Centralizacja i automatyzacja przemysłu sprawiły, że potrzeby w zakresie wydajności komunikacji między urządzeniami przemysłowymi znacznie wzrosły. Proces ma przebiegać sprawnie, wydajnie i bez zakłóceń. Odpowiedź na tego rodzaju potrzeby stanowi sieć Ethernet i związane z nią 2 kluczowe protokoły: PROFINET i EtherNet/IP. Jak działa każdy z nich? Czym się cechują?
Spis treści
Co to jest Ethernet przemysłowy?
Co to jest Ethernet przemysłowy? Sieć Ethernet powstała w latach 70. XX wieku i z czasem została opisana jako standard IEEE 802.3. W praktyce stanowi ona grupę produktów dla sieci lokalnych i umożliwia komputerom komunikację w sieci. Ethernet przemysłowy to zespół światowych standardów związanych z komunikacją sieciową pomiędzy komputerami, maszynami oraz innymi urządzeniami stosowanymi w przemyśle. Najpopularniejszy obecnie na świecie standard sieciowy może składać się z różnego rodzaju architektur, do których można dodawać nowe elementy.
W Ethernecie przemysłowym kluczową rolę odgrywa wydajność i niezawodność funkcjonowania sieci. Dane przesyłane pomiędzy urządzeniami muszą być poprawnie nadawane i odbierane, aby zapewnić prawidłowe działanie całych zakładów przemysłowych. Sieć Ethernet dzieli przesyłane dane na krótkie fragmenty (ramki), a każdy z nich zawiera konkretne informacje (m.in. na temat tego, skąd i dokąd są przekazywane dane). Dzięki temu działa w stabilny sposób.
Ewolucja sieci Ethernet
Warto mieć świadomość tego, że początkowo Ethernet funkcjonował jedynie w klasycznych sieciach komputerowych – sposób działania sieci nie umożliwiał jej wdrożenia do branży przemysłowej, która podlega licznym rygorom, nie stawianym przez klasyczne sieci. Aby wyeliminować te problemy, niezależni producenci zaczęli modyfikować tę technologię. Ich celem było umożliwić szybką wymianę pakietów z poleceniami, które powinny być wykonywane natychmiastowo.
Efektem ich działań jest to, że nowoczesny Ethernet umożliwia bezpośrednie podłączenie do sieci różnego rodzaju urządzeń (w tym maszyn, ale i pojedynczych czujników czy modułów wykonawczych), wymienianie danych pomiędzy panelami operatorskimi, serwerami czy robotami. Sposób działania sieci pozwala także na sprawną komunikację między urządzeniami podłączonymi do architektury a elementem, jakim jest sterownik PLC.
W przemysłowych sieciach Ethernet prędkości transmisji wynoszą od 10 Mbps do 1 Gbps. Aby sieć funkcjonowała w prawidłowy sposób, stosuje się w niej deterministyczne protokoły, w tym PROFINET i EtherNet/IP.
Znaczenie i rola Ethernetu przemysłowego we współczesnych systemach automatyki przemysłowej
Ethernet przemysłowy przyczynił się do rewolucji w zakresie zarządzania operacjami realizowanymi w przemyśle. Sieć tworzy niezawodne środowisko do komunikacji, a dane są przekazywane i odbierane z optymalną prędkością, bez zakłóceń. Wysoka przepustowość, minimalizacja opóźnień i wysoka stabilność wpływają pozytywnie na efektywność działań w przemyśle.
Protokół umożliwia również integrację różnego rodzaju urządzeń oraz systemów w jedną sieć. Dzięki temu różne komponenty, które są do niej podłączone, mogą ze sobą współpracować – wymieniać dane i reagować na zachodzące zmiany.
Protokół Ethernet ma na tyle skalowalną architekturę, że umożliwia dopasowanie budowy i parametrów sieci do konkretnych potrzeb. Dzięki temu podmioty działające w przemyśle mogą nie tylko tworzyć sieci na miarę swoich potrzeb, ale również je rozbudowywać i adaptować do zmieniających się wymogów.
Ethernet przemysłowy działa na uznanych standardach protokołów sieciowych, dlatego można go z łatwością zintegrować z systemami IT służącymi m.in. do analizowania, monitorowania i zarządzania danymi.
Ethernet stanowi fundament działalności nowoczesnych systemów automatyki przemysłowej. Umożliwia komunikację pomiędzy urządzeniami należącymi do sieci, a także ich zintegrowanie. Wszystko to bezpośrednio przekłada się na maksymalizację wydajności procesów przemysłowych.
Profinet i EtherNet/IP – charakterystyka protokołów
W Ethernecie przemysłowym kluczowe znaczenie odgrywają dwa protokoły: PROFINET i EtherNet/IP. Czym wyróżnia się każdy z nich?
PROFINET – charakterystyka standardu komunikacji
Co to jest PROFINET? To przemysłowy protokół ethernetowy, który został stworzony przez firmę Siemens wspólnie z organizacją PNO (Profibus User Organization) z myślą o automatyce przemysłowej i kontroli procesów przemysłowych. Umożliwia on komunikację pomiędzy urządzeniami w czasie rzeczywistym. Protokół łączy cechy technologii Profibus DP z uniwersalnymi rozwiązaniami o charakterze ethernetowym, dzięki czemu utrzymuje wysoki poziom kompatybilności z urządzeniami klasycznymi czy tymi stosowanymi w przeszłości w ramach automatyki przemysłowej.
Czas transmisji danych w protokole został podzielony na cyklicznie i występujące po sobie naprzemiennie okresy. Umożliwiają one komunikację opartą na protokołach TCP/IP. Sposób komunikacji znakomicie sprawdza się w sieci PROFINET, wykorzystywanej m.in. do przesyłu danych pomiędzy serwerami, panelami operatorskimi, sterownikami i aplikacjami zainstalowanymi na komputerach PC. Pakiety czasu rzeczywistego przesyła się w tym wypadku w wyznaczonych oknach czasowych, co minimalizuje opóźnienia.
Z sieci Profinet korzystają m.in. takie podmioty jak Siemens czy Phoenix Contact, co świadczy o jej niezawodności i zgodności z najwyższymi standardami jakości.
PROFINET a PROFIBUS – porównanie sieci
PROFINET a PROFIBUS – co łączy sieci i czym różnią się od siebie poszczególne opcje? Pierwsza z nich to uniwersalna sieć komunikacyjna, a jej działanie jest oparte na standardach ethernetowych. Z kolei PROFIBUS to klasyczna sieć polowa. Obie opcje mogą być stosowane w branży przemysłowej: w środowisku przemysłowym, z uwzględnieniem trudnych warunków. PROFINET umożliwia jednak znacznie szybsze przesyłanie danych i podłączenie do sieci większej liczby urządzeń.
EtherNet/IP – najważniejsze informacje na temat sieci
IP/EtherNet – czym jest? Jest to standardowy protokół komunikacji wykorzystywany w sieciach przemysłowych. Magistrala jest oparta na sieci Ethernet i umożliwia wdrażanie jej technologii w automatyce przemysłowej. Tę technologię wprowadzono na rynek już w 2001 roku. Szybko zyskała popularność i obecnie jest najbardziej rozwiniętym rozwiązaniem z zakresu sieci przemysłowej.
Wdrożenie EtherNet/IP umożliwia m.in.:
- prostą integrację urządzeń znajdujących się w sieci;
- osiągnięcie wysokiej prędkości w przesyłaniu danych;
- połączenie dużej ilości urządzeń, znajdujących się w stosunkowo dużych odległościach od siebie;
- sprawną konwergencję;
- skuteczne kontrolowanie, zbieranie i konfigurowanie danych w sieci.
EtherNet/IP jest oparty na protokole TCP/IP, co umożliwia sprawną integrację z rozwiązaniami sieciowymi i z zakresu IT.
Podsumowanie
Ethernet przemysłowy stanowi podstawę funkcjonowania przemysłu – bezpośrednio wpływa na wydajność realizowanych procesów, a także stabilność funkcjonowania poszczególnych podmiotów. Wdrożenie odpowiednio dopasowanych, wydajnych i niezawodnych protokołów sieciowych, jak np. PROFINET oraz EtherNet/IP, wpływa bezpośrednio na sposób funkcjonowania sieci, a także wydajność realizowanych procesów przemysłowych. W związku z tym warto dobrać konkretne narzędzia do indywidualnych potrzeb, aby tym samym wpłynąć pozytywnie na aspekty techniczne związane z automatyzacją przemysłu i maksymalizacją wydajności.