FAQS + Основи
Згідно нещодавньому звіту HMS, за теперешніх часів Промисловий Ethernet займає 59% світового ринку всіх промислових мереж. Тут ми розглянемо дві найбільш відомі промислові мережі Ethernet - EtherNet / IP та EtherCAT - а також порівняємо сильні та слабкі боки кожної з них.
EtherNet/IP
Згідно Ассоциации Open DeviceNet Vendors, EtherNet / IP - це «ім'я, дане Загальнопромисловому протоколу (CIP), реалізованому по стандарту Ethernet (IEEE 802.3 та набор протоколів TCP / IP)». Він розроблений для додатків промислової автоматизації і управління процесами компанією Allen-Bradley (сьогодні Rockwell Automation) та був випущений в 2001 році. Не дивлячись на те, що він в основному поставляеться Rockwell Automation, швидкість його впровадження є найбільшої серед усіх мереж Промислового Ethernet, та, по оцінкам, складає 15 % ринкової долі.
Асоціація Open DeviceNet Vendors (ODVA) - це міжнародна асоціація, яка керує EtherNet / IP та CIP.
Слідуючи Стандартному програмному забезепеченню / Стандартній архітектурі Ethernet, EtherNet / IP використовує фізичний, канальний, мережевий та транспортний рівні стандартного Ethernet із Загальнопромисловим протоколом (CIP) по TCP / IP і UDP. Він є унікальним як єдиний промисловий протокол Ethernet, повністю заснований на стандартах Ethernet. Це означає, що EtherNet / IP використовує те саме обладнання, що і стандартні мережі Ethernet, що робить його легкодоступним, недорогим та звичним для ІТ-персонала.
EtherNet / IP використовує нижні рівні стандартного Ethernet з Загальнопромисловим протоколом (CIP) поверх транспортного рівня TCP / IP.
Малюнок надайни: ODVA
EtherNet / IP визначає два типи зв'язку: явний, що використовується для необхідних даних, таких як інформація, та неявний, який використовується для даних, які необхідно відправляти в режимі реального часу. Явні повідомлення передаються через TCP, в той час як неявні (що потребують високої швидкості і низької затримки) відправляються через UDP. Неявні повідомлення можуть використовувати модель виробник-споживач. У цій моделі повідомлення передається один раз, незалежно від кількості споживачів, та використовується одночасно багатьма вузлами (пристроями) в мережі (метод, що називається базатоадресним зв'зком). Модель виробник-споживач забезепечує ефективне використання пропускної здатності мережі і більш високу загальну швидкість, особливо коли декільким користувачам необхідно отримувати одні і ті самі дані від виробника.
В моделі зв'язку виробник-споживач дані передаються від виробника лише один раз, і кожен споживач фільтрує і отримує лише тті дані, що призгачені для нього.
Малюнок наданий: EtherCAT Technology Group
Не дивлячись на свою стандартизацію та високошвидкісну передачу даних, EtherNet / IP по своїй природі не забезепечує продуктивність в реальному часі, і не гарантує виконання протягом визначеного періоду часу. Це пов'язан6о з тим, що пакети даних TCP / UDP / IP можуть поступати в будь-який час в будь-якому порядку з будь-якого пристрою. Таким чином, EtherNet / IP у своїй базовій формі не є ідеальним рішеннм для задач синхронного управління рухом.
Щоб задовольнити потребу в багатовісьному розподіленому керуванні рухом, ODVA розробила декілька мережевих розширеннь, відомих як CIP Motion та CIP Sync (для синхронізації годин між осями),які дозволяють EtherNet / IP забезпечувати детерміновану, в режимі реального часу, замкнуто-довільну продуктивність у відповідності до стандартів Ethernet. Проте ці розширення збільшують вартість та складність простої в іншому, стандартної мережевої архітектури.
Що таке CIP?
Загальний промисловий протокол (CIP) є мережевим прикладним рівнем для додатків промислової автоматизації в реальному часі. CIP визначає структуру об'єкта та передачу повідомленнь, дозволяючи отримувати доступ до різних пристроїів, використовуючи загальний механізм. Кожний пристрій в мережі EtherNet / IP представляє собою послідовність значеннь даних, що називаються атрибутами, які групуються в набори об'єктів.
CIP також використовується в DeviceNet та ControlNet, тому вони разом з EtherNet / IP використовують бібліотеку об'єктів та профілі пристроїв. Це забезпечує сумісність за принципом «вмикай та працюй» між пристроями різних виробників, а також обмін повідомленнями, налаштування та діагностику в режимі реального часу в одній мережі без спеціального програмного забезпечення.
EtherCAT
EtherCAT (Ethernet для технології автоматизації управління), представленна в 2003 роціу, була розроблена Beckhoff і теперь керується технологічною групою EtherCAT (ETG). Як і EtherNet / IP, EtherCAT побудований на фізичному рівні Ethernet. Але замість використання TCP / IP для транспортування та маршрутизації повідомленнь, EtherCAT використовує підхід «обробка на льоту» (так зване «спілкування на льоту»).
При такому підході власник EtherCAT відправляє телеграму (пакет даних), яка проходить через кожен вузол чи ведений пристрій (зазвичай це накопичувач чи пристрій вводу-виводу). Унікальна особливість EtherCAT заключається в тому, що мережеві ведені пристрої можуть считувати чи витягувати лише необхідну інформацію з повідомлення, а також можуть додавати дані в повідомлення до її передачі наступному веденому пристрою. Повідомлення проходить через всі підключені допоміжні пристрої і потім повертається до власника.
З EtherCAT, повідомленння відправляється від власника до всіх ведених вузлів. Кожен вузол може читати дані, що стосуються цього вузла, і може додавати дані в повідомлення, перш ніж воно перейде до наступного вузла.
Малюнок наданий: RealPars B.V.
Читання та запис в / з повідомлення забезпечується спеціальною ASIC на кожномум веденому пристрої EtherCAT. Цей апаратний підхід означає, що кожен підпорядкований сервер вносить мінімальну затримку в процес, і конфлікти неможливі. Мережеві команди в мережі EtherCAT можуть оброблятися на швидкостях, що конкурують зі швидкостями аналогових систем.
EtherCAT добре підходить для синхронізованого багатовісьового управління рухом «за границями» і не потребує додаткового обладнання для синхронізації між декількома вісями. Проте кількість пристроїв, які можні підключити через EtherCAT, обмежена, и ця система має більш високу ціну та меншу стандартизацію, ніж EtherNet / IP, що потенційно ускладнює інтергацію.