Ethernet công nghiệp và 4 điều bạn cần biết

Nếu bạn là Kỹ sư nhà máy hoặc Thợ điện, bạn có thể đã làm việc với Ethernet công nghiệp hoặc có thể sẽ sớm hơn. Đó là bởi vì Ethernet công nghiệp gần đây đã vượt qua các kiến ​​trúc fieldbus truyền thống để trở thành phương pháp kết nối hàng đầu trong các nhà máy trên toàn thế giới. Đây là những gì bạn cần biết trước khi được soạn thảo để hỗ trợ nó.

Do độ tin cậy, hiệu suất và khả năng tương tác vốn có của nó, Ethernet đã thâm nhập vào sàn nhà máy như một giao thức truyền thông được lựa chọn cho các hệ thống tự động hóa và điều khiển. Để đáp ứng nhu cầu của môi trường công nghiệp, Ethernet công nghiệp về cơ bản sử dụng các giao thức công nghiệp đặc biệt được đóng gói trong giao thức Ethernet theo cách đảm bảo thông tin chính xác được gửi và nhận khi nào và ở đâu cần thiết để thực hiện một hoạt động cụ thể. Hãy xem xét các giao thức này và xem xét mạng Ethernet công nghiệp khác với môi trường mạng LAN Ethernet thương mại như thế nào.

Bốn giao thức lớn

Giao tiếp công nghiệp xảy ra ở cấp độ định tuyến, cấp độ điều khiển và cấp độ cảm biến — mỗi cấp độ yêu cầu các cấp độ truyền thông tin thời gian thực khác nhau, phát hiện va chạm và xác định (về cơ bản xác định trước tuyến đường giữa hai nút bất kỳ). Mặc dù có một số giao thức Ethernet công nghiệp để hỗ trợ nhiều yêu cầu giao tiếp khác nhau trên nền nhà máy, nhưng có bốn nhân tố chính đáng được đề cập:

1. Modbus TCP / IP

Modbus TCP / IP là giao thức Ethernet công nghiệp đầu tiên được giới thiệu và về cơ bản nó là một giao tiếp Modbus truyền thống được nén trong giao thức lớp truyền tải Ethernet để truyền dữ liệu rời rạc giữa các thiết bị điều khiển. Nó sử dụng một giao tiếp master-slave đơn giản trong đó nút “slave” sẽ không truyền dữ liệu nếu không có yêu cầu từ nút “master”, nhưng nó không được coi là một giao thức thời gian thực.

2. EtherCAT

Được giới thiệu vào năm 2003, EtherCAT là một giao thức Ethernet công nghiệp cung cấp giao tiếp thời gian thực trong cấu hình chủ / tớ cho các hệ thống tự động hóa. Yếu tố quan trọng của EtherCAT là khả năng cho tất cả các nô lệ trong mạng chỉ trích xuất thông tin liên quan mà họ cần từ các gói dữ liệu và chèn dữ liệu vào khung khi nó truyền xuống – thường được gọi là giao tiếp “nhanh chóng”.

3. Ethernet / IP

Được phát hành lần đầu vào năm 2000, Ethernet / IP là một giao thức Ethernet công nghiệp lớp ứng dụng được sử dụng rộng rãi được hỗ trợ bởi Hiệp hội các nhà cung cấp thiết bị mở (ODVA) và được cung cấp chủ yếu bởi Rockwell Automation . Đây là giao thức Ethernet công nghiệp duy nhất hoàn toàn dựa trên tiêu chuẩn Ethernet và sử dụng các lớp vật lý, liên kết dữ liệu, mạng và truyền tải tiêu chuẩn Ethernet. Vì nó sử dụng chuyển mạch Ethernet tiêu chuẩn, nó có thể hỗ trợ số lượng nút không giới hạn. Tuy nhiên, nó yêu cầu phạm vi hạn chế để tránh độ trễ và hỗ trợ giao tiếp thời gian thực.

4. TIỂU SỬ

Một công ty lớn khác (phần lớn do được nhúng trong các bộ điều khiển của Siemens và GE) là PROFINET, một giao thức ứng dụng được phát triển bởi Siemens kết hợp với các công ty thành viên của tổ chức người dùng Profibus. Về cơ bản, nó mở rộng giao tiếp bộ điều khiển Profibus I / O sang Ethernet bằng cách sử dụng các công tắc đặc biệt được tích hợp vào các thiết bị.

Mạng Ethernet công nghiệp so với mạng LAN Ethernet thương mại

Khi nói đến nhà máy cáp hỗ trợ các mạng Ethernet công nghiệp này, có một số điểm khác biệt chính so với mạng LAN Ethernet thương mại. Đầu tiên, tốc độ mà chúng ta đang nói đến đối với Ethernet công nghiệp thấp hơn nhiều so với gigabit và nhu cầu băng thông cao hơn mà chúng ta thấy trong mạng LAN — khoảng 100 Mb / s là tốc độ phổ biến được sử dụng trong Ethernet công nghiệp. Điều này có ý nghĩa vì lượng băng thông cần thiết để gửi thông tin điều khiển và tự động hóa trong mạng công nghiệp chỉ bằng một phần nhỏ những gì bạn cần để tải xuống video từ YouTube.

Bởi vì môi trường công nghiệp yêu cầu cáp và kết nối phải chịu được nhiều điều kiện khắc nghiệt – rung, chất lỏng, bụi, hóa chất và nhiễu điện từ – các thành phần có cấu trúc chắc chắn hơn so với các thành phần được sử dụng trong mạng LAN văn phòng. Ví dụ: trong khi cáp có thể chỉ cần hiệu suất Loại 5 hoặc Loại 5e, cáp công nghiệp thường có khổ lớn hơn (thường là 22AWG) để thích ứng với nhiệt độ cao hơn, kết cấu được che chắn để ngăn chặn tiếng ồn, dây dẫn bện cho các vật liệu uốn và đặc biệt như polyurethane cho hóa chất, dầu và khả năng chống mài mòn. Bản thân ruột dẫn thậm chí có thể được phủ để chống ăn mòn. Những đặc điểm này mang lại giá cáp Ethernet công nghiệp cao hơn nhiều so với cáp LAN hàng ngày.

Khi Ethernet công nghiệp tiếp tục mở rộng và các cơ quan tiêu chuẩn tiếp tục phát triển các tiêu chuẩn để hỗ trợ nó, Fluke Networks sẽ giúp bạn cập nhật nhanh chóng về cách kiểm tra và chứng nhận các hệ thống này.