Ethernet voor Industriële I/O: Voordelen, Nadelen en Belangrijke Ontwerpoverwegingen

Industriële input/output (I/O) apparaten vormen de centrale zenuwstelsels van veel moderne machines en, daardoor, van industriële fabrieken. In de afgelopen tien jaar is het gebruik van Ethernet als fysieke laag een van de belangrijkste vooruitgangingen in industriële automatiseringsontwerp voor fieldbus I/O-apparaten.

Moderne EtherNet/IP (Ethernet Industrial Protocol) combineert traditionele Ethernet met een industriële applicatielaagprotocol gericht op industriële automatisering. Het werd gecreëerd om de tekortkomingen van traditionele IEEE te overwinnen, die twee grote problemen had:

1. Traditionele IEEE was niet geschikt om alle complexe, datazware processen in moderne automatisering aan te kunnen. Het gebruikt een reeks diverse standaarden die I/O-onderhoud en -gebruik een uitdaging kunnen maken.
2. In het verleden schuften fieldbus-organisaties hun eigen standaarden voor connectors, protocollen en stacks. Nu kan de fysieke laag afgehandeld worden door brede internationale standaardorganisaties die Ethernet-standaarden voor industriële, kantoor- en consumentenomgevingen vaststellen.

Het verbinden van I/O-apparaten via Ethernet om ze op afstand te besturen, data te verzamelen en te parseren en statussen te monitoren, heeft veel fabrieken in staat gesteld betrouwbaarheid, consistentie en efficiëntie te verbeteren. En I/O Ethernet kan een significante rol spelen voor fabrieken die hun lijnen en automatiseringsprocessen willen upgraden.

Maar zoals bij elke technologie zijn er voor- en nadelen van het toevoegen van Ethernet aan de industriële automatiseringsontwerpromgeving. Om u een geïnformeerde beslissing te laten maken terwijl u uw productie wilt verbeteren, hebben we de belangrijkste punten voor I/O Ethernet hieronder uiteengezet:

• Voordelen
• Nadelen
• Ethernet vs. Andere Opties
• Best Practices

VOORDELEN van Ethernet voor I/O

Netwerk I/O, met behulp van Ethernet, heeft verbeterde prestaties, flexibele topologie en eenvoudigere configuratie geleverd, evenals een reeks andere voordelen.

1. Snellere Verwerking – Ethernet I/O maakt real-time updates in minder dan een milliseconde mogelijk. De hogere verwerkingssnelheden creëren efficiëntie in dataverzameling en -analyse, een cruciale bouwsteen voor datazware industriële automatisering.
2. Gestandaardiseerde open communicatieprotocollen voor industriële automatiseringsontwerp – Ethernet wordt gebruikt in combinatie met open-source, standaardprotocollen, zoals EtherCAT, Profinet, EtherNet/IP, Powerlink en anderen. En al deze protocollen kunnen gemakkelijk interfaceën aangaan met veel apparaten, zoals drives, encoders en industriële controles op het I/O-netwerk. Naarmate fieldbussen meer open zijn geworden en afhankelijk van bekende fysieke technologieën zoals Ethernet, zijn I/O-netwerkupdatesnelheden toegenomen tot het punt dat ze real-time gebeurtenissen in het controlesysteem kunnen bijbenen.
3. Minder Koper — Lagere Kosten – Eerdere IEEE-netwerken vereisten aanzienlijke hoeveelheden koperen bedrading voor industriële apparaten. Maar vandaag de dag vereist het verbinden van I/O-apparaten met de controller alleen de I/O-netwerkverbinding, controlevoeding en, in het geval van hoge-energieapparaten, drie-fasen stroom. Dit elimineert aardlusser en wirwarr van koperen draden. In plaats daarvan verbindt één standaardkabel de controller met het industriële besturingssysteem, dat ver van de controller kan staan en gedistribueerd kan zijn.
4. Bescherming tegen Platformveroudering – Omdat Ethernet beschikbaar is voor praktisch elk hardwareplatform, is het niet gebonden aan één fabrikant of zelfs klasse van apparatuur. Het zal in de voorzienbare toekomst blijven werken, wat een toekomstbestendige investering in connectiviteit biedt, wat ook het voordeel heeft van langetermijnbeveiliging te versterken.
5. Betrouwbaarheid – Ethernet I/O werkt betrouwbaar in harde omgevingen, zoals die in zonne-energiecentrales, olie- & gasraffinaderijen, spoorwegen, windenergiecentrales en zelfs mariene faciliteiten. De kans is groot dat industriële automatiseringsontwerp met Ethernet I/O aan de eisende behoeften van uw productieomgeving voldoet.
6. Gemeenschappelijke, gecertificeerde standaarden en brede leveranciersondersteuning – Industriële Ethernet gebruikt de transport- en controleprotocollen van traditionele Ethernet en de media-toegangs- en signaleringstechnologieën die in off-the-shelf Ethernet-interfacekaarten te vinden zijn. Het is een robuuste, certificeerbare standaard die grote flexibiliteit in apparatuurgebruik toestaat, terwijl ervoor gezorgd wordt dat apparaten gecertificeerd, getest en goedgekeurd zijn door EtherNet/IP-testlabo's om hun kwaliteit en consistentie te garanderen. De kern van EtherNet/IP is het Control and Information Protocol (CIP) dat gebruikt wordt in ControlNet, DeviceNet en CompoNet. Deze standaard organiseert genetworkte apparaten als een verzameling objecten, die toegang, objectgedrag en uitbreidingen definieert. Dit biedt toegang tot een enorm bereik aan apparaten met een gemeenschappelijk mechanisme, en omdat het zo een wijd gebruikte standaard is — elke industrie gebruikt Ethernet — is er uitgebreide leveranciersondersteuning voor bijna elk type I/O-apparaat.
7. Eenvoudige, Snelle Installatie – Ethernet biedt producenten meer opties, of het nu gaat om veiligheid, fieldbus, minder programmeren of webservers. Het stelt fabrieken in staat om tussen protocollen te schakelen of een fieldbus voor de eerste keer op een eenvoudige, plug-in manier te implementeren. Veel producten zijn zelfconfigurerend, omdat ze het masterprotocol automatisch herkennen.
8. Overige Voordelen – Enkele extra kleinere voordelen van industriële automatiseringsontwerp met Ethernet voor I/O zijn: Enkele (of paar voor hoge beschikbaarheid) interconnect voor netwerken en opslag I/O; Vermogensreductie, efficiëntere koeling en vloerruimtegebruik en een duurzamere fabriekomgeving; Serverprestatieverbeteringen, maximaliseert PCI- en mezzanine-slots; Betere schaalbaarheid van I/O-capaciteit om hoogpresterende en geclusterde applicatiebehoeftes aan te kunnen.

Nadelen van het toevoegen van Ethernet voor I/O

Nu we de voordelen van Ethernet I/O uitgebreid hebben behandeld, zullen we enkele van de grootste nadelen bespreken:

• Bandbreedtebeperkingen – Ethernet I/O heeft beperkte bandbreedte. Veel PLC's kunnen alleen pakketgroottes van ongeveer 500 bytes verplaatsen, wat een significante hindernis kan zijn, potentiële operaties vertragend.
• Verwerking Wordt Opgegeten door TCP/IP-lagen – EtherNet/IP is een applicatielaagprotocol dat binnen een TCP/IP-pakket wordt overgedragen. Dat betekent dat significante processorbandbreedte gaat naar de verwerking van de TCP/IP-lagen, wat weer de prestaties vertraagt.
• Geen Informatie-modellering – Met Ethernet is er geen echte informatiemodellering. U kunt objecten met attributen creëren, maar kunt objecten niet samen koppelen in een hiërarchie. Dit kan uitdagingen creëren in real-world implementaties van industriële automatiseringsontwerp.
• Apparatuursvariatie – Er is beperkte functionaliteit van Ethernet met bepaalde controllers, dus u moet nog steeds voorzichtig zijn bij het selecteren van de beste apparatuur.
• Overkill – In veel gevallen is Ethernet het beste gebruikt voor discrete controle-toepassingen. Het kan werken in procescontrolescenario's, maar het kan een overbelaste oplossing zijn die onnodig te veel budget opslokt. In sommige gevallen bestaan praktischer, minder kostbare oplossingen.
• Diagnostiek – Generische diagnostiek is niet in alle Ethernet-apparaten ingebouwd. Elk apparaat kan zijn eigen aangepaste diagnostiek nodig hebben die ontworpen en geïmplementeerd moet worden, wat aanzienlijke tijd in beslag kan nemen.

Vergelijking van Ethernet met Andere Technologieën

Cruciale Zaken om te Weten

Bij de overstap naar Ethernet I/O is het cruciaal om een breed scala aan functies te beoordelen om het juiste type Ethernet te krijgen. Overweeg de volgende Ethernet IOS-architecturen:

• Ethernet Per Module Systemen
• Module Carrier Systemen
• Star Cluster Systemen

Essentiële Functies

Naast de architectuur heeft elke Ethernet IOS belangrijke functionele functies die geëvalueerd moeten worden. Elke industriële IOS moet een zekere mate van ondersteuning bieden voor de volgende gemeenschappelijke functies:

• Vermogensmonitoring
• Vermogensdistributie
• Interlock-ondersteuning
• Omgevingsbescherming

Wij kunnen helpen

De keuze van Ethernet-protocol hangt van veel factoren af. Maar meestal zullen de PLC's die in uw faciliteiten gebruikt worden en uw klantvraag uw beslissing sturen. Als u Siemens gebruikt, kunnen Profibus DP of ProfiNet IO uw beste opties zijn. Als u werkt met Rockwell ControlLogix of CompactLogix, zijn EtherNet/IP of DeviceNet uw beste keuzes. Uw toepassingsvereisten en huidige infrastructuur zullen de besluitvorming sturen.

Bij EPIC hebben wij diepe expertise over een breed scala aan systemen en technologieën, en wij hebben fabrieken wereldwijd geholpen. Als u expert hulp nodig heeft bij het selecteren van de beste technologieën voor uw fabrieks industriële automatiseringsontwerp, kunnen wij helpen.

Neem hier contact met ons op of bel ons op 314-714-1580 voor assistentie.

Een Ander Uitstekend Bronnen

• Om meer te leren, bekijk deze informatieve YouTube-video.