Новости

Как Ethernet появился в промышленности?

Впервые Ethernet появился в 1970-х годах. Тогда эта технология локальной сети (LAN, local area network) рассматривалась как способ быстрого общения на офисном уровне и передачи больших объемов данных с большей скоростью. Высокая емкость данных Ethernet рассматривалась как идеальное решение для сетей офисного уровня, поскольку в этих сценариях применения несколько клиентов должны использовать одну и ту же сеть для обмена информацией.


Хотя персональные компьютеры идеально настроены для Ethernet, промышленные сети низкого уровня, такие как DeviceNet ™ или PROFIBUS®, традиционно лучше всего подходят для управления данными ввода-вывода и управления заводским оборудованием. Чтобы помочь этим устройствам осуществить переключение, протокол управления передачей/Интернет-протокол (TCP/IP) предоставляет набор услуг, чтобы устройства могли общаться через сеть Ethernet. TCP/IP приобретает популярность, поскольку практически все основные компьютерные операционные системы сейчас используют Интернет и интрасети для внутреннего распространения информации. В сочетании с соответствующей производственной техникой это распределение распространяется на весь завод и позволяет каждому, от руководства высшего уровня и глобальных партнеров до внешних регулирующих организаций просматривать данные и состояние оборудования. С его помощью можно выполнять техническое обслуживание программ, надзорный контроль, документировать события и сбои в работе, обеспечивать связь для интерфейсов оператора и тому подобное.

Ethernet быстро становится сетью выбора для приложений промышленного управления высшего уровня, например, для подключения программируемых логических контроллеров, компьютеров и дисплеев HMI. Для промышленного использования доступны различные версии технологии Ethernet, включая EtherNet / IP ™ и Modbus-TCP. Обмен данными с помощью Ethernet базируется на модели «производитель-потребитель»: передающее устройство производит данные, которые одновременно принимаются или потребляются многими устройствами. Входящие/исходящие данные (I/O) и состояние оборудования - жизненно важная информация для обеспечения непрерывных, эффективных операций на производстве - передается от удаленного устройства к одному или нескольким программируемым логическим контроллерам (ПЛК), которые затем обрабатывают данные и передают их на ПК или другой предназначенное устройство верхнего уровня.

Основным преимуществом использования промышленной сети Ethernet является способность быстро передавать данные процесса на ПК или ПЛК в любой точке мира. В сетях Ethernet устройства используют схему IP-адресации, чтобы их могли «видеть» пользователи сети. Как правило, к настройке системы привлекают IT-отдел. Ключевое преимущество этой систематизации в том, что одна сеть может использоваться для всей информации в компании.

Хотя различные протоколы, основанные на технологии Ethernet (например, EtherNet / IP и Modbus-TCP), используют один и тот же физический уровень и могут работать на одном кабеле, они необязательно взаимодействуют между собой. Сообщения и протокол связи определяются по-разному для каждой из этих систем. Поэтому устройства Modbus-TCP не могут взаимодействовать с устройствами EtherNet / IP. Воспринимайте это как двух людей, которые говорят на разных языках; они говорят, используя одну и ту же функцию тела, но правила их языка разные. Еще одним недостатком является невозможность Ethernet передавать питания и сигнал по одному кабелю.

Физический уровень Ethernet облегчает передачу больших объемов данных и позволяет многим устройствам взаимодействовать между собой на большие расстояния. Конечно, большая пропускная способность в 100 Мбайт позволяет обрабатывать большие объемы данных и предоставлять больший доступ к отдельным устройствам. Однако весь этот трафик требует приоритетов, устанавливаемых с помощью коммутаторов Ethernet. В отличие от сетей низкого уровня, каждое устройство сети Ethernet должно подключаться к сети через коммутатор, это так называемая звездная топология. Эти коммутаторы содержат программный элемент для установления приоритетности данных, ограничивая линию допуска там, где это больше всего нужно, чтобы только желаемые данные были выведены на более высокий уровень. И хотя бытует мнение, что Ethernet дешевле во внедрении, чем сети низкого уровня, стоимость дополнительных коммутаторов нивелирует преимущества, которые обеспечивает Ethernet. Этот вопрос стоимости в сочетании с дополнительным временем, необходимым для настройки сетевых устройств и индивидуального подключения каждого устройства через коммутатор, делает Ethernet более пригодным для сложных сетей и оборудования, обеспечивающих жизненно важные данные для всего предприятия.

Хотя довольно привлекательно использовать Ethernet как единую сеть в пределах предприятия, сети низкого уровня все еще остаются известными в промышленном применении. Это связано, прежде всего, с тем, что для сетей низкого уровня доступен больший ассортимент продукции, а технология является привычной для персонала. Сети низкого уровня также позволяют монтаж линейной топологии, где устройства могут быть подключены друг к другу. Таким образом, устраняя необходимость в коммутаторах и дополнительной проводке сетей Ethernet. То, чем пользователь жертвует благодаря доступности технологий высшего уровня, можно компенсировать уменьшением времени, необходимого для настройки каждого устройства, и затрат на внедрение. По сути, пользователи должны определить, что является самым важным: обеспечить быстрый доступ к данным о процессе в любое время в любой точке мира, или иметь более широкий выбор продуктов и меньшие начальные инвестиции.

Теперь пользователи могут испытать лучшее из обеих сетей, используя шлюзы, которые могут передавать данные процесса низшего уровня в сеть Ethernet. Это решение особенно полезно для компаний, которые сейчас используют сеть низшего уровня, но желают перейти на Ethernet, не требуя полной модернизации производства. Шлюз взаимодействует с сетью низкого уровня с помощью своей обычной системы передачи, но имеет подключение Ethernet, которое затем передает данные процесса коммутатору, что, по сути, имитирует работу сети в Ethernet. Таким образом, пользователи могут получать данные уровня устройства с помощью компьютера через Интернет, и это не потребует IP-адреса для каждого устройства.

Еще одно достижение интегрирует технологию, которая используется в коммутаторах Ethernet, в модуле ввода-вывода. Включение такого коммутатора/модуля в систему позволяет не подключать все устройства к отдельному коммутатору Ethernet, а позволяет вводить линейную топологию. Эта и другие технологии постоянно улучшаются, чтобы помочь пользователям преодолеть некоторые ограничения Ethernet, и позволяют большему количеству компаний воспользоваться многими преимуществами, которые Ethernet может предоставить в современных условиях автоматизации.
Статьи