Tot ce trebuie să ştiţi despre EtherNet/IP şi IIoT

S-ar putea să observaţi că astăzi există mai puţine dispozitive Ethernet, deoarece reţelele fără fir devin din ce în ce mai populare, dar reţeaua Ethernet rămâne o parte integrantă a vieţii noastre de zi cu zi, fie că este vorba de conexiunea principală la internet sau de televizorul dvs. inteligent. În mediile industriale, Ethernet reprezintă o evoluţie semnificativă. EtherNet/IP include binecunoscutul „IP”, similar cu cel pe care îl utilizaţi pentru a vă conecta la internet. În acest context, însă, termenul înseamnă Industrial Protocol (Protocol industrial), o adaptare inteligentă pentru aplicaţii industriale.

Instrumentele de teren se pot conecta prin Ethernet folosind cabluri şi conectori similari cu cei folosiţi acasă. Desigur, aplicaţiile industriale necesită versiuni mai robuste pentru a rezista condiţiilor exigente, dar principiul rămâne acelaşi. Pe scurt, deja înţelegeţi multe despre modul în care funcţionează aceste „noi” dispozitive Ethernet industriale. Acum că am stabilit cât de familiară este această tehnologie, să ne îndreptăm atenţia asupra detaliilor care o diferenţiază.

În anii 1990, o mică echipă de la ControlNet International Ltd. a început să dezvolte ceea ce avea să devină în cele din urmă protocolul EtherNet/IP. Până în anii 2000, au realizat că era necesar un sprijin suplimentar pentru ca proiectul să avanseze. La vremea respectivă, finanţarea participativă nu era o opţiune, aşa că au urmat căile tradiţionale.

Au încheiat un parteneriat cu Open DeviceNet Vendors Association (ODVA), o organizaţie a producătorilor de automatizări înfiinţată în 1995. ODVA a acceptat să colaboreze la dezvoltarea protocolului EtherNet/IP. În 2009, dezvoltatorii iniţiali au transferat întreaga responsabilitate pentru protocol către ODVA şi membrii săi. În prezent, ODVA menţine şi promovează Common Industrial Protocol (CIP™) şi tehnologiile conexe, inclusiv ControlNet®, CompoNet® şi DeviceNet®.

Dincolo de dezvoltarea protocolului, ODVA asigură interoperabilitatea între furnizori şi sisteme – o provocare complexă în automatizarea industrială. Organizaţia pledează pentru utilizarea componentelor comerciale standard (COTS) şi a tehnologiilor Internet şi Ethernet nemodificate pentru a simplifica integrarea şi adoptarea.

Bazat pe CIP şi urmând modelul de interconectare a sistemelor deschise (Open Systems Interconnection - OSI), precum şi suita standard TCP/UDP, EtherNet/IP este o reţea Ethernet flexibilă, cea mai bună din clasa sa, şi un standard IEC deschis. Acesta vă permite să conectaţi senzori de teren, controlere şi sisteme de control în aceeaşi reţea.

Implementarea sa este vastă, astfel încât veţi găsi şi controale de putere (motoare, acţionări, dispozitive soft starter etc.) şi controale discrete (I/IO de siguranţă, roboţi etc.). Posibilităţile sunt numeroase, deoarece camerele IP, conexiunea fără fir şi telefoanele IP se pot fi, de asemenea, în reţea. Toate aceste caracteristici demonstrează că standardul EtherNet/IP este mai mult decât pregătit pentru extinderea IIoT.

În loc să descriem întregul standard aici, vom enumera principalele puncte pe care trebuie să le cunoaşteţi:

• IEEE 802.3: Standard, Ethernet, protocolul de sincronizare a ceasurilor în cadrul unei reţele (Precision Time Protocol) (IEEE-1588)
• IEC: Comisia Electrotehnică Internaţională – IEC 61158
• ODVA: protocol industrial comun (CIP)
• IETF: Grupul de lucru pentru ingineria internetului, protocol de internet standard (IP)

În plus, EtherNet/IP adaugă CIP la stratul de sesiune, dar urmează şi cadrul protocolului pentru modelul OSI. Consultaţi graficul:

În cele din urmă, puteţi avea multe modalităţi de comunicare. Stratul fizic permite utilizarea conexiunii fără fir, a cablurilor de cupru, a fibrelor şi multe altele. Apoi, stratul de legătură pentru date permite diferite standarde, în funcţie de stratul fizic – de exemplu, IEEE 802.3 (fibră), IEEE 802.3 sau 802.1 (cupru) şi IEEE 802.11 (WiFi).

Chiar şi noul strat fizic avansat (Ethernet-APL) are doar 2 fire pentru alimentare şi comunicaţie, chiar şi în zone periculoase!

Tehnologia Ethernet a cunoscut o adevărată evoluţie de la 10 Mbps, topologie de tip magistrală/arbore şi comunicaţie semi-duplex la 100 Mbps şi 1 Gbps, full-duplex şi topologie tip stea bazată pe comutator/router. Această evoluţie a oferit reţelelor Ethernet capacitatea de a fi compatibile cu sisteme industriale critice.

EtherNet/IP este o infrastructură activă, cu segmente de reţea care utilizează conexiuni punct-la-punct într-o topologie în stea. Nucleul acestei topologii constă în interconectarea comutatoarelor de nivel 2 şi nivel 3. Aceste comutatoare sunt compatibile cu multe noduri punct la punct. .

Reţeaua EtherNet/IP poate fi compatibilă, de asemenea, cu topologii liniare şi inelare unice cu toleranţă la erori. Pentru aceasta, utilizează comutatoare încorporate şi tehnologia Device Level Ring (DLR). Aceste topologii alternative pot fi combinate pentru a optimiza traseul cablurilor şi aspectul comunicaţiilor.

Deşi am putea intra în detalii tehnice complexe despre reţeaua EtherNet/IP, vom fi scurţi şi la obiect, rezumând principalele subiecte în trei întrebări. Răspunsurile vă vor oferi o bază solidă pentru a înţelege mai bine reţeaua.

EtherNet/IP se bazează pe standardul IP TCP/UDP, dar de la ce vine acesta? TCP (protocolul de control al transmisiei) asigură un transfer de date fiabil, dar lent, într-un pachet sau cadru de trimitere cu adresă precisă. De exemplu, e-mailurile şi navigarea pe web utilizează conexiuni TCP, care sunt utile pentru transmiterea datelor de diagnosticare, în timp ce UDP este util pentru datele de intrare/ieşire (I/O) în aplicaţiile de automatizare sau control.

Acum, când trecem la UDP (protocol de diagramă informaţii pentru utilizator), găsim o conexiune mult mai rapidă, dar fără garanţia că datele transferate vor ajunge la destinatar.  Aici avem pachete sau cadre de trimitere cu adresă precisă, cu difuzare multiplă şi de difuzare, cum ar fi pentru transferul în flux de muzică sau de clipuri video.

Da, EtherNet/IP a fost dezvoltat pentru a putea să coexiste cu alte aplicaţii TCP/IP. Iată câteva exemple de aplicaţii TCP/IP pe care le veţi întâlni frecvent pe piaţă:

• HTTP – protocol de transfer hipertext
• SNMP – protocol simplu de gestionare a reţelei
• Modbus/TCP
• OPC UA

Reţeaua este compusă din elemente esenţiale care permit comunicarea între dispozitive şi sistemul de control. EtherNet/IP are trei clase care identifică componentele şi modul în care sunt utilizate.

• Scaner: clasa scanerului mapează variabilele de intrare şi ieşire ale reţelei în cicluri, definite prin timpul de actualizare. Exemple: PLC-uri şi controlere
• Mesagerie: clasa de mesagerie acceptă mesagerie explicită, mai degrabă decât date de intrare/ieşire (I/O) în timp real. Exemple: diagnosticare, instrumente de configurare a reţelei, sisteme SCADA şi HMI
• Adaptor: clasa adaptorului oferă funcţii specifice dispozitivelor cu protocol EtherNet/IP încorporat. Exemple: senzori, supape, gateway-uri.

EtherNet/IP este o comunicaţie digitală, care ne extinde orizonturile pentru integrare şi utilizarea datelor. Urmând conceptul NAMUR NOA, puteţi extrage informaţii direct din reţea, utilizând un dispozitiv periferic, şi le puteţi trimite către diverse tipuri de servicii cloud. De exemplu, ecosistemul Netilion IIoT de la Endress+Hauser acceptă acum dispozitive EtherNet/IP în mai multe moduri; le puteţi utiliza în serviciile Analytics, Library, Health şi Value, precum şi pe dispozitive terţe în Analytics şi Library. Aceste servicii vă îmbunătăţesc datele, oferindu-vă informaţiile potrivite oriunde v-aţi afla. Fiecare serviciu are avantaje relevante pentru sarcinile zilnice.

Serviciile IIoT sunt o modalitate uşoară de acces la informaţiile relevante din instrumentele dvs. de teren. Acestea vă oferă o modalitate confortabilă şi sigură pentru integrarea cu serviciile cloud şi avansarea în industria dvs., înregistrarea de progrese spre noi niveluri de întreţinere, îmbunătăţirea producţiei şi multe altele.