Hodnota průmyslového Ethernetu pro komunikaci

Dodavatelé produktů v oblasti průmyslové automatizace vždy hledají konkurenční výhodu a komunikace vždy představovala odlišující faktor. Od prvních válek o průmyslové sběrnice až po současnou řadu protokolů založených na Ethernetu je komunikace stále v popředí zájmu. Uživatelé si mohou myslet, že všechny sítě Ethernet musejí být přibližně stejné, ale vezměte v úvahu následující.

Ethernet se stal všudypřítomným, a to z dobrých důvodů. Díky velikosti a síle světa informačních technologií (IT) vznikají nákladově efektivní a vysoce výkonné produkty, které by se mohly uplatnit v průmyslovém světě. Koncoví uživatelé očekávají, že produkty budou fungovat ihned po vybalení z krabice, a všichni se zajímají o bezpečnost a především o spolehlivost dat mezi koncovými zařízeními. Vzhledem k tomu, že kybernetická bezpečnost je všudypřítomným problémem, existuje mnoho hardwarových a softwarových řešení, která lze vyvinout a znovu použít pro bezpečnost a zabezpečení průmyslových sítí.

Protokoly, produkty a aplikace

Různé protokoly průmyslového Ethernetu jsou určeny pro různé účely. Použité řešení závisí na vybraném dodavateli a aplikaci, v níž se mají produkty použít. Výběr produktů je často určující pro to, které protokoly průmyslového Ethernetu mají být použity. Protokoly jsou technologie na pozadí, jež zajišťují provoz, a málokdy je třeba znát jejich vnitřní fungování. Některé protokoly jsou navrženy tak, aby byly vysoce výkonné, jiné se zaměřují na efektivitu komunikace a další jsou určeny pro architektury typu klient/server nebo publikování/odběr.

Tyto komunikační protokoly Ethernetu potřebujeme k získávání dat z mnoha různých zařízení. Také OPC UA je komunikační mechanismus, který usnadňuje modelování dat a přenos informací, a je důležité, aby všechny protokoly průmyslového Ethernetu s OPC UA bez problémů spolupracovaly.

Co je technologie sítí TSN?

Ethernet, spravovaný organizací IEEE v rámci skupiny norem IEEE 802.3, se neustále vylepšuje. V roce 2017 tato organizace vydala standard IEEE pro místní a metropolitní sítě – časování a synchronizace pro časově senzitivní aplikace. Časově senzitivní sítě (Time-Sensitive Networks – TSN) umožňují zařízením a aplikacím, které komunikují pomocí mnoha protokolů průmyslového Ethernetu a komerčních sítí, koexistovat na stejném fyzickém kabelu. To usnadňuje sbližování provozních a IT sítí a přináší:

1. zjednodušení architektury tím, že všechna zařízení sdílí jeden kabel;
2. snížení nákladů díky zjednodušení sítí;
3. usnadnění správy zpřístupněním zařízení přes sítě IT;
4. zvýšení spolehlivosti díky kategorizaci/prioritizaci provozu;
5. urychlení digitální transformace zpřístupněním dat z řídicích prvků.

Díky těmto funkcím chytrého závodu jsou vysoce konkurenceschopné a připravené na budoucnost.

Technologie TSN, která měla své počátky v audiovizuálních a automobilových aplikacích, se ukázala jako užitečná pro průmyslové použití. Průmyslový trh potřeboval způsob, jak zajistit determinismus, vysoký výkon a spolehlivost dat. Zároveň bylo nutné, aby na stejném fyzickém vedení bylo spravováno a koexistovalo více komerčních protokolů Ethernet a průmyslových protokolů Ethernet. 

TSN: Více sítí a determinismus

TSN je technologie založená na standardu, která se nachází na druhé, linkové vrstvě modelu OSI a rozšiřuje možnosti současných sítí Ethernet. TSN je popsána v souboru dílčích norem Ethernetu IEEE 802.1 a zaměřuje se na zajištění determinismu a konvergence více datových toků v jedné síti. Dvě důležité dílčí normy TSN, které tyto schopnosti poskytují, jsou IEEE 802.1 AS a IEEE 802.1 Qbv.

První zajišťuje synchronizaci všech zařízení v síti, což je základem determinismu. Jakmile je v síti zaveden sdílený čas, IEEE 802.1 Qbv definuje „časově orientované tvarovače“. Ty definují specifické „časové sloty“, které jsou přiřazeny různým typům síťového provozu, jež mají prioritu podle přenášených informací. Díky tomu mohou různé typy datového provozu procházet sítí předvídatelným způsobem, což dále podporuje deterministickou komunikaci. Tato metoda podporuje konvergenci více typů provozu a možnost propojení světa provozních technologií (PT) a světa IT.

TSN z pohledu koncového uživatele

Trh průmyslové automatizace je ekosystémem koncových uživatelů, kteří zadávají projekty výrobcům strojů a ti zase hledají dodavatele, kteří mohou nabídnout produkty a řešení splňující tyto specifikace. TSN poskytuje jednodušší síťovou architekturu a odpovídající návrhy strojů, takže kombinace aplikací a zařízení může v klidu koexistovat. Jak mohou výrobci strojů a systémoví integrátoři konfigurovat a spravovat integrovaná řešení a předávat znalosti koncovým uživatelům, kteří stroje udržují a používají? Pomáhají v tom zjednodušené architektury a snadno spravovatelná zařízení.

Všechny organizace zabývající se průmyslovým Ethernetem chtějí, aby jejich protokoly fungovaly, konfigurovaly se a udržovaly co nejsnadněji. Přijetí těchto protokolů průmyslového Ethernetu závisí na snadnosti použití, spolehlivosti, výkonu a schopnosti realizovat složité operace, jako je polohování a bezpečnost.

Interoperabilita průmyslové sítě

Dodavatelé chtějí vyrábět produkty, které fungují. Uživatelé chtějí kupovat produkty, chápou koncept interoperability více dodavatelů a používají produkty různých dodavatelů nezávisle na sítích a technologiích, na nichž jsou provozovány. Očekává se, že zařízení a aplikace pro průmyslové a komerční provozy budou bez problémů fungovat na stejném fyzickém vedení. Je základním předpokladem, že komerční aplikace by neměly ovlivňovat průmyslové aplikace PT, pokud jde o řízení.

A pak je zde OPC UA. OPC UA není protokol, ale iniciativa OPC UA nazvaná komunikace na úrovni pole (Field Level Communications – FLC), která využívá technologii TSN k provozování komplexních aplikací. Integrace dat a informací mezi IT a PT je nyní vedlejším produktem technologie TSN. Organizace OPC Foundation spolupracuje s organizacemi zabývajícími se průmyslovým Ethernetem na využití sítí TSN a na homogenní koexistenci s různými aplikacemi a sítěmi.

Konvergence podporovaná sítěmi TSN posiluje přenos dat v rámci celého podniku a umožňuje koncovým uživatelům mnohem větší transparentnost procesů. Tato transparentnost dovoluje získávat více dat z průmyslových aplikací a zařízení, analyzovat je a transformovat do smysluplně využitelných informací pro lepší údržbu a vyladění provozu. Informace mohou být využity a poskytovat potřebný přehled pro optimalizaci výkonu, produktivity a efektivity, což vede ke zlepšení kvality produktů. Šířka pásma je důležitá, ale interoperabilita je důležitější. Uživatelé si mohou být jisti, že systémy spolu mohou komunikovat a průmyslové řízení může pokračovat bez přerušení.

Thomas Burke, globální strategický poradce, CC-Link Partner Organization, obsahový partner společnosti CFE Media and Technology. Upravil Chris Vavra, ředitel pro webový obsah časopisu Control Engineering, CFE Media and Technology, Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript..