Jste zde

Ethernet vs. sériové protokoly v průmyslu

Libor Michalec, 4. Říjen 2018 - 8:48

Firmy si uvědomují, že vzájemné propojení strojů a včasná analýza jejich dat dokáže zvýšit jejich ziskovost. Analýza se provádí nejlépe v cloudu a pro přenos dat je zapotřebí bezpečná a spolehlivá komunikace. Jaké komunikační protokoly se používají?

Pro sběr dat ze strojů je nutné mít spolehlivou komunikaci, která zaručí bezpečný přenos až do cloudu. V minulosti byly pro komunikaci M2M použity sériové protokoly, včetně sběrnic PROFIBUS, CAN, Modbus nebo CC-Link. To vše se stále používá.

PROFIBUS

V současné době se používá v průmyslových automatizačních systémech. Tento protokol zajišťuje komunikaci procesních a pomocných dat až do rychlosti 12 Mb / s při podpoře až 126 adres.

Sběrnice CAN

Původně vyvinut pro automobilový průmysl, nyní nachází uplatnění i mimo něj. Rychlost sériové komunikace je až 1 Mb / s. Existují dva protokoly, CANopen a DeviceNet, které jsou standardizovány na sběrnici CAN. Tyto dva protokoly vyšší úrovně umožňují interoperabilitu se zařízeními ve stejné průmyslové síti. CANopen podporuje 127 síťových uzlů, zatímco DeviceNet podporuje 64 síťových uzlů.

Modbus

Je jednoduchý open- source protokol, který dokáže připojit až 247 uzlů. Má přenosovou rychlost až 115 kb / s a je snadno implementován na linkách RS-232 nebo RS-485.

CC-Link

Původně vyvinutý firmou Mitsubishi, je populární v Japonsku a Asii jako průmyslový síťový protokol. Tento protokol je na RS-485 schopen připojit až 64 síťových uzlů až do rychlosti 10 Mb / s.

Budoucnost patří Ethernetu

Mnoho sítí IIoT nyní směřuje k řešení založeným na ethernetu. Jednou z výhod Ethernetu je, že je flexibilní jak s topologií sítě, tak s počtem uzlů systému. Existuje mnoho průmyslových protokolů, které se dnes používají. EtherCAT, EtherNet / IP, PROFINET, POWERLINK, Sercos III, CC-Link IE a Modbus / TCP.

EtherCAT

Umožňuje zpracování paketů pro automatizační aplikace v reálném čase. Je optimalizován pro procesní data a používá standardní rámce IEEE 802.3 Ethernetu. EtherCAT umožňuje propojit až 65 535 uzlů systému=

EtherNet / IP

Je protokol aplikační vrstvy, který používá protokol Common Industrial Protocol (CIP) přes protokol TCP / IP. CIP je možné používat ve více fyzických médiích, jako je sběrnice CAN DeviceNet či ControlNet nebo Ethernet (EtherNet / IP). EtherNet / IP může mít neomezený počet uzlů systému, protože používá standardní ethernet a switche. Přestože je kompatibilní s řadou standardních internetových a ethernetových protokolů, má omezené schopnosti v reálném čase.

PROFINET

Je široce používaný hlavními výrobci zařízení v průmyslovém Ethernetu. Má tři různé třídy.

PROFINET Třída A používá vzdálené volání procedur TCP / IP a vytváří most mezi rozhraním Ethernet a PROFIBUS, kdy proxy zajistí přístup k síti PROFIBUS. Používá se většinou pro nastavení parametrů a cyklickou obsluhu vstupů / výstupů, kdy cyklus trvá přibližně 100 ms. PROFINET třídy A se obvykle používá pro infrastrukturu a automatizaci budov.
PROFINET třída B má dobu cyklu přibližně 10 ms a je založen na softwaru, který pracuje v reálném čase. Třída B je také označována jako PROFINET Real-Time (PROFINET RT). Tento protokol lze použít v aplikacích typu PLC. Obvykle se používá v továrně a automatizaci procesů.
PROFINET Třída C vyžaduje speciální hardware, aby bylo možné zkrátit dobu cyklu na méně než 1 ms, což mu umožní dostatečně přenášet výkon v reálném čase pro operace řízení pohybu. Třída C se také nazývá PROFINET IRT, protože je izochronní a pracuje v reálném čase.

Topologie pro PROFINET je typu „Branch“ nebo „Star“. Aby bylo možné realizovat požadovaný výkon systému, je nutné pečlivě volit topologii systému.

POWERLINK

Umožňuje volnou volbu topologie sítě, protože běží nad IEEE 802.3. Tento protokol využívá speciální techniku dotazování, která umožňuje výměnu dat v reálném čase. Je vhodný pro řadu automatizačních systémů od PLC to PLC komunikaci k řízení pohybu a ovládání vstupů / výstupů.

Sercos III

Je třetí generace protokolu sériového komunikačního systému v reálném čase (Sercos). Kombinuje technologii Ethernet v reálném čase, která umožňuje zpracování paketů za chodu a průmyslový Ethernet s nízkou latencí.

Cyklický čas je 31,25 μs, což je srovnatelné s časem u EtherCAT a PROFINET IRT. Sercos III podporuje použití topologie kruh nebo linie. Může mít až 511 síťových uzlů. Tento protokol se používá hlavně k ovládání servopohonů.

CC-Link IE

Též je rozšířen pod názvem CC-Link Industrial Ethernet má dvě verze: CC-Link IE Control a CC-Link Field.

CC-Link IE Control, vyvinuté pro rozhraní typu kontroler-kontroler, může mít až 120 síťových uzlů.
CC-Link IE Field, vyvinutý pro řízení pohybu a I / O komunikace, může mít až 254 síťových uzlů.

CC-Link IE podporuje pouze topologii prstence. Doba cyklu se liší podle počtu uzlů v síti.

Modbus / TCP

Je rozšíření protokolu Modbus. Tento protokol umožňuje zasílání zpráv Modbus přes TCP / IP na Ethernetu. Přestože je jednoduchá implementace na standardní síti Ethernet, časová a deterministická komunikace není zaručena.

Závěr

Pořád existuje několik sériových komunikačních protokolů, které se stále používají pro průmyslovou komunikaci. Nicméně, jak se vyvíjí IIoT, vyvíjí se také komunikační protokoly, a tak se zdokonalují protokoly založené na ethernetu. Průmyslové ethernetové řešení obecně poskytují lepší řešení v reálném čase. Jsou vysoce spolehlivé a mohou zpracovávat více síťových uzlů než systémy založené na čistě sériové komunikaci. Informace převzaty z https://www.digikey.com/en/blog/the-rise-of-the-industrial-internet-of-things.

Hodnocení článku: