Vše, co potřebujete vědět o EtherNet/IP a IIoT

Možná si dnes všimnete méně ethernetových přístrojů, protože bezdrátové sítě se stávají stále populárnějšími, ale Ethernet zůstává nedílnou součástí našeho každodenního života – ať už jde o vaše primární internetové připojení, nebo o chytrou televizi. V průmyslovém prostředí představuje Ethernet významný vývoj. EtherNet/IP zahrnuje známou „IP“, podobnou té, kterou používáte pro připojení k internetu. V tomto kontextu se však jedná o zkratku pro Industrial Protocol, což je chytrá adaptace pro průmyslové aplikace.

Polní přístroje se mohou připojit přes Ethernet pomocí kabelů a konektorů, které se podobají těm, které se nacházejí doma. Průmyslové aplikace samozřejmě vyžadují robustnější verze, aby odolaly náročným podmínkám, ale princip zůstává stejný. Stručně řečeno, o tom, jak tyto „nové“ průmyslové ethernetové přístroje fungují, už toho hodně víte. Nyní, když jsme si ujasnili, jak běžná je tato technologie, pojďme se ponořit do detailů, které ji odlišují.

V 90. letech minulého století začal malý tým ve společnosti ControlNet International Ltd. vyvíjet to, co se nakonec stalo průmyslovým protokolem EtherNet/IP. Do roku 2000 si uvědomili, že pro pokrok v projektu je nezbytná další podpora. V té době nebyl crowdfunding možný, a tak se rozhodli pro tradiční cesty.

Spolupracovali s Open DeviceNet Vendors Association (ODVA), organizací výrobců automatizační techniky založenou v roce 1995. ODVA souhlasila se spoluprací na vývoji EtherNet/IP. V roce 2009 původní vývojáři přenesli plnou odpovědnost za protokol na ODVA a její členy. ODVA dnes udržuje a propaguje Common Industrial Protocol (CIP™) a související technologie, včetně ControlNet®, CompoNet® a DeviceNet®.

Kromě vývoje protokolů zajišťuje ODVA interoperabilitu napříč dodavateli a systémy, což je v průmyslové automatizaci složitá výzva. Organizace se zasazuje o používání komerčně dostupných komponent (COTS) a nemodifikovaných internetových a ethernetových technologií pro zjednodušení integrace a přijetí.

EtherNet/IP, založený na protokolu CIP a v souladu s modelem Open Systems Interconnection (OSI) a standardní sadou protokolů TCP/UDP, je flexibilní ethernetová síť nejvyšší třídy a otevřený standard IEC. Umožňuje propojit polní senzory, regulátory a řídicí systémy ve stejné síti.

Jeho implementace je rozsáhlá, takže zde najdete také řízení výkonu (motory, pohony, softstartéry atd.) a diskrétní řízení (bezpečnostní I/O, roboty atd.). Možností je spousta, protože do sítě lze připojit i IP kamery, WiFi a IP telefony. Všechny tyto vlastnosti ukazují, že EtherNet/IP je více než připraven na rozšíření IIoT.

Spíše než abychom zde popisovali celý standard, uvedeme hlavní body, které byste měli znát:

• IEEE 802.3: standardní ethernetový protokol pro přesný čas (IEEE 1588)
• IEC: Mezinárodní elektrotechnická komise – IEC 61158
• ODVA: společný průmyslový protokol (CIP)
• IETF: pracovní skupina pro internetové inženýrství, standardní internetový protokol (IP)

EtherNet/IP dále přidává CIP do vrstvy relace, ale také se řídí protokolovým rámcem modelu OSI. Podívejte se na grafiku:

Konečně, můžete mít mnoho způsobů komunikace. Fyzická vrstva umožňuje bezdrátové připojení, měděné kabely, optické vlákno a další. Datová linková vrstva pak umožňuje různé standardy v závislosti na fyzické vrstvě – například IEEE 802.3 (optické kabely), IEEE 802.3 nebo 802.1 (měď) a IEEE 802.11 (Wi-Fi).

Dokonce i nová pokročilá fyzická vrstva (Ethernet-APL) má pro napájení a komunikaci pouze dva vodiče, a to i v prostorách s nebezpečím výbuchu!

Technologie Ethernetu prošla skutečným vývojem od 10 Mbp, sběrnicové/stromové topologie a poloduplexní komunikace k 100 Mbp a 1 Gbp, plnému duplexu a hvězdicové topologii založené na přepínačích/routerech. Tento vývoj dal ethernetovým sítím schopnost podporovat kritické průmyslové systémy.

EtherNet/IP je aktivní infrastruktura, jejíž síťové segmenty využívají propojení typu point-to-point v hvězdicové topologii. Jádrem této topologie je propojení přepínačů vrstvy 2 a vrstvy 3. Tyto přepínače podporují mnoho uzlů typu point-to-point.

Síť EtherNet/IP může také podporovat lineární a jednorázové kruhové topologie odolné proti chybám. K tomu používá vestavěné přepínače a technologii Device Level Ring (DLR). Tyto alternativní topologie lze kombinovat pro optimalizaci vedení kabelů a rozložení komunikace.

I když bychom se mohli hlouběji zabývat technickými detaily sítě EtherNet/IP, budeme struční a výstižní a hlavní témata shrneme do tří otázek. Odpovědi vám poskytnou dobrý základ pro lepší pochopení sítě.

EtherNet/IP je založen na standardu TCP/UDP IP, ale co to vlastně znamená? TCP (transmission control protocol) zajišťuje spolehlivý, ale pomalý přenos dat v paketu nebo rámci unicast. Například e-maily a prohlížení webu používají TCP připojení, což je cenné pro přenos diagnostických dat, zatímco UDP je užitečné pro I/O data v automatizačních nebo řídicích aplikacích.

Když nyní přejdeme na UDP (user datagram protocol), najdeme mnohem rychlejší připojení, ale chybí mu záruka, že se přenášená data dostanou k příjemci.  Máme zde pakety nebo rámce unicast, multicast a broadcast, například pro streamování hudby nebo videa.

Ano, EtherNet/IP byl vyvinut, aby umožňoval koexistenci s dalšími aplikacemi TCP/IP. Zde je několik příkladů aplikací TCP/IP, které na trhu často vidíte:

• HTTP – protokol pro přenos hypertextu
• SNMP – jednoduchý protokol pro správu sítě
• Modbus/TCP
• OPC UA

Síť se skládá z klíčových prvků, které umožňují komunikaci mezi přístroji a řídicím systémem. EtherNet/IP má tři třídy, které identifikují komponenty a způsob jejich použití.

• Skener: Třída skeneru mapuje vstupní a výstupní proměnné sítě v cyklech, definovaných časem aktualizace. Příklady: PLC a kontroléry
• Zprávy: Třída zasílání zpráv podporuje explicitní zasílání zpráv namísto dat I/O v reálném čase. Příklady: diagnostika, nástroje pro konfiguraci sítě, systémy SCADA a HMI
• Adaptér: Třída adaptérů nabízí funkce specifické pro dané přístroje v přístrojích s vestavěným protokolem EtherNet/IP. Příklady: senzory, ventily, brány.

EtherNet/IP je digitální komunikace, která rozšiřuje naše obzory v oblasti integrace a využití dat. V souladu s konceptem NAMUR NOA můžete stahovat informace přímo ze sítě pomocí přístroje edge a odesílat je do různých druhů cloudových služeb. Například ekosystém IIoT Netilion od společnosti Endress+Hauser nyní podporuje přístroje EtherNet/IP několika způsoby; můžete je použít ve službách Analytics, Library, Health a Value, a přístroje třetích stran v Analytics a Library. Tyto služby vylepšují vaše data a poskytují vám ty správné informace, ať jste kdekoli. Každá služba má relevantní výhody pro každodenní úkoly.

Služby IIoT představují snadný způsob, jak získat přístup k relevantním poznatkům z vašich polních přístrojů. Poskytují vám pohodlný a bezpečný způsob integrace s cloudem a kroku vpřed ve vašem odvětví, posunu na novou úroveň údržby, zvýšení produkce a mnoho dalšího.