Jak na interoperabilitu v průmyslovém prostředí

Jak na interoperabilitu v průmyslovém prostředí

O Průmyslové revoluci spojené s IIoT (průmyslový internet věcí) se toho již napsalo mnoho. I já jsem se v minulém příspěvku věnoval jejím hlavním výzvám a úskalím. Méně často diskutované je však technické pozadí, které propojení zařízení v průmyslovém prostředí umožňuje. Snadná interoperabilita a konektivita je přitom naprostým základem pro dosažení plné a bezproblémové integrace.

V minulosti nebylo vůbec jednoduché umožnit přímou komunikaci mezi např. sensorem a informačním systémem zajišťujícím analýzu chování daného procesu. Když se podíváme na typickou architekturu většího řídicího systému, tak v ní nalezneme tři vrstvy – vrstvu senzorů a jednoduchých zařízení (jedná se např. o motorové startéry či elektronická ochranná relé), řídicí vrstvu s PLC, operátorskými panely či inteligentními frekvenčními měniči a vrstvu informačních systémů.

Každá tato vrstva má rozdílné požadavky na objemy přenášených dat, rychlost a determinismus. Dřívější přístup byl tyto rozdílné požadavky řešit specializovanými sítěmi, obzvláště na úrovni spodních dvou vrstev. Navíc každý větší dodavatel technologie doporučoval jím preferovaný způsob integrace. V průmyslové praxi se tak dnes setkáme s mnoha různými datovými sítěmi a protokoly. Interoperabilita a rozšiřitelnost takto navržených a realizovaných systémů je, a ještě dlouho bude, noční můrou všech systémový integrátorů a koncových vlastníků takových řešení.

Tento stav byl již před nástupem Průmyslu 4.0 a IIoT neudržitelný. Co tedy s tím? Hledalo se univerzální řešení podobné tomu, které již léta existovalo na úrovni informačních a kancelářských systémů – Ethernet. Přičemž na samotný Ethernet se dlouho pohlíželo jako na standard (resp. rodinu standardů, viz níže), který díky svým vlastnostem (z principu nedeterministický, nepodporující předávání zprav v reálném čase, relativně drahý atd.) není do průmyslového prostředí vhodný.

Nicméně faktory jako nástup nových technologií (zejména inteligentních switchů), změny v topologii sítí (od stromové topologie k hvězdicové), plně duplexní provoz, vyšší přenosové rychlosti a lepší cenová dostupnost učinily časem z Ethernetu zajímavé řešení i pro komunikaci na úrovni spodních dvou vrstev řídicího systému.

Ethernet, nemodifikovaný Ethernet, EtherNet/IP a interoperabilita v průmyslovém prostředí

Než se dostaneme k využití Ethernetu v průmyslových aplikací je dobré si ještě říci, co vlastně pojmem Ethernet rozumíme? Striktně vzato je Ethernet definován normou IEEE 802.3 a představuje realizaci dvou spodních vrstev referenčního komunikačního síťového modelu OSI (fyzickou a linkovou). V průmyslové praxi se jako fyzické medium nejčastěji používá metalická kroucená dvojlinka, případně optický kabel.

Ethernet je ale často chápán i trochu šířeji ve smyslu technologie umožňující připojení k Internetu, tedy včetně protokolů síťové a transportní vrstvy, zejména protokolů IP, TCP a UDP. 

Již výše jsem naznačil, jaké důvody vedly k tomu, že se o Ethernetu začalo více uvažovat i pro použití v průmyslovém prostředí. Nicméně klíčové nedostatky Ethernetu, tedy chybějící podpora přenosu dat v reálném čase a nedeterminismus, se tím nepodařilo zcela vyřešit. Hledala se tedy řešení, která by tyto potřeby průmyslových aplikací zajistila. Dnes máme taková řešení principiálně tři. Vzhledem k omezenému prostoru se nebudeme moct detailněji zabývat rozdíly, ale na úvod postačí říci, že pouze jedno řešení, v literatuře označované jako „nemodifikovaný Ethernet“, využívá bez jakýchkoliv úprav standardu Ethernet i nadřazených protokolů TCP/IP a UDP. Ostatní dvě řešení vyžadují úpravu standardních protokolů či dokonce HW. Pouze tedy standardy pro přenos dat v průmyslovém prostředí stavějící na nemodifikovaném Ethernetu nevyžadují žádné úpravy infrastruktury (rozumějte např. speciální switche, routery apod.), mohou jednoduše koexistovat s ostatními existujícími protokoly, a co je nejdůležitější z pohledu IIoT, dovolují bezproblémovou integraci a interoperabilitu.

Jedním z takových standardů, které vycházejí plně z principů nemodifikovaného Ethernetu, je i standard EtherNet/IPTM. EtherNet/IPTM je otevřený standard spravovaný asociací ODVA[1]. Firma Rockwell Automation je zakládajícím členem této asociace a dlouhodobě podporuje a využívá všech výhod EtherNet/IPTM. Tato technologie je zároveň základním kamenem našeho řešení plné digitalizace průmyslové automatizace nazývaného The Connected Enterprise, které, i díky popsaným výhodám EtherNet/IPTM, je i ideálním řešením pro IIoT.  

[1] Podrobnosti o asociaci ODVA, jejich členech a další detaily o protokolu EtherNet/IPTM je možné nalézt na stránkách www.odva.org.

Jan Bezdicek
Zveřejněno 23 Říjen 2019 Autor Jan Bezdicek, Director of Research & Development, Prague, Rockwell Automation
  • Kontakt:

Automation Today

Společnost Rockwell Automation vám spolu se svými partnery nabízí své mimořádné znalosti, které vám pomohou s návrhem, implementací a podporou vašich investic do automatizace.

Registrace k odběru

Získejte nejnovější informace o technologických trendech a řešení od Rockwell Automation.