Industrijske mrežne rešitve za pametne tovarne

logo

Za medsebojno komuniciranje strojev in aparatov potrebujemo mrežne povezave, ki morajo zagotavljati stabilnost in učinkovitost pri vseh možnih kriterijih, ki jih pogojuje industrija.

Trenutno so na trgu trije glavni standardi - Fieldbus, Ethernet in Sydicate, ki se delijo na več podskupin.

Kot najbolj zanesljiv predhodnik Etherneta velja Profibus, ki je klasični serijski Fieldbus protokol, medtem ko Profinet predstavlja industrijski Ethernet protokol.

Oba spadata v skupino mrežnih povezav za komunikacijo industrijskih naprav, ki komunicirajo med seboj ali med različnimi delovnimi polji oz. med podmrežami.

Ker se uporabljata v industrijskem okolju morata biti vzdržljiva v primeru prahu, vlage, elektromagnetnih vplivov (EMC),… Hitrost PROFINET-a je nekje 1Gbit/s ali 100 Mbit/s, medtem ko PROFIBUS ne preseže hitrosti 12 Mbit/s. Maksimalno število naprav povezanih s PROFINET protokolom je 265 - praktično neomejeno, medtem ko se s PROFIBUS protokolom lahko povežemo z do največ 126 napravami.

Oba sta proizvod iste organizacije, zato obstajajo podobnosti v inženirskih konceptih, vključno z uporabo datotek GSD za določitev strojne opreme vsake naprave. Datoteke GSD za PROFIBUS so datoteke ASCII, medtem ko so za PROFINET to XML datoteke. Uporabnik ima s prehodom iz PROFIBUS na PROFINET koristi tudi zaradi podobnosti.
Prehod iz RS-485 v Ethernet je premik k sodobnejši tehnologiji, saj Ethernet protokol najdemo povsod in predstavlja prihodnost.

S komercialnim Ethernet napredkom napreduje tudi PROFINET. Na primer, ko se je PROFINET začel, je bil prenos podatkov s hitrostjo 100Mbit/s. PROFINET lahko deluje enako enostavno na današnjem Gigabit Ethernet-u (ali hitreje).

Z uporabo Ethernet baze dobimo večjo pasovno širino, večjo dolžino sporočil (paketov) in neomejen naslovni prostor. Čeprav po specifikacijah PROFINET ne omejuje naslovnega prostora, bodo posamezni krmilniki imeli omejitve na podlagi njihovega procesorja in pomnilnika.

Eden od razlogov, zakaj je PROFINET hitrejši, je uporaba modela ponudnik/potrošnik (provider / customer). Vsako vozlišče lahko komunicira, kjerkoli to potrebuje. Ker so omrežja Ethernet zdaj stikalna omrežja, v le-teh ni več trkov. PROFIBUS je dosegel omrežje brez trkov z uporabo pristopa nadzorne naprave (master) / podrejene naprave (slave); nadzorna naprava je bila vedno odgovorna za mrežo, vozlišča pa komunicirajo le, ko so bila pozvana.

Za povezavo z drugimi omrežji so posamezna podjetja ustvarila prehode (gateway) za prevode. PROFINET pa je naredil korak naprej, da je definiral proxy-je. Proxy-ji so kot prehodi, ki prevajajo eno omrežje na drugo, vendar so za razliko od klasičnih prehodov, opredeljeni v odprtem standardu.

Sporočila PROFIBUS se lahko prenašajo brezžično, vendar zahtevajo lastniške radijske postaje istega proizvajalca na obeh straneh. PROFINET, ki je standardni Ethernet in enostavno uporablja WiFi in Bluetooth. Za lažje razumevanje kdaj uporabiti enega namesto drugega, so nastale tako imenovane cone. Rjava cona - uporaba PROFIBUS. Zelena cona - uporaba PROFINET.

Lokacija rjava cona, ki že ima PROFIBUS, lahko še naprej dodaja vozlišča PROFIBUS. Če pa potrebujete dodatno funkcionalnost Ethernet-a, lahko dodate majhen projekt PROFINET. Za zeleno cono pa zagotovo potrebujete PROFINET, kar predstavlja prihodnost v industriji.

Legenda:

TCP/IP Transmission Control Protokol / internet Protocol - Internetni sklad protokolov
Osebek TCP sprejema uporabniške tokove podatkov od krajevnih procesov, jih razdeli v dele krajše od 64K zlogov (v praksi po navadi od 1.500 zlogov) in pošlje vsak kos kot en IP datagram. Vsak poslan paket ima svojo številko in je potrjen s strani prejemnika. Če je odsek za pošiljanje večji, kot je največja prenosna enota (MTU - Maximum Transmision Unit), se ta razbije na fragmente, ki so dovolj majhni za pošiljanje in so tudi oštevilčeni, na sprejemni strani pa se odsek obnovi iz prispelih delov. Za omrežja Ethernet je največja prenosna enota enaka 1.500 zlogov.

Internetni sloj ne zagotavlja pravilnega prenosa datagramov. Za to skrbi TCP.

TCP je povezovalni protokol, zato se najprej vzpostavi povezava med odjemalcem in strežnikom. Pri povezavi je določen odjemalčev IP naslov in vrata (vrata lahko zavzemajo vrednost od 1 do vključno 65535), ter strežnikov IP naslov in vrata, na katerih čaka na servis strežnika.

IP naslov povezan z določenimi vrati tvorita vtičnica (socket) in par odjemalčeve ter strežnikove vtičnice s tem dobimo povezavo TCP, ki je edinstveno določena. Glava (header) paketa TCP vsebuje izvorni naslov IP in vrata, ciljni naslov IP in vrata, zaporedno številko paketa, številko potrditve in kontrolne zastavice. Kontrolni zastavici, pomembni za gradnjo požarnega zidu, sta ACK in SYN.

Ethernet je po definiciji odprto omrežje, ki omogoča vsakomur, da kadar koli prenaša (verjetnostni prenosni medij), razen, če se ne izkorišča nenormalno visoke pasovne širine, je Ethernet zgrajen ob predpostavki, da vozlišča verjetno ne bodo hkrati prenašala paketov. Ethernet imenuje ta koncept "CSMA-CD" (Carrier Sense Multiple Access - Collision Detect), kar pomeni, da lahko vozlišča na več skupnih nosilcih dostopajo do medija in prenašajo kadar to želijo, hkrati pa so odgovorni za odkrivanje trkov in ponovni prenos svojih podatke, če se trki pojavijo.

To zveni kot grozna podlaga za omrežje v realnem času, vendar res ni tako slabo. Sodobna Ethernet omrežja namesto vozlišč uporabljajo omrežna stikala, kar odpravlja možnost trkov. Z uporabo stikal, PROFINET skladnosti razreda A in B naprave uporabljajo standardno Ethernet infrastrukturo, da dosežejo čas cikla, ki je krajši od 1 milisekunde in tresenje približno 10-100μs. To je standardni komunikacijski kanal "Real-Time" (RT) PROFINET.

Legenda:

Industrijski Ethernet - požarni zid / NAT-usmerjevalnik
Industrijski usmerjevalniki običajno nudijo veliko funkcij. Odvisno od aplikacije. Od vseh možnih funkcij običajno uporabimo samo nekaj. Zelo pomembno je, da minimiziramo potrebno delo za IP integracijo strojev v mrežah višjega nivoja.

Usmerjevalnik s požarnim zidom/NAT za aplikacije ki prioritetno potrebujejo varnost mreže in prevod mrežnih naslovov (NAT – Network Address Translation). Tak usmerjevalnik ima integriran statusni inšpekcijski požarni zid s fleksibilnim 2 smernim paketnim filtriranjem (WAN/LAN vhodni in izhodni), s tem zanesljivo ščiti Industrijske IP mreže. S pomočjo funkcije 1:1 NAT in IP posredovanje/virtualno mapiranje lahko fleksibilno integrirate ekvivalentne IP podmreže brez potrebe po prilagajanju strojne mreže na višji produkcijski mreži. Novi usmerjevalnik je najbolj učinkovita izbira za integracijo sistemov z istim IP naslovnim prostorom.

Ethernet: Naslovi in promet
Plast medijev (Media Layer):

Topologije mrež
Za uresničitev vozlišč v omrežju Ethernet je potrebno uporabiti aktivne stikalne naprave. Neupravljana stikala ali upravljana stikala podjetja LAPP.

ETHERLINE ACCESS U5T / U8T

Lastnosti:

Prednosti:

ETHERLINE ACCESS M5T / M8T

Lastnosti:

Prednosti:

Koristi:

Lapp, d.o.o.
Limbuška cesta 2
2341 Limbuš 
E-pošta: Ta e-poštni naslov je zaščiten proti smetenju. Za ogled potrebujete Javascript, da si jo ogledate.
Tel.: +386(0)2 421 35 53
www.lappslovenija.si

Več o članku si preberite v PDF reviji!