangi bir popüler standart gibi, standartların TSN araç kutusu da gelişmektedir.