Real-time Ethernet решения
Начало > Автоматизация > Статии > Сп. Инженеринг ревю - брой 6, 2005
Ethernet технологиите навлизат все по-широко в областта на индустриалната автоматизация
Въпреки че Ethernet е световно приет стандарт, широко разпространен в офисните и корпоративните комуникации, доскоро ефективното му използване в областта на индустрията бе подложено на сериозни съмнения. Основни пречки пред масовото навлизане на стандарта в индустриалната автоматизация бяха проблеми, свързани със сигурността на Ethernet мрежите, зависимостта им от времето за трансфер на данни, отсъствието на стандарт на приложно ниво, необходимостта от разработване на активно оборудване, подсигурено за работа в индустриални условия и др. Оказаната подкрепа от редица мощни в областта на индустриалната автоматизация компании доведе до разработването на Ethernet базирани комуникационни технологии, работещи в реално време, съобразени със специфичните изисквания в областта на индустрията. Днес Ethernet решения се използват успешно на всички йерархични нива от системите за автоматичен контрол и управление на процесите в производствени предприятия от сферата на индустрията - от полевото ниво до общозаводските информационни системи. В настоящия брой ви представяме специфики на две от широко разпространените Ethernet базирани решения за индустриална автоматизация в реално време - EtherNet/IP и PROFinet.
Комуникационната технология PROFinet
На специалистите по индустриална автоматизация е известно, че PROFinet е fieldbus стандарт за автоматизирани системи с разпределена архитектура. PROFinet е базиран на обектно-ориентирани IT стандарти, като TCP/IP, Ethernet, XML и COM. Все по-широко се използва като Ethernet решение за индустриален контрол и управление в реално време. PROFinet е дефиниран с международния стандарт IEEE 802.3. Съвместим е с PROFIBUS-DP. Поддръжката на TCP/IP позволява внедряването на PROFinet в съществуващи Ethernet решения. Най-новите възможности на стандарта са залегнали в последната за момента - трета, версия на PROFinet.
В ерата на вертикалната интеграция на системите за индустриална автоматизация PROFinet V3 се разглежда като усъвършенстван вариант на постигнатото от PROFinet V2. Запазва адаптивността на комуникационните мрежи към специфичните за конкретната индустриална задача изисквания, въведена във версии 1 и 2 на стандарта. Разширява досегашния обхват на приложение на стандарта с възможността за използването му в традиционно запазената за специализирани комуникационни магистрали сфера на управление на движения (motion control). PROFinet V3 е отворен комуникационен стандарт, в концепцията на който е залегнала възможността за интеграция на съществуващи автоматизирани системи в бъдещите комуникационни структури. Твърди се, че отвореността на стандарта позволява интеграцията на съществуващи Profibus системи в PROFinet автоматизирани решения.
На пазара е новата версия PROFinet V3
Днес, в началото на XXI век Real-time Ethernet решенията се разглеждат като базови условия за интегриране на Ethernet концепцията в областта на индустриалната автоматизация. В ролята на индустриален комуникационен стандарт, Ethernet осигурява унифицирана инфраструктура, във висока степен интегрирани комуникации и използване на IT стандарти за диагностика и сервиз. Най-новата версия на стандарта PROFinet, който, както бе подчертано, е сред Real-time Ethernet решенията за индустриална автоматизация, съответства на интегрирания системен подход и позволява неограничен TCP/IP достъп.
Изисквания за комуникация в реално време се поставят при автоматизацията на значителна част от индустриалните приложения. Характеристика на комуникацията в реално време е т.нар. време на реакция на системата. Счита се, че за преимуществена част от индустриалните процеси необходимият период на реакция на системата покрива диапазона от 10 до 100 ms. За решаване на подобни автоматизационни задачи, предпоследната версия на стандарта PROFinet V2 поддържа оптимизиран софтуерно-базиран комуникационен канал. За изохронни приложения в областта на машиностроенето, обаче, към които са поставени високи изисквания по отношение на динамичните характеристики, използването на чисто софтуерно решение не е рационално. В класическия си вид, Ethernet не поддържа напълно детерминиран режим на предаване на информация.
Разработен е Switched Ethernet
Разработен като комуникационен стандарт за офисни и корпоративни приложения, обхватът на приложение на стандарта Ethernet се ограничава от недостатъчната широчина на покриваната честотна лента. Следователно, Ethernet не удовлетворява съществуващите в индустрията изисквания по отношение трансфера на големи обеми информация и свързването на значителен брой точки към магистралата. Общият стремеж на разработчиците и потребителите на индустриални комуникационни технологии в посока развитие на Ethernet концепцията води до създаването на т.нар. Switched Ethernet. Базиран е на point-to-point комуникация и е развит с оглед бъдещето на индустриалните комуникации, когато концентраторите (хъбовете) като технология окончателно изчерпат възможностите си за развитие. Специфики на Switched Ethernet са по-големият обем на предаваните информационни пакети, изцяло дуплексната комуникация, осигуряваща едновременно предаване на информация и в двете посоки и улеснен достъп до магистралата. Недостатък на Switched Ethernet е несиметричната комуникация, което на практика прави работата на мрежата зависима от текущото й натоварване. В критични ситуации не е изключена дори загуба на фрейма (frame), което би могло да се определи като най-големия проблем в приложения в реално време с неограничен TCP/IP трафик и различно натоварване на мрежата. Най-новата версия на PROFinet е разработена с оглед решаване на описаните проблеми при комуникациите в реално време. Свързаните с управлението на движения (motion control) изисквания се покриват изцяло от механизмите на Swiched Ethernet решенията.
Специфики на Ethernet IRT
Развитието на Swiched Ethernet в посока поддържане на различни услуги от една и съща комуникационна мрежа в реално време доведе до включването на т.нар. определяем канал (deterministic channel), наречен IRT. Каналът IRT се поддържа едновременно с TCP/IP в магистралата и в устройствата. Изпълнява се хардуерно с цел постигане на подходящата за motion control приложения ефективност. Ethernet IRT работи в т.нар. изохронен режим. За да се постигне висококачествена изохронна комуникация, всички точки от мрежата трябва да бъдат прецизно синхронизирани, което предотвратява появата на проблеми в комуникационната система. Синхронизацията на всяка точка от мрежата е необходима и с цел точно да се дефинира разделението на широчината на поддържаната честотна лента в изохронна и неизохронна част. Колкото по-голям е броят на свързаните в серия комутатори (switches), толкова по-големи са изискванията по отношение прецизността на синхронизация. Ethernet IRT комутикационни системи са с разпределена топология, включваща голям брой мрежови компоненти, свързани в серия.
При изохронния Real-time Ethernet комутаторите са синхронизирани с цикъла на комуникация. Прецизността на синхронизацията им е по-малка от милисекунда. Постигането на подобна точност е възможно, благодарение използването на
Вижте още от Автоматизация
Новият брой 1/2025
