Sažetak
Što znači industrijski Ethernet? Industrijski Ethernet igra vitalnu ulogu jer je sposoban podržati različite mrežne protokole za implementaciju determinističke kontrole komunikacije u stvarnom-vremenu.
"Industrijski Ethernet" (IE) odnosi se na upotrebu Etherneta u industrijskim okruženjima, posebno onima koja koriste preddeterminističke mehanizme upravljanja-iu stvarnom vremenu.
Hardver, softver i usluge najvažniji su elementi kada se radi o pružanju komunikacijskih rješenja za tvorničku automatizaciju, a industrijski Ethernet koristi se u širokom spektru industrija, uključujući naftu i plin, zrakoplovstvo i obranu, energetiku i energiju, elektriku i elektroniku, automobilsku industriju i transport te kemijsku industriju. Unutar industrijskog Etherneta, protokoli kao što su TSN, OPC-UA, EtherCAT, Profinet, ethernet/IP, CC-link IE i Modbus koriste se u velikom broju ciljanih aplikacija.
Industrijska Ethernet arhitektura
Mreže-osjetljive na vrijeme, koje se često nazivaju TSN-ovi, jedan su od ključnih entiteta koji čine jezgru informacijskih-fizičkih sustava Industrije 4.0, koju pokreće determinističkiji Industrijski Ethernet (vidi sliku 2). Da bi se to postiglo potrebno je spojiti mreže operativne tehnologije (OT) i mreže informacijske tehnologije (IT) s viših razina proizvodnje, a ti sustavi moraju imati neku vrstu prezentacije u kibernetičkom prostoru kako bi pravilno funkcionirali. Međutim, velika većina suvremenih industrijskih Ethernet standarda zahtijeva korištenje vlasničkog hardvera i protokola, što vrlo otežava mrežnu konvergenciju. Za rješavanje ovih promjena i zahtjeva, Renesas nudi ciljane proizvode/rješenja koja se odnose na Time Sensitive Networking (TSN).
IEEE 802.1 TSN Task Force integrirao je IEEE standarde (pogledajte sliku 3) za podršku predvidljivog-ponašanja u stvarnom vremenu i vertikalne i horizontalne skalabilnosti TSN tehnologije.
Renesas R-IN32M4-CL3 SoC bio je jedan od prvih kontrolera koji je podržavao CC-Link IE TSN Class B, dok R-IN32M2 SoC obitelj i RX72M MCU također imaju rješenja koja podržavaju CC-Link IE TSN Class a. Ova rješenja omogućuju komunikaciju velike-brzine i velikog-kapaciteta koja se može ostvariti bez softverskih operativnih sustava u stvarnom vremenu i vanjskih komponenti.
Open Platform Communications Unified Architecture (OPC UA) koju je stvorila OPC Foundation koristi se za industrijsku automatizaciju M2M komunikacija. Arhitektura je primjenjiva na sve industrijske komponente, uključujući industrijske senzore i aktuatore, upravljačke sustave, koji se koriste za upravljanje i kontrolu industrijskih procesa. I to je slojeviti, prilagodljivi, pouzdani i otvoreni standardni protokol.
Arhitektura sustava OPC UA modelira klijente i poslužitelje kao partnere u interakciji, a svaki sustav može sadržavati više klijenata i poslužitelja. Slika 4 u nastavku ilustrira arhitekturu koja sadrži kombinaciju poslužitelja i klijenata.
OPC-UA široka arhitektura
EtherCAT
EtherCAT je Ethernet-sustav sabirnice polja koji održava EtherCAT Technology Group. Protokol koriste i za uređaje koji istovremeno izvode veliku-prikupljanje podataka i-kontrolu u stvarnom vremenu. Sa svojim visokim performansama, niskom cijenom i fleksibilnom topologijom, EtherCAT je postao jedan od vodećih protokola u industriji. Renesas je proširio svoj portfelj kontrole uređaja i umrežavanja s Renesasovom vlasničkom jezgrom nove RXv3 treće-generacije CPU-a i 32-bitnim RX72M, RX72N i RX66N MCU-ovima za industrijsku automatizaciju koja integrira kontrolu uređaja i funkcionalnost umrežavanja na jednom čipu (vidi sliku 5).
Kako bi zadovoljio potrebe industrijske automatizacije, Renesas je predstavio niz mikrokontrolera za EtherCAT povezivost. Među njima, RX72M dolazi s procesorom od 240 MHz, do 4 MB flash memorije i 1 MB RAM-a, sa širokim rasponom perifernih uređaja i sučelja kao što su Ethernet, USB, CAN, SPI, I2C i više. Ovaj prilagodljivi mikrokontroler postao je prvi izbor za mnoge industrijske primjene.
Niz ključnih značajki RX72M, RX72N i RX66N
PROFINET
PROFINET standard je otvoreni, standardizirani industrijski Ethernet protokol za prijenos podataka u automatiziranim okruženjima koji olakšava komunikaciju između kontrolera i uređaja. PROFINET-ovi ciklički i aciklički protokoli definiraju dijagnostiku, funkcionalnu sigurnost, alarme i druge oblike razmjene podataka. TPS{3}}1 tvrtke Renesas Electronics je PROFINET (IRT)-omogućen PROFINET IO uređaj-na-čipu rješenje koje pojednostavljuje proces implementacije i proizvođačima opreme pruža brzu, jednostavnu i ekonomičnu integraciju sučelja PROFINET IO uređaja.
PROFINET je protokol sabirnice polja koji se obično koristi u aplikacijama industrijske automatizacije i podržava protokole PROFIBUS DP (decentralizirana periferija) i PROFIBUS DP-V1 (verzija 1), koji se široko koriste u aplikacijama industrijske automatizacije za komunikaciju između PLC-ova i drugih uređaja. globalna krovna organizacija za PROFIBUS i PROFINET tehnologije PROFIBUS & PROFINET INTERNATIONAL (PI) navodi RX72M MCU u svojim preporučenim MCU/MPU/LSI za podršku sabirnice polja. Stoga je RX72M MCU svestran izbor za aplikacije industrijske automatizacije.
Ethernet/IP
Ethernet/IP je protokol koji omogućuje interakciju-uređaja industrijske automatizacije povezanih s Ethernetom. To je jedan od tri protokola za industrijsku automatizaciju koji se temelje na Ethernetu-koja je izradila Open DeviceNet Vendor Association (ODVA), a druga dva su PROFINET i EtherCAT. ethernet/IP pruža i cikličku i acikličku komunikaciju, a može se komunicirati preko TCP/IP i UDP/IP. To ga čini svestranim protokolom koji se može koristiti u industriji, od malih kontrolnih sustava do velikih distribuiranih sustava. Industrijski uređaji kao što su PLC, HMI, senzori i drugi uređaji za automatizaciju mogu se komunicirati i kontrolirati u stvarnom vremenu pomoću Etherneta/IP-a, koji pruža skalabilnu,-brzu komunikaciju korištenjem Etherneta i IP-a.
Ethernet MAC
Ethernet MAC (Ethernet Media Access Control) jedinstveni je identifikator za kontroler mrežnog sučelja (NIC) uređaja koji se koristi za omogućavanje Ethernet mrežnih komunikacija. FreeRTOS-podrška za fleksibilni paket (FSP) omogućuje usvajanje drugih RTOS-ova i međuprograma.
Osim toga, Renesas podržava sveobuhvatan partnerski ekosustav za pružanje niza softverskih i hardverskih sastavnih dijelova koji će funkcionirati ---od okvira s Renesas MCU-ovima. Ovaj ekosustav pomoći će ubrzati razvoj IoT aplikacija, uključujući osnovne tehnologije.
Kao što je već naglašeno, današnji tvornički pogoni zahtijevaju zajednički, robusni deterministički i ne-deterministički Ethernet okvir kako bi se omogućio najviši stupanj povezivanja industrijske mreže. Kao tržišni lider u ovom području, Renesas rješenja pokrivaju širok raspon industrijskih Ethernet zahtjeva i poznati su po svojim performansama, pouzdanosti i jednostavnosti korištenja. Za industrijsku automatizaciju i druge primjene, ovi su sustavi dizajnirani za-brzi prijenos podataka, nisku latenciju i nisku potrošnju energije. Kako bi ubrzao usvajanje, Renesas nudi niz razvojnih paketa i kompleta rješenja koji pomažu inženjerima da brzo stvore-industrijska Ethernet rješenja s dodanom vrijednošću.