Alt du må vite om Ethernet/IP og IIoT

Du merker nok færre Ethernet-enheter i dag siden trådløse nettverk blir stadig mer populære, men Ethernet er fortsatt en integrert del av dagliglivet – enten det er til den primære internettforbindelsen eller smart-TV-en. I industrimiljøer utgjør Ethernet en betydelig utvikling. Ethernet/IP omfatter den velkjente «IP-en», ikke ulikt det du bruker til å koble til internett. I denne forbindelse står det imidlertid for Industrial Protocol (industriell protokoll), en smart tilpasning for industriprodukter.

Feltinstrumenter kan kobles til via Ethernet ved hjelp av kabler og koblinger som ligner dem du finner hjemme. Naturligvis krever industriprodukter mer robuste versjoner for å takle krevende forhold, men prinsippet er det samme. Kort fortalt skjønner du allerede mye om hvordan disse «nye» industrielle Ethernet-enhetene fungerer. Nå som vi har fastslått hvor kjent denne teknologien virkelig er, kan vi se nærmere på de enkelthetene som gjør at den skiller seg ut.

I 1990-årene begynte et lite team ved ControlNet International Ltd. å utvikle det som etter hvert skulle bli Ethernet/IP. I 2000 skjønte de at de trengte ytterligere støtte for å få prosjektet til å gå fremover. Den gangen var ikke folkefinansiering et alternativ, så de fulgte de tradisjonelle kanalene.

De samarbeidet med Open DeviceNet Vendors Association (ODVA), en organisasjon av automatiseringsprodusenter som var blitt opprettet i 1995. ODVA gikk med på å samarbeide om utviklingen av Ethernet/IP. I 2009 overlot de opprinnelige utviklerne hele ansvaret for protokollen til ODVA og dens medlemmer. I dag vedlikeholder og fremmer ODVA Common Industrial Protocol (CIP™) og relaterte teknologier, deriblant ControlNet®, CompoNet® og DeviceNet®.

Foruten utvikling av protokoller sikrer ODVA interoperabilitet mellom leverandører og systemer – en kompleks utfordring innen industriell automatisering. Organisasjonen jobber for bruk av kommersielle standardkomponenter og uendrede internett- og Ethernet-teknologier for å forenkle integrering og bruk.

På grunnlag av CIP og i tråd med Open Systems Interconnection (OSI)-modellen samt standarden TCP/UDP suite er Ethernet/IP et fleksibelt klasseledende Ethernet-nettverk og en åpen IEC-standard. Den gjør det mulig å koble til feltsensorer, kontrollere og styresystemer i samme nettverk.

Implementeringen er omfattende, så du vil også finne strømkontroller (motorer, drivverk, myke startmotorer mv.) og forskjellige kontroller (sikkerhets-I/IO, roboter mv.). Mulighetene er store, og både IP-kameraer, wifi og IP-telefoner kan også få anvendelse i nettverket. Alle disse funksjonene viser at Ethernet/IP er mer enn klar for IIoT.

I stedet for å beskrive hele standarden her vil vi nevne de primære punktene du må kjenne til:

• IEEE 802.3: standard, Ethernet, Precision Time Protocol (IEEE-1588)
• IEC: Den internasjonale elektrotekniske standardiseringsorganisasjon – IEC 61158
• ODVA: Common Industrial Protocol (CIP)
• IETF: Internet Engineering Task Force, Standard Internet Protocol (IP)

Dessuten legger Ethernet/IP til CIP i øktlaget, men det følger også OSI-modellens protokollramme. Ta en titt på grafikken:

Til slutt kan du ha mange måter å kommunisere på. Det fysiske laget tillater trådløst, kobberkabler, fiber mv. Deretter tillater datakoblingslaget forskjellige standarder, avhengig av det fysiske laget – for eksempel IEEE 802.3 (fiber), IEEE 802.3 eller 802.1 (kobber) og IEEE 802.11 (wifi).

Også det nye Advanced Physical Layer (Ethernet-APL) har 2 ledere bare for strøm og kommunikasjon, også i fareområder!

Ethernet-teknologi opplevde en virkelig utvikling fra 10 Mbps, buss/tre-topologi, og halv-dupleks-kommunikasjon til 100 Mbps og 1 Gbps, full dupleks og svitsj/ruter-basert stjernetopologi. Denne utviklingen ga Ethernet-nettverk muligheten til å støtte kritiske industrianlegg.

Ethernet/IP er en aktiv infrastruktur, med nettverkssegmenter som bruker punkt-til-punkt-tilkoblinger i en stjernetopologi. Kjernen i denne topologien er sammenkoblingen av lag-2- og lag-3-svitsjer. Disse svitsjene støtte mange punkt-til-punkt-noder.

Ethernet/IP-nettverket kan også støtte lineære og enkle feiltolerante ringtopologier. Her bruker det integrerte brytere og Device Level Ring (DLR)-teknologi. Disse alternative topologiene kan kombineres for å optimalisere kabelføring og kommunikasjonsoppsett.

Vi kunne gått dypt ned i den tekniske informasjonen om Ethernet/IP-nettverket, men vi vil holde dette kort og konsist ved å koke det ned til de viktigste temaene i tre spørsmål. Svarene vil gi deg et godt grunnlag for å forstå nettverket bedre.

Ethernet/IP er altså basert på TCP/UDP IP-standarden, men hva står det for? TCP (transmission control protocol) tilbyr pålitelig, men sakte dataoverføring i en unikastingspakke eller -ramme. For eksempel bruker e-poster og nettsurfing TCP-tilkoblinger, og det er nyttig for diagnostisk dataoverføring, mens UDP er nyttig for I/O-data innen automatisering eller regulering.

Når vi går videre til UDP (user datagram protocol), finner vi en mye raskere tilkobling, men den mangler en garanti for at de overførte dataene nær frem til mottakeren.  Her har vi unikastings-, multikastings- og kringkastingspakker eller -rammer, for eksempel for strømming avmusikk eller video.

Ja, Ethernet/IP ble utviklet for å muliggjøre sameksistens med andre TCP/IP-bruksområder. Her er noen eksempler på TCP/IP-bruksområder du ofte vil se på markedet:

• HTTP – hypertext transfer protocol
• SNMP – simple network management protocol
• Modbus/TCP
• OPC UA

Nettverket består av avgjørende elementer som tillater kommunikasjon mellom enhetene og styresystemet. Ethernet/IP har tre klasser som identifiserer komponenter og hvordan de blir brukt.

• Skanner: Skannerklassen kartlegger nettverkets inn- og utdatavariabler i sykluser, definert gjennom oppdateringstiden. Eksempler: PLC-er og kontrollere
• Melding: Meldingsklassen støtter uttrykkelig meldinger i stedet for I/O-data i sanntid. Eksempler: diagnostikk, nettverkskonfigurasjon verktøy, SCADA og HMI-systemer
• Adapter: Adapterklassen tilbyr enhetsspesifikke funksjoner i enheter med Ethernet/IP-protokoll innebygd. Eksempler: sensorer, ventiler, gatewayer.

Ethernet/IP er digital kommunikasjon og utvider vår horisont for integrering og databruk. Etter NAMUR NOA-konseptet kan vi trekke informasjon ut av nettverket direkte, ved hjelp av en edge-enhet, og sende den til forskjellige typer skytjenester. For eksempel støtter Netilion IIoT-økosystemet fra Endress+Hauser nå Ethernet/IP-enheter på flere måter. Du kan bruke dem til analyse-, biblioteks-, tilstands- og verditjenester, og tredjepartsenheter innen analyse og bibliotek. Disse tjenestene forbedrer dataene, slik at du får riktig informasjon uansett hvor du er. Hver tjeneste har relevante fordeler for daglige oppgaver.

IIoT-tjenester er en enkel måte å få tilgang til relevant innsikt fra feltinstrumenter. De tilbyr en behagelig og sikker skyintegrering, bransjefremskritt, bedre vedlikehold, bedre produksjon mv.