Добавление Ethernet для ввода-вывода:плюсы, минусы и важные вещи, которые нужно знать при проектировании промышленной автоматизации

Промышленный ввод/вывод (I/ O) устройства составляют центральную нервную систему многих современных машин и, соответственно, промышленных предприятий. За последние десять лет использование Ethernet в качестве физического уровня стало одним из наиболее важных достижений в разработке промышленной автоматизации для устройств ввода-вывода полевой шины.

Современный EtherNet/IP (Ethernet Industrial Protocol) сочетает в себе традиционный Ethernet с промышленным протоколом прикладного уровня, ориентированным на промышленную автоматизацию. Он был создан для преодоления недостатков традиционного IEEE, у которого было две основные проблемы:

Традиционный IEEE не подходил для обработки всех сложных процессов с большим объемом данных, связанных с современной автоматизацией. Он использует ряд различных стандартов, которые могут усложнить обслуживание и использование ввода-вывода.
В прошлом организации fieldbus создавали собственные стандарты для разъемов, протоколов и стеков. Теперь за физический уровень могут отвечать международные организации по стандартизации, которые устанавливают стандарты Ethernet для промышленных, офисных и потребительских сред.

Подключение устройств ввода-вывода через Ethernet для удаленного управления ими, сбора и анализа данных и мониторинга состояния позволило многим предприятиям повысить надежность, согласованность и эффективность. И Ethernet ввода-вывода может сыграть важную роль для заводов, стремящихся модернизировать свои линии и процессы автоматизации в будущем.

Но, как и у любой технологии, у добавления Ethernet в среду проектирования промышленной автоматизации есть свои плюсы и минусы. Чтобы помочь вам принять взвешенное решение, когда вы стремитесь улучшить свое производство, мы изложили основные моменты для Ethernet ввода-вывода ниже:

Плюсы
Минусы
Ethernet и другие варианты
Рекомендации

ПЛЮСЫ Ethernet для ввода/вывода

Сетевой ввод-вывод с использованием Ethernet обеспечивает улучшенную производительность, гибкую топологию и более простую настройку, а также ряд других преимуществ.

Более быстрая обработка – Ввод/вывод Ethernet позволяет запускать обновления в реальном времени менее чем за миллисекунду. Более высокая скорость обработки данных повышает эффективность сбора и анализа данных, что является важнейшим компонентом промышленной автоматизации с большими объемами данных.
Стандартизированные открытые протоколы связи для проектирования промышленной автоматизации — Ethernet используется в сочетании со стандартными протоколами с открытым исходным кодом, такими как EtherCAT, Profinet, EtherNet/IP, Powerlink и другими. И все они могут легко взаимодействовать со многими устройствами, такими как приводы, энкодеры и промышленные системы управления в сети ввода-вывода. Поскольку полевые шины стали более открытыми и зависимыми от известных физических технологий, таких как Ethernet, скорость обновления сети ввода-вывода увеличилась до такой степени, что они могут идти в ногу с событиями в реальном времени в системе управления.
Меньше меди — ниже затраты — Предыдущие сети IEEE требовали значительного количества медных проводов для промышленных устройств. Но сегодня для подключения устройств ввода-вывода к контроллеру требуется только подключение к сети ввода-вывода, питание управления и, в случае устройств с высоким энергопотреблением, трехфазное питание. Это устраняет контуры заземления и путаницу медных проводов. Вместо этого контроллер подключается к промышленной операционной системе одним стандартным кабелем, который может располагаться далеко от своего контроллера и распространяться.
Защита от устаревания платформы — Поскольку Ethernet доступен практически для каждой существующей аппаратной платформы, он не привязан к какому-либо одному производителю или даже классу оборудования. Он будет продолжать работать в обозримом будущем, предоставляя перспективные инвестиции в возможности подключения, которые также обеспечивают долгосрочную безопасность.
Надежность – Ввод-вывод Ethernet надежно работает в суровых условиях, например, на солнечных электростанциях, нефте- и газоперерабатывающих заводах, железных дорогах, ветряных электростанциях и даже на морских объектах. Скорее всего, проектирование промышленной автоматизации с использованием ввода-вывода Ethernet удовлетворит этим жестким требованиям вашей производственной среды.
Единые сертифицированные стандарты и широкая поддержка поставщиков — Промышленный Ethernet использует транспортные протоколы и протоколы управления из традиционного Ethernet, а также технологии доступа к среде и сигнализации, имеющиеся в готовых интерфейсных картах Ethernet. Это надежный сертифицируемый стандарт, который обеспечивает большую гибкость в использовании оборудования, гарантируя, что устройства сертифицированы, протестированы и одобрены испытательными лабораториями EtherNet/IP для обеспечения их качества и согласованности. Ядром EtherNet/IP является протокол управления и информации (CIP), используемый в ControlNet, DeviceNet и CompoNet. Этот стандарт организует сетевые устройства как набор объектов, определяя доступ, поведение объекта и расширения. Это обеспечивает доступ к огромному количеству устройств с использованием общего механизма, а поскольку это такой широко используемый стандарт, — во всех отраслях промышленности используется Ethernet, — производители предлагают обширную поддержку практически любого типа устройств ввода-вывода.
Простая и быстрая установка – Ethernet предоставляет производителям больше возможностей, будь то безопасность, полевая шина, меньше программирования или веб-серверы. Он позволяет предприятиям переключаться между протоколами или впервые внедрять полевую шину в простой подключаемой форме. Многие продукты настраиваются автоматически, так как они автоматически распознают основной протокол.
Другие преимущества – Некоторые дополнительные незначительные преимущества проектирования промышленной автоматизации с Ethernet для ввода-вывода включают:одиночное (или парное для обеспечения высокой доступности) межсоединение для сети и ввода-вывода хранилища; Снижение энергопотребления, более эффективное охлаждение и использование площади, а также более устойчивая производственная среда; Повышение производительности сервера, максимальное использование слотов PCI и мезонинных слотов; Лучшее масштабирование емкости ввода-вывода для удовлетворения потребностей высокопроизводительных и кластерных приложений.

Минусы добавления Ethernet для ввода-вывода

Теперь, когда мы подробно рассмотрели преимущества ввода-вывода Ethernet, мы обсудим некоторые из самых больших недостатков:

Ограничения пропускной способности — Ввод/вывод Ethernet имеет ограниченную пропускную способность. Многие ПЛК могут перемещать пакеты только размером около 500 байт, что иногда может быть серьезным препятствием, потенциально замедляющим работу.
Обработка поглощается уровнями TCP/IP — EtherNet/IP — это протокол прикладного уровня, который передается внутри пакета TCP/IP. Это означает, что значительная часть пропускной способности процессора расходуется на обработку уровней TCP/IP, что опять же снижает производительность.
Без информационного моделирования — С Ethernet нет настоящего информационного моделирования. Вы можете создавать объекты с атрибутами, но не можете связывать объекты вместе в какую-либо иерархию. Это может создать некоторые проблемы при реализации проектирования промышленной автоматизации в реальных условиях.
Вариант оборудования – Функциональность Ethernet с некоторыми контроллерами ограничена, поэтому вам все равно нужно быть осторожным при выборе лучшего оборудования.
Подавляющий – Во многих случаях Ethernet лучше всего использовать для приложений дискретного управления. Он может работать в управлении процессами, сценариях, но может быть слишком мощным решением, которое излишне съедает слишком много бюджета. В некоторых случаях существуют более практичные и менее затратные решения.
Диагностика – Общие средства диагностики встроены не во все устройства Ethernet. Для каждого устройства может потребоваться разработать и внедрить собственные средства диагностики, что может занять значительное время.

Сравнение Ethernet с другими технологиями

<тд colspan="4">

Стратегия ввода/вывода

Атрибут
Атрибут	Хост-резидент	RS-232	RS-485/422	Интернет
Допуск контура заземления	Плохо	Справедливо	Справедливо	Отлично
Стандартизированные уровни протокола ISO	Нет	Уровень 1	Уровень 1	Слои 1-3
Скорость передачи данных	Отлично	115 Кбит/с	10 Мбит/с	10–1000 Мбит/с
Ожидаемый срок службы платформы	Плохо	Хорошо	Хорошо	Хорошо
Расширяемость	Плохо	Плохо	Справедливо	Отлично
Стандартный коннектор	Нет	DB9 или DB25	Нет	RJ-45
Перегрузка кабеля хост-компьютера	Плохо	Справедливо	Хорошо	Хорошо
Расстояние от хоста до системы ввода/вывода	Плохо	Справедливо	Отлично	Отлично

Важно знать

При переходе на ввод-вывод Ethernet очень важно оценить широкий спектр функций, чтобы получить правильный тип Ethernet. Рассмотрим следующие архитектуры Ethernet IOS:

Системы Ethernet на модуль
Системы держателей модулей
Системы звездного скопления

Основные функции

Помимо своей архитектуры, каждая Ethernet IOS имеет важные функциональные особенности, которые необходимо оценить. Каждая промышленная IOS должна обеспечивать некоторый уровень поддержки следующих общих функций:

Мониторинг питания
Распределение электроэнергии
Поддержка блокировки
Охрана окружающей среды

Мы можем помочь

Выбор протокола Ethernet зависит от многих факторов. Но в большинстве случаев ПЛК, используемые на ваших предприятиях, и требования ваших клиентов будут определять ваше решение. Если вы используете Siemens, Profibus DP или ProfiNet IO может быть лучшим вариантом. Если вы работаете с Rockwell ControlLogix или CompactLogix, лучшим выбором будет EtherNet/IP или DeviceNet. Ваши требования к приложениям и текущая инфраструктура будут определять принятие решений.

В EPIC мы обладаем глубокими знаниями в области широкого спектра систем и технологий, и мы помогали предприятиям по всему миру. Если вам нужна экспертная помощь в выборе лучших технологий для проектирования промышленной автоматизации ваших предприятий, мы можем помочь.

Свяжитесь с нами здесь или позвоните по номеру 314-714-1580 для получения помощи.

Еще один отличный ресурс