Ethernet הופך לטכנולוגיית רשת חשובה יותר ויותר ביישומים תעשייתיים.
בתחום בקרת התנועה, Ethernet, Fieldbus וטכנולוגיות אחרות-כגון Peripheral Component Interconnect (PCI)-התחרו בעבר כדי להתמודד עם כמה מעומסי העבודה התובעניים ביותר במערכות אוטומציה ובקרה תעשייתיות. יישומי בקרת תנועה דורשים דטרמיניזם-הערובה שהרשת תספק עומסי עבודה לצמתים ייעודיים בזמן-מה שחיוני להבטחת החזקת מיקום, מה שבתורו מבטיח עצירות מדויקות של הנהג, האצה/האטה נכונה ומשימות אחרות.
תקן IEEE 802.3 Ethernet מעולם לא עמד בדרישות אלה. למרות מיתוג דופלקס מלא ודומיינים מבודדים של התנגשות החליפו את שכבת קישור הנתונים המיושנת של CSMA/CD, הפרוטוקול עדיין חסר יכולת חיזוי. יתר על כן, המורכבות הגבוהה של TCP/IP בערימה טיפוסית אינה מותאמת לשידור מהימן של תעבורת- בזמן אמת. כתוצאה מכך, אוטובוסי שטח וארכיטקטורות בקרה מבוססות-מחשבים עם כרטיסי PCI מבוססי ASIC- הם זה מכבר פתרונות נפוצים לבקרת תנועה.
פתרונות Ethernet, החל מ-EtherNet/IP® ועד EtherCAT®, מתגברים על החסרונות הללו בדרכים הייחודיות שלהם. למרות ש-Ethernet תעשייתי מציע מספר יתרונות נוספים על פני טכנולוגיות חלופיות, הוא עדיין רחוק מלשלוט בשוק בקרת התנועה. הבה נבחן שלוש סיבות מדוע זה יכול-ועוד-לקבל הסכמה גוברת בשנים הקרובות.
1
התכנסות במקום מורכבות מוגברת
עם הזמן, החיבור ההולך וגובר בין ה-IT הארגוני לרצפת המפעל הוביל למערכות מורכבות יותר, שלעתים קרובות כוללות שילוב של טכנולוגיות Ethernet סטנדרטיות, Ethernet תעשייתי וטכנולוגיות fieldbus. לדוגמה, מכונה עשויה להשתמש ב:
רשתות כאלה הן מורכבות, והן יקרות להקמה ולתחזוקה. כל פרוטוקול דורש הליכי יישום משלו, אנשי התקנה והדרכה משלו. לעומת זאת, Ethernet מציעה את האפשרות לרכז רשתות שונות-כגון אלה לבקרת תנועה ובטיחות-לתשתית חסכונית- שקל יותר לחיבור, נתמכת באופן נרחב על ידי ספקים וניתנת להתאמה לדרישות עתידיות.
אתרנט מציע את האפשרות להתכנס בין רשתות שונות.
פרוטוקול EtherNet/IP מדגים כיצד ניתן למנף באופן מלא את ההתכנסות בפועל. על ידי שימוש בטכנולוגיות Ethernet סטנדרטיות כגון TCP/IP ו-UDP/IP, בתוספת תכונות כמו CIP Sync (להשגת סנכרון פרוטוקול זמן מדויק באמצעות השעון המבוזר IEEE 1588), מערכות משולבות עם מיתוג יכולות להכיל יישומים מסחריים ותעשייתיים בו-זמנית.
2
דטרמיניזם עבור יישומי בקרת תנועה
בקרת תנועה מסתמכת על תקשורת מדויקת. דיוק זה נתמך על ידי תזמון מבוסס-משבצת-זמן, שבו לכל מכשיר יש לוח זמנים במסגרת מדיניות התזמון לתקשורת עם מכשירים אחרים. כונני סרוו ובקרים אלו מחשבים את התזמון שלהם, שממנו ניתן לגזור את ערך ∆T של פונקציית הבקרה. עם זאת, אם העברת הנתונים תהיה בלתי צפויה, התוצאות עלולות ללכת לאיבוד; לכן נדרש דטרמיניזם כדי להבטיח יציבות לולאה.
Ethernet מסוגל לתמוך ביישומי בקרת תנועה תובעניים במפעל.
במקרים מסוימים, הטמעת IEEE 1588 ב-EtherNet/IP באמצעות מעגלי מאיץ המשולבים ישירות בשבבי Intel® הוא רק מנגנון נפוץ אחד שבאמצעותו פתרונות Ethernet אוכפים דטרמיניזם. עיבוד בזמן אמת-מהיר-של EtherCAT הוא דוגמה נוספת לאופן שבו מושגים ביצועים עקביים וניתנים לחיזוי ביישומי בקרת תנועה. EtherCAT מתגבר על המגבלות הפיזיות המחמירות של תקשורת מרכזית מבוססת PCI-, הדורשת תקשורת מהירה בין יחידת עיבוד המכונה למעבד הסרוו תוך שמירה על מרחק קצר.
ג'ייסון גורז'ס הסביר במאמר שפורסם ב-*Machine Design* ב-2010:
ארכיטקטורת המעבד המבוזר המבוססת- של EtherCAT מציעה רוחב פס גבוה, סנכרון וגמישות פיזית, מתחרה ביכולות של שליטה מרכזית תוך שהיא מציעה את היתרונות של רשת מבוזרת.
למעשה, מעבדים מסוימים המשתמשים בגישה זו יכולים לשלוט על עד 64 צירים מתואמים מאוד-כולל מיקום, מהירות ולולאות זרם, כמו גם התמורה-בקצבי דגימה ועדכון של 20 קילו-הרץ.
3
כדאיות-לטווח ארוך עבור ה-IIoT
מאז הקמתה כטכנולוגיית רשת מקומית (LAN), Ethernet עברה שורה של פיתוחים. בהתחשב בכך שרכיבי Fieldbus המסורתיים מיוצרים כיום בקנה מידה קטן וש-PCI מסתכן להפוך לארכיטקטורת תקן תעשייתי מיושן, Ethernet התפתח לנקודה שבה הוא מסוגל כעת לשרת את האינטרנט התעשייתי של הדברים (IIoT) מבוסס IP-.
שיפורים עתידיים-כגון רשת רגישה-לזמן, שתשפר את IEEE 1588 ותתמוך באפשרות של התכנסות רשת- הופכים גם את Ethernet לבחירה אידיאלית עבור יישומי בקרת תנועה נוכחיים ועתידיים. זה לא אומר שאוטובוסי שטח ו-PCI ייעלמו; במקום זאת, ככל שתעשיית האוטומציה מתקדמת לעבר ה-IIoT, היתרונות של Ethernet ימשיכו לגדול.