Ipari Ethernet protokollok

Az ipari Ethernet megelőzte a hagyományos terepi buszokat új rendszerek telepítésének tekintetében már 2017-ben a HMS felmérése szerint. 2019-ben az Ethernet alapú hálózatok 59%-át, míg a terepi buszok 35%-át tette ki ezeknek az új rendszereknek.

Ez a jellegű változás valószínűleg az IIoT eszközök elterjedésének köszönhető, hiszen sok esetben az Ethernet alapú protokollok képesek a megszokott alkalmazások mellett működni (mint például az MQTT vagy HTTP). A piacon szintén 6% mértékű, jelentős szerepet töltenek be a vezeték nélküli kommunikációs formák. Ezekkel az eszközökkel lehetőség van megspórolni a kábelezés költségét, illetve sok esetben az okostelefonok számára is lehetővé teszik akár a vizualizációs vagy konfigurációs felületként való használatot.

Az EtherNet/IP vezető szerepet foglal el ezek között a kommunikációs formák között elsősorban az Amerikai Egyesült Államokban és Ázsiában való elterjedtsége miatt. A hazánkban erősen elterjedt ModbusRTU és ModbusTCP világszinten összességében csak 9%-ot tesz ki.

Miért inkább Ethernet?

Több érv is szól amellett, hogy miért érdemes a gyártóknak és a felhasználóknak is inkább az Ethernet alapú kommunikációs formák mellett dönteniük:

Gyors kommunikációs sebesség, Gigabites hálózatok
Sok esetben alacsonyabb költségek
Világszerte elfogadott, magas fokú támogatottság
Könnyen illeszthető már meglévő és működő rendszerekhez
Sokkal nagyobb mennyiségű adatpontok kezelésére alkalmas
Jó zavartűrés, és akár redundáns hálózatokat is könnyen ki lehet vele alakítani

Általánosságban elmondható, hogy egy új terepibusz vonal megvalósítása szinte biztosan hardverbővítéssel jár, míg egy Ethernet alapú kommunikáció már meglévő eszközök esetén akár pár kattintással aktiválható.

Mindenki alkalmazkodik

Az eredeti kommunikációs protokollok nem voltak rosszak, viszont az Ethernet adta új lehetőségeket kihasználva mindegyik hatalmasat fejlődhetett.

A Modbus esetében az eredetileg soros kommunikációra optimalizált működést gyakorlatilag szinte változtatás nélkül TCP csomagokban továbbítják manapság is. A szintén jól ismert DeviceNet protokoll a CIP (Common Industrial Protocol) CAN buszon való alkalmazása, ami Ethernet és TCP/IP, illetve UDP/IP alapokon újragondolva az EtherNet/IP nevet kapta. A PROFIBUS ezekkel szemben szinte egy teljes mértékű újratervezésen és optimalizáláson esett át, és szinte teljesen új protokollként jelent meg a PROFINET is.

Nem TCP/IP, hanem Industrial Protocol!

Sokan mikor EtherNet/IP-val találkoznak, az IP rövidítést az internet működését ismerve az Internet Protocol rövidítéssel párosítják. Alapvetően ez a TCP/IP kommunikációt jelentené, ami nagyon sok más protokoll alapját képezi, többek között az EtherNet/IP-ját is.

Ezzel szemben ez a protokoll ennél jóval többet takar. A TCP/IP protokoll páros csupán két eszköz közötti hálózati kapcsolat megteremtésében szerepel, míg az EtherNet/IP magába foglalja az OSI modell legfelső rétegeit is, amit a CIP ír le. A CIP egy szigorúan objektum orientált felsőbb rétegű protokoll, amit az ODVA fejleszt. Minden CIP objektum rendelkezik attribútumokkal, szolgáltatásokkal, kapcsolatokkal és viselkedési modellekkel. Ezeknek az objektumoknak a közös együttműködése Ethernet TCP/IP-n (vagy esetleg UDP/IP- n) alkotja a teljes EtherNet/IP funkcionalitást.

Előnyök és hátrányok

Az esetek többségében a rendszerek tervezésekor több kommunikációs protokoll is rendelkezésre áll. Ez lehetséges a használni kívánt gyártó képességei miatt vagy lehetséges akár a helyi preferenciák miatt is.

Miért érdemes mellette dönteni:

Platform- és gyártófüggetlen, nagyon sok eszköz támogatja
Egyszerű Scanner/Adapter (Master/Slave) kommunikációs modell
Soft, vagy speciális esetekben Hard real-time működésre is képes
IP alapú, így könnyen menedzselhető megszokott hálózati eszközökkel
Gyakorlatilag minden alkalmazási területre van valamilyen formában megoldása
Nagy mennyiségű adatpontok kezelésére is képes

Mi lehet hátrány:

TCP/IP alapú, ezért valamivel lassabb, erőforrás igényesebb
Bonyolultabb a használata például a ModbusTCP-hez képest
Bizonyos eszközök a betöltött funkciójuk miatt már licenckötelesek lehetnek

WAGO illeszkedése

A WAGO automatizálási termékek egyik legnagyobb erőssége, hogy számos kommunikációs protokollt ismernek, így szinte bármilyen rendszerbe képesek illeszkedni. Ez így van EtherNet/IP esetén is.

EtherNet/IP adapter/slave eszközök lehetnek:

Kommunikációs csatolók – 750-3xx
IP67 védettségű terepi csatolók – 765-x5xx
Programozható vezérlők – 750-8xx vagy 750-8xxx is
Programozható kijelzők – 762-x3xx
Edge vezérlők – 752-8303/8000-0002

EtherNet/IP szkenner/ master eszközök lehetnek:

Második generációs programozható PFC vezérlők – 750-8x1x
Programozható kijelzők – 762-x3xx
Edge vezérlők – 752-8303/8000-0002

A szkenner funkció használatához minden eszköz esetén kiegészítő licenc szükséges, ami 750 szériájú vezérlők esetén 2759-273/211-1000, más eszközök esetén pedig 2759-276/211-1000 cikkszámon érhető el. A funkció kipróbálására van lehetőség, az e!COCKPIT 30 nap próbaverziót biztosít minden alkalmazás számára. A licenc feltöltése akár a rendszer telepítése után, utólag is megtörténhet.

Szkenner funkcionalitás, e!COCKPIT konfigurátor

Kizárólag e!COCKPIT 1.10 és frissebb verziók esetén érhető el a konfigurátor, illetve kizárólag FW19 és frissebb verziók esetén képes az eszköz szkennerként működni.

1. Leendő szkenner projekthez adása

2. Ethernet konfiguráció beolvasása (utólag is lehetséges, de a program letöltése előtt meg kell történnie)

3. EDS fájl importálása

Amennyiben a kiválasztott eszköz Ethernet/IP funkciója nem érhető el e!COCKPIT-ben (például régebbi 750-352 csatoló vagy más gyártó eszközei), akkor az eszköz leíró EDS fájlját hozzá kell adni a szoftverhez

4. Adapter projekthez adása

5. Megfelelő kapcsolat / útvonal konfigurálása (ebben a példában író/olvasó jogosultságú kapcsolat szerepel)

Az adapterrel a szkenner többfajta kapcsolatot is létrehozhat, amiket egy útvonal definiál. Az esetek többségében az EDS fájlok már tartalmazzák ezeket az útvonalakat, így már csak az eszköz által közzétett memóriaterület előzetes megadása szükséges. A WAGO csatolók WBM felülete segít a méretek megadásában.