A a a a a a a A

Download A a a a a a a A

Post on 26-Jun-2015

23 views

Category:

Documents

5 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

EtherNet/IP INDUSTRIJSKI ETHERNETGoran Mali dip.ing. Tehniko veleuilite u Zagrebu Elektrotehniki odjel goran.malcic@tvz.hr

Danas je nemogue zamisliti Ethernet bez TCP/IP-a (Transmission Control Protocol/Internet Protocol). Teko da ete imati dobro iskustvo koristei jedno bez drugoga. To je zato to je TCP/IP podloga klju tehnologije koja radi u pozadini i oivljava internet i intranet kao nekakav kljuan dodatak bez kojega ne bi sve funkcioniralo kako treba. Kao rezultat toga TCP/IP je postao nerazdvojni dio Etherneta u poslovnom i korisnikom svijetu. Ono to mnogi ljudi ne shvaaju je da uporaba Etherneta i TCP/IP protokola garantira samo da Ethernet ureaji mogu postojati na mrei; ona ne garantira da e ti ureaji komunicirati na nain kako mi elimo. Da bi se ureaji mogli razumjeti i meusobno razmjenjivati informacije potreban nam je protokol na nivou aplikacije sa kojom radimo (Slika 1).

1

Slika 1 TCP/IP je protokol koji moemo mapirati na OSI 7-segmentni mreni model. Na slici je Ethernet predstavljen na prva dva nivoa (Physical i Link). Internet protokol (IP) te TCP i UDP naini transpotra stavljeni su na trei i etvrti nivo te predstavljaju TCP/IP (Network i Transport). Korisniki servisi esto poistovjeivani sa TCP/IP mreom stvljeni su na sedmi nivo (Aplication). Arhitekti TCP/IP-a su razumjeli taj problem i projektirali taj protokol tako da radi na vie aplikacijskih nivoa. Danas se mnoge aplikacije koriste TCP/IP podlogom protokol za prijenos zapisnika (File Transfer Protocol FTP), e-mail (Simple Mail Transfer Protocol SMTP) i World Wide Web (Hyper Text Transfer Protocol - HTTP). Kako se je Ethernet infiltrirao i u najnii nivo odnosno pogone, organizacije koje se bave racunalnim mreama i proizvoai ureaja za automatizaciju su promovirali nekoliko novih protokola na nivou aplikacije. Sa tim protokolima su eljeli uiniti Ethernet dovoljno dobrim za koritenje u industrijskoj automatizaciji. Ipak nisu sve tehnologije napravljene jednako.

Slika 2 EtherNet/IP industrijska mrea razmjena podataka, kontrola i konfiguracija ureaja PLC ureaji, operatorski paneli (HMI), distribuirani I/O moduli, naponsko-frekventni pretvarai, itd.

2

Predstavljena 2000 godine, EtherNet/IP (Slika 2) je najnaprednija tehnologija od svih Ethernet rjeenja u industriji. Izmeu ostalog, jedan od razloga tome je to je bazirana na otvorenoj tehnologiji, koristei isti aplikacijski nivo Common Industrial Protocol (CIP) kao DeviceNet i ControlNet. Takav pristup nudi mnoge povlastice koje privlae jednako proizvoae opreme i korisnike (automatiare): niska cijena proizvodnje ureaja, laka uporaba, jednostavni ureaji i mrena integracija te kompatibilnost sa ureajima mnogih drugih proizvoaa. Nadalje, ControlNet International (CI), Industrial Automation Open Networking Alliance (IAONA) i Open DeviceNet Vendor Association (ODVA) su prepoznali i podravaju ovaj mreni standard. Kao rezultat toga EtherNet/IP postaje univerzalni Ethernet proizvod za iroku masu korisnika i proizvoaa. U stvari, danas je dostupno mnotvo kataloga sa proizvodima temeljenim na EtherNet/IP. To ukratko znai da proizvoai opreme mogu ponuditi komplet rjeenja za izgradnju mree temeljene na EtherNet/IP arhitekturi. Jednostavno reeno vizija automatizacije koritenjem Etherneta je ostvarena.

TO JE ETHERNET/IP ? Vano je razumjeti osnove tehnologije iza imena prije nego uemo dublje u njenu analizu. EtherNet/IP se najbolje analizira ako mu raslanimo ime. 'EtherNet' je prvi dio i ukazuje na komercijalni Ethernet (IEEE 802.3) nemodificiran sa TCP/IP podlogom. Drugi dio - 'IP' je skraenica od 'Industrial protocol' i opisuje namjenu mree. Za razliku od mnogih drugih industrijskih Ethernet opcija, EtherNet/IP je isproban, otvoreni protokol na aplikacijskom nivou (CIP). Dakle EtherNet/IP je CIP razvijen za Ethernet TCP/IP mree kao to je DeviceNet CIP razvijen za CAN (Controller Area Network) mree. Kako to radi - u sluaju kada se EtherNet/IP koristi sa TCP/IP da poalje explicitnu poruku (poruka od jednog ureaja na mrei prema dugome source/destination - Slika 3) u svakom tom paketu osim aplikacijskog podatka nalazi se i znaenje podatka i servis odnosno zadatak koji se treba obaviti nad njime. Sa explicitnim porukama ureaji na mrei (nodes) moraju prevesti svaku poruku, izvriti traenu naredbu i poslati povratnu informaciju. Takav tip poruka se koristi za konfiguraciju ureaja i njihovu dijagnostiku, i mogu varirati u ovisnosti o veliini i frekvenciji. EtherNet/IP takoer zadovoljava i standard UDP/IP (User DatagramProtocol/Internet Protocol) koji je zbog svojih performansi i viekorisnike funkcionalnosti pogodan za potrebe rada nad podacima u realnom vremenu jo poznato kao slanje implicitnih poruka (slanje poruka od jednog ureaja na mrei prema jednom ili vie korisnika producer/consumer Slika 3). U implicitnim porukama, na mjestu aplikacijskog podatka nalazi se iskljuivo I/O podatak dobiven u realnom vremenu. Znaenje tog podatka povezano je sa identifikatorom koji se definira kada se inicijalno ostvari veza, reducirajui vrijeme radnog ciklusa ureaja na mrei. Takve poruke zauzimaju malo prostora na mrei i slue za prijenos podatka u realnom vremenu potrebnih za kontrolu.

Slika 3 Izgled mrenih paketa kod slanja explicitnih i implicitnih poruka na EtherNet/IP mrei Zbog toga to zadovoljava TCP/IP i UDP/IP protokole, EtherNet/IP proiruje mogunosti mrenih poruka i korisnici ga mogu upotrebljavati kako za prijenos podataka tako i za kontrolu sustava (SCADA).

3

ETHERNET/IP DANAS EtherNet/IP je star gotovo etiri godine u relativno kratkom vremenskom roku ova mrea je na sebe privukla veliki interes i mnogi su radili na njoj. Godinu dana nakon to su CI i ODVA objavili njenu specifikaciju, Rockwell Automation je izbacio na trite prvi val EtherNet/IP proizvoda, koji su integrirani u Allen-Bradley ControlLogix, ProcessLogix, PLC 5 i SLC 500 obitelji kontrolera. Od tada mnogi drugi proizvoai imaju ili razvoj EtherNet/IP proizvoda ili najavljuju planove da rade sa njime. Lista proizvoaa kako za hardware tako i za software danas je velika. Svi su ti proizvodi dostupni i koriste se diljem svijeta. Drugim rijeima EtherNet/IP je tehnologija koja se u kratkom vremenu dokazala kao vodea na polju industrijske automatizacije. Sa pojavljivanjem Allen-Bradley CompatcLogix L35E kontrolera (Slika 4) EtherNet/IP rijeenja su premostila iroki spektar zahtjeva u kontrolnim sustavima. Kao rezultat toga inenjeri imaju mogunost koritenja EtherNet/IP arhitekture za umreavanje raznih aplikacija od kompleksnih proizvodnih linija do jednostavnih sustava kontrole brzine vrtnje. Ipak postoje argumenti koji govore za i protiv tako irokog pristupa.

Slika 4 CompactLogix L35E prvi PLC sa ugraenim I/O modulom na Ethernet portu (2003). Koristi EtherNet/IP kako za razmjenu podataka tako i kontrolu u realnom vremenu. Ureaj na slici posjeduje i 1769- SDN DeviceNet scaner tako da CompactLogix L35E moe raditi sa obje mree - DeviceNet i EtherNet/IP te sluiti kao 'most' izmeu njih.

4

ZA I PROTIV ControlNet je mrea za rad u realnom vremenu, kako samo ime kae mrea za kontrolu koja je u stanju velikom brzinom izvriti transport kontrolnih podataka i informacija. ControlNet ne koristi aktivne komponente; on se koristi uglavnom pasivnim komponentama (tipkala). Za razliku od njega EtherNet/IP se koristi aktivnim komponentama preklopnici (switches). U tom sluaju ako se pojedina komponenta pokvari cijela je mrea oteena. DeviceNet je mrea bazirana na CAN (Controller Area Network) protokolu i napravljena je za najniu razinu industrijske automatizacije pomou nje moemo umreiti cijelu masu pogonskih ureaja PLC, I/O distribuirane module, naponsko frekventne pretvarae, itd. Zahtjevi proizvoaa i korisnika za CAN se temeljila na niskoj cijeni i stalnom razvoju performansi CAN chipa koji se danas moe nabaviti za manje od 20, to je omoguilo proizvoaima laki razvoj i nie cijene za DeviceNet proizvode. To nije sluaj za EtherNet/IP. Za rad ureaja je potrebno vie komponenti mikroprocesor, TCP/IP dio, itd pa cijena EtherNet/IP chipa dosegne gotovo 90. Danas je na tritu prisutno vie od 1000 Profibus proizvoda, i to je jedna od najkoritenijih industrijskih mrea u Europi. Inenjeri koji rade na razvoju takvih industrijskih aplikacija teko mijenjaju sustav koja dobro radi i koji koristi sva njihova okolina. Ipak, interesantno je primjetiti da jednom kada se primjeni EtherNet/IP nema povratka. Njegova fleksibilnost i jednostavnost uporabe te mogunosti koje Profibus nema intrigiraju projektante. Treba znati i da broj kompanija koje izrauju bilo koji tip od industrijskog Ethernet hardwera i softwera broji se u stotinama i stalno raste.CIJENA PC KARTICE SIGURNOST MREE MRENA ADMINISTRACIJA TOPLOGIJA MREE BRZINA PRIJENOSA MAX. DUINA SEGMENTA MAX. DUINA MREE MAX. BROJ UREAJA NA MREI IZVOR EL. ENERGIJE NA MREI ZATITA MREE EtherNet/IP NISKA VISOKA VISOKA ZVJEZDA 10/100 M 100 m NEOGRANIENO NEOGRANIENO NE NEMA ControlNet SREDNJA SREDNJA NISKA LINIJA 5M 1000 m 30 km 99 NE IP 65/67 DeviceNet NISKA NISKA NISKA LINIJA 125/250/500 k 500 m 4 km (SA POJAALIMA) 64 DA (24 VDC/8A) IP 65/67

Tablica 1 Usporedba nekih karakteristika EtherNet/IP, ControlNet i DeviceNet mree Dakle, zato bi neki korisnik izabrao EtherNet/IP ? Za poetak, ne postoji jedna mrea tako robusna kao ControlNet, tako opsena kao DeviceNet, itd; svaka mrea ima svoje dobre i loe osobine (Tablica 1). Meutim, EtherNet/IP ima dovoljno karakteristika i dovoljnu funkcionalnost da bude primjenjiv za mnogo razliitih aplikacija. Kao rezultat toga, mnogo je svestraniji nego veina mrea. EtherNet/IP osim to nudi mogunost kontrole i protoka informacija, takoer nudi kompanijama mogunost spajanja na njihovu postojeu mrenu strukturu (ako to ele) to donosi mnoge pogodnosti. Naime jedan tip mree tedi vrijeme i novac. Sistem inenjeri na raunalnim mreama irom svijeta ve godinama koriste Ethernet. Takav dugogodinji rad na Ethernet tehnologiji stvorio je ljude sa iskustvom i bazom znanja za rad sa Ethernetom to vrlo lako mogu primjeniti na EtherNet/IP (kabliranje, mrene komponente, adresiranje, itd.). Primarni razlog zato su se proizvoai okrenuli prema EtherNet/IP tehnologiji nije slinost sa drugim tehnologijama nego niz novih mogunosti koje su mogue samo na Ethernet baziranim mreama: Nove usluge poput zvuka i slike Razliite topologije IT integracija Daljinsko upravljanje Povezanost s internetom Sigurnost

5

PRIJE I POSLIJE Uzmimo primjer nekakve klasine industrijske mree. PLC (Programabilni logiki kontroler) je povezan na vii nivo SCADA sustava gdje alje i prima podatke. Takoer je povezan sa pogonskim ureajima te vri upravljanje i kontrolu istih. Krajnji korisnik sa vieg nivoa eli imati potpunu kontrolu nad procesom u pogonu. Za usporedbu, kontroler moe biti spojen EtherNet/IP mreom i na vii nivo i na pogonske ureaje. Ovisno o primjeni, ovakva postava mree nudi ne samo bolje performanse od klasinih naina nego i nove mogunosti: Nove usluge poput zvuka i slike npr; moete instalirati kameru i nadgledati proizvodni proces u pogonu Razliite topologije npr; za svaki pogon moete posebno razvesti mreu, a na kraju sve skupa spojiti u liniju IT integracija npr; primjena web servera za kljune ureaje, povezivanje preko lokalne mree sadrugim sustavima Daljinska povezanost npr; slanje e-mail poruke o stanju sustava Povezanost s internetom npr; nadgledanje i kontrola sustava preko Internet explorera Sigurnost npr. ograniiti mogunost pristupa preko odreenih portova na mrenom preklopniku (switch) Ove mogunosti dobivene koritenjem Etherneta daju proizvoaima znaajne prednosti, podrazumjevajui da EtherNet/IP zadovoljava sve njihove zahtjeve prema industrijskoj mrei. Te mogunosti nisu primjenjive za ograniene i male industrijske mree koje nemaju potrebe za novim funkcijama. Koritenje ovakve mree je za sustave koji imaju stalnu potrebu za proirivanjem, integracijom novih ureaja i koritenjem naprednih tenologija.

Slika 5 1761-NET-ENIW - Prvo Ethernet suelje sa ugraenim web i e-mail serverom za spajanje MicroLogix serije kontrolera na EtherNet/IP mreu (2004).

6

Kao sve napredne tehnologije EtherNet/IP se stalno razvija. Organizacije zajedno sa kompanijama njihovim lanovima koje su odgovorne za njegov razvoj, ukljuujui i Rockwell Automation, su sigurne da uvoenje EtherNet/IP u proizvodne sustave ima svijetlu budunost. Gledajui unazad, Rockwell Automation ima reputaciju firme koja je u razvoju Ethernet aplikacija od samog poetka: Prvi PLC spojen na Ethernet (Pyramid Integrator 1990) Prvi PLC sa ugraenim Ethernet portom (PLC-5 1994) Prvi mali PLC sa Ethernet portom (SLC 500 1995) Prva arhitektura industrijske mree u kojoj je link na Ethernet (NetLinx 1999) Prvi PLC sa vie Ethernet portova (ControlLogix 1999) Prvi PLC sa radom u realnom vremenu na Ethernet mrei (ControlLogix 2001) Prvi PLC sa ugraenim I/O modulom na Ethernet portu (CompactLogix 2003) Prvo Ethernet suelje (NET-ENIW) sa ugraenim web i e-mail serverom (MicroLogix 2004) Prema ovom popisu moemo zakljuiti da Rockwell Automation vjerovatno i sada radi na razvoju novih rijeenja u industrijskoj automatizaciji pomou EtherNet/IP-a koji danas daje ono najbolje to moemo dobiti od industrijskog Etherneta.

7