Skrevet i samarbeid med Gunnar Svarttjernet.
TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) er for Ethernet som krydder for maten; begge deler gir (oftest) best resultat. Dette skyldes at TCP/IP-suiten er den viktigste bakenforliggende teknologi som gir Internet og Intranet liv, på samme måte som krydder gir smak i maten.
Kjører flere protokoller
Bruk av Ethernet og TCP/IP gjør at enhetene på nettverket kan eksistere side om side, men er ingen garanti for at de kan kommunisere med hverandre. Til dette kreves en felles applikasjonsprotokoll.
Arkitektene bak TCP/IP forsto dette problemet, og utvidet protokollene slik at de kunne samarbeide med flere applikasjonslag (”layers”). I dag benytter mange protokoller den samme TCP/IP-stacken – for eksempel protokoller for filoverføring (File Transfer Protocol, FTP), e-mail (Simple Mail/Management Transfer Protocol, SMTP) og World Wide Web (Hyper Text Transfer Protocol, HTTP).
Åpen teknologi
Med Ethernet på full fart inn i produksjonen, fremmer forskjellige nettverksorganisasjoner og automatiseringsleverandører nye applikasjonslagprotokoller. Disse er beregnet på å gjøre Ethernet bedre egnet til å oppfylle de strenge krav som stilles industrien.
Ethernet/IP (Industrial Protocol), som ble introdusert i begynnelsen av år 2000, er forløperen til de fleste industrielle Ethernet løsninger. Noe av årsaken er at den er basert på åpen teknologi, og bruker samme applikasjonsprotokoll, Common Industrial Protocol (CIP), som DeviceNet og ControlNet. Denne metoden gir utallige fordeler for automatiseringsbrukere og leverandører, blant annet enkel produkt- og nettverksintegrasjon og samspill mellom produkter fra flere leverandører.
Mange leverandører
Videre støttes Ethernet/IP av mer enn èn leverandør eller organisasjon. Både ControlNet International (CI), The Industrial Automation Open Networking Alliance (IAONA) og The Open DeviceNet Vendor Assosiation (ODVA) anerkjenner og/eller støtter denne nettverksstandarden. Resultatet er at mange leverandører allerede samarbeider og leverer produkter for Ethernet/IP.
Hva er Ethernet/IP?
Det er viktig å forstå den grunnleggende teknologien bak navnet Ethernet/IP, før vi går i dybden. ”Ethernet” refererer til det alminnelige, kommersielle Ethernet (IEEE 802.3), ikke en modifisert, proprietær versjon, samt TCP/IP-stacken.
”IP” betyr Industrial Protocol, og er det som kjennetegner nettverket. Til forskjell fra mange andre industrielle Ethernet, bruker Ethernet/IP en allerede anerkjent og åpen protokoll på applikasjonslaget, Common Industrial Protocol, CIP. Derfor er Ethernet/IP å se på som CIP satt ”på toppen av” et Ethernet TCP/IP nettverk, på samme måte som for eksempel DeviceNet er CIP ”satt oppå” nettverket CAN.
Allsidig
Ethernet/IP bruker TCP/IP til å sende eksplisitte meldinger, hvor hver pakke ikke kun inneholder applikasjonsdata, men også betydningen av dataene og den service som skal anvendes på dataene. Ethernet/IP utnytter også standardtransportservices i UDP/IP (User Datagram Protocol/Internet Protocol) optimalt, noe som gir høyere ytelse og multicast-funksjonalitet for sanntids, eller implisitt, datautveksling. Ettersom både TCP/IP- og UDP/IP-protokoller utnyttes maksimalt, kan industrien bruke Ethernet/IP til både informasjonsutveksling og styringsapplikasjoner.
Få teknologier er i stand til å oppfylle alle behov. Ethernet/IP er naturlig nok bundet av Ethernets naturlige begrensninger. Imidlertid har nettverket tilstrekkelig med egenskaper og funksjoner til å få det til å fungere for et bredt spekter av applikasjoner. Derfor er det mer allsidig enn de fleste andre nettverk. Fordi Ethernet/IP tilbyr både styrings- og informasjonsegenskaper, gir det også bedriftene muligheter til å bryte ned tradisjonelle kommunikasjonsarkitekturer (eller barrierer).
Flat nettverksarkitektur
En tradisjonell applikasjon er gjerne slik: et informasjonsnettverk forbinder PLS-systemene til et overordnet, administrativt system. PLS-systemene er også knyttet til et annet nettverk, en dedikert I/O-buss eller feltbuss.
Til sammenligning kan PLS-systemene nå knyttes til Ethernet/IP-nettverket med henblikk på både informasjon og I/O-data ved hjelp av en flat nettverksarkitektur. Dette muliggjør ikke bare en bedre ytelse, men også ekstra funksjonalitet:
- Nye tjenester som lyd og bilde – for eksempel videokamera for fjernovervåking av produksjonen og produksjonsflow (brukes allerede av Statens Vegvesen i mange tunneler i Norge).
- IT-integrasjon: for eksempel tilgang til datafangst/MES-systemet (Manufacturing Execution System) for produksjonen med henblikk på sanntids oppdatering av produksjonsdata.
- Fjernstyring: for eksempel programmering av PLS eller endring av parametere i en frekvensomformer.
- Alarmhåndtering, for eksempel sende en meddelelse til vedlikeholdspersonalet i form av en e-mail eller en SMS (tekstmelding).
- Internet/Intranetforbindelse, for eksempel online adgang til koblingsskjemaer, produktmanualer, kvalitetssikringsmanual etc. direkte ute på operatørstasjonene.
- Fleksibel sikkerhet – for eksempel begrenset adgang til en port på en switch, hvilket medfører begrenset adgang til en spesifikk I/O-node.
Disse ekstra mulighetene, som Ethernet tilbyr, gir industrien en betydelig fordel og er som oftest ikke tilgjengelig på industrielle nettverk. En overgang til denne typen arkitekturer markerer et filosofisk og driftsmessig skifte for de fleste industribedrifter, et skifte som åpner for en verden av muligheter for en innovativ bruker.
Etablert og ekspanderer
Nettverket Ethernet/IP (Industrial Protocol) har allerede vært på markedet noen år, og har på kort tid vært vitne til en betydelig interesse og aktivitet. Et år etter at organisasjonene CI (ControlNet International) og ODVA (Open DeviceNet Vendor Assosiation) frigjorde spesifikasjonen, lanserte for eksempel Rockwell Automation den første bølgen av Ethernet/IP produkter. De var sentrert rundt Allen-Bradley’s PLS-systemer. Senere har det også kommet flere produkter, som distribuert I/O, operatørpanel, frekvensomformere og softstartere.
I tillegg tilbyr over 150 andre leverandører mer enn 400 produkter for Ethernet/IP. Naturlig nok er kommunikasjonsutstyr godt representert. Men, det er også flust med andre leverandører. Eksempelvis står ABB, Beckhoff, Bosch Rexroth, Cognex (vision systemer), Emerson Process Management, Endress+Hauser, Festo, Honeywell, Kuka (roboter), Omron, Pepperl+Fuchs, Phoenix Contact, Schneider, Sick (sensorer) og Wago på listen.
Veien videre
Ethernet/IP er langt fra statisk. Det lanseres stadig nye løsninger, bygget på standarder fra organisasjonen ODVA. Rockwell Automation tilbyr for eksempel i dag CIP-Safety (CIP: Common Industrial Protocol) på Ethernet/IP for kommunikasjon mellom sikkerhets-PLS’er (SIL3 / cat.4).
CIP Motion (servosystemer) og CIP Sync er også på plass. Sistnevnte tidsstempler meldingene med svært høy oppløsning, typisk 200 ns, og kan for eksempel benyttes i store servosystemer med mange akser. Sjekk også www.odva.org for en oppdatering.
