Alt, hvad du behøver at vide om EtherNet/IP og IIoT

Du ser måske færre Ethernet-enheder i dag, hvor trådløse netværk bliver mere og mere populære, men Ethernet er stadig en integreret del af vores hverdag – uanset om det er til din primære internetforbindelse eller dit smart-tv. I industrielle miljøer repræsenterer Ethernet en betydelig udvikling. EtherNet/IP indeholder den velkendte "IP", som svarer til det, du bruger til at oprette forbindelse til internettet. I denne sammenhæng står det dog for Industrial Protocol, som er en smart tilpasning til industrielle anvendelser.

Feltinstrumenter kan forbindes via Ethernet ved hjælp af kabler og stik, der ligner dem, vi alle har derhjemme. Industrielle anvendelser kræver selvfølgelig mere robuste versioner for at kunne modstå krævende forhold, men princippet er stadig det samme. Kort sagt forstår du allerede meget af, hvordan disse "nye" industrielle Ethernet-enheder fungerer. Nu hvor vi har fundet ud af, hvor velkendt denne teknologi egentlig er, kan vi dykke ned i de detaljer, der adskiller den fra andre.

I 1990'erne begyndte et lille team hos ControlNet International Ltd. at udvikle det, der senere skulle blive til EtherNet/IP. I år 2000 indså de, at det var nødvendigt med yderligere støtte for at komme videre med projektet. På det tidspunkt var crowdfunding ikke en mulighed, så de søgte mere traditionelle veje.

De indgik et samarbejde med Open DeviceNet Vendors Association (ODVA), en organisation af automatiseringsproducenter, der blev etableret i 1995. ODVA indvilligede i at samarbejde om udviklingen af EtherNet/IP. I 2009 overdrog de oprindelige udviklere det fulde ansvar for protokollen til ODVA og dets medlemmer. I dag vedligeholder og fremmer ODVA Common Industrial Protocol (CIP™) og relaterede teknologier, herunder ControlNet®, CompoNet® og DeviceNet®.

Ud over protokoludvikling sikrer ODVA interoperabilitet på tværs af leverandører og systemer – en kompleks udfordring inden for industriel automatisering. Organisationen er fortaler for brugen af COTS-komponenter (commercial off-the-shelf) og umodificerede internet- og Ethernet-teknologier for at forenkle integration og indførelse.

EtherNet/IP er baseret på CIP og følger OSI-modellen (Open Systems Interconnection) samt TCP/UDP-standardpakken og er et førsteklasses fleksibelt Ethernet-netværk og en åben IEC-standard. Det giver dig mulighed for at forbinde feltsensorer, controllere og styresystemet i det samme netværk.

Implementeringen er omfattende, så du vil også finde effektstyringer (motorer, drev, softstartere etc.) og diskrete styringer (Safety I/IO, robotter etc.). Mulighederne er mange, da IP-kameraer, wi-fi og IP-telefoner også kan anvendes på netværket. Alle disse funktioner viser, at EtherNet/IP er mere end klar til IIoT-udvidelse.

I stedet for at beskrive hele standarden her, vil vi liste de vigtigste punkter, som du skal kende:

• IEEE 802.3: Standard, Ethernet, Precision Time Protocol (IEEE-1588)
• IEC: Den Internationale Elektrotekniske Kommission – IEC 61158
• ODVA: Common Industrial Protocol (CIP)
• IETF: Internet Engineering Task Force, standardinternetprotokol (IP)

Desuden tilføjer EtherNet/IP CIP til sessionslaget, men det følger også OSI-modellens protokolramme. Lad os kigge nærmere på grafikken:

Endelig kan der være mange måder at kommunikere på. Det fysiske lag tillader trådløs kommunikation, kommunikation via kobberkabler, fiber og meget mere. Derefter tillader datalink-laget forskellige standarder afhængigt af det fysiske lag – for eksempel IEEE 802.3 (fiber), IEEE 802.3 eller 802.1 (kobber) og IEEE 802.11 (wi-fi).

Selv det nye Advanced Physical Layer (Ethernet-APL) har kun 2 ledninger til strøm og kommunikation selv i farlige områder!

Ethernet-teknologien oplevede en reel udvikling fra 10 Mbps, bus/træ-topologi og halv-duplex-kommunikation til 100 Mbps og 1 Gbps, fuld duplex og switch/router-baseret stjernetopologi. Denne udvikling gav Ethernet-netværk mulighed for at understøtte kritiske industrielle systemer.

EtherNet/IP er en aktiv infrastruktur med netværkssegmenter, der bruger punkt-til-punkt-forbindelser i en stjernetopologi. Kernen i denne topologi er sammenkoblingen af Layer-2- og Layer-3-switche. Disse switche understøtter mange punkt-til-punkt-noder.

EtherNet/IP-netværket kan også understøtte lineære og enkelte fejltolerante ringtopologier. Til det formål bruger den indbyggede switche og DLR-teknologi (Device Level Ring). Disse alternative topologier kan kombineres med henblik på at optimere kabelføring og kommunikationslayout.

Vi kunne gå i dybden med de tekniske detaljer i EtherNet/IP-netværket, men vil holde det kort og præcist ved at koge de vigtigste emner ned til tre spørgsmål. Svarene vil give dig et godt grundlag for at forstå netværket bedre.

EtherNet/IP er baseret på TCP/UDP IP-standarden, men hvad står det for? TCP (transmission control protocol) giver pålidelig, men langsom dataoverførsel i en unicast-pakke eller -frame. For eksempel bruger e-mails og webbrowsing TCP-forbindelser, og det er værdifuldt til diagnostisk datatransmission, mens UDP er nyttigt til I/O-data i automatiserings- eller kontrolprogrammer.

Hvis vi kigger på UDP (user datagram protocol), finder vi en meget hurtigere forbindelse, men ingen garanti for, at de overførte data når frem til modtageren.  Her har vi unicast-, multicast- og broadcast-pakker eller -frames, der f.eks. bruges til streaming af musik eller video.

Ja, EtherNet/IP blev udviklet for at muliggøre brug sammen med andre TCP/IP-applikationer. Her er nogle eksempler på TCP/IP-applikationer, som du ofte vil se på markedet:

• HTTP – hypertext transfer protocol
• SNMP – simple network management protocol
• Modbus/TCP
• OPC UA

Netværket består af vigtige elementer, der muliggør kommunikation mellem enhederne og styresystemet. EtherNet/IP har tre klasser, der identificerer komponenter, og hvordan de bruges.

• Scanner: Scannerklassen kortlægger netværkets input- og outputvariabler i cyklusser, der er defineret via opdateringstiden. Eksempler: PLC'er og controllere
• Messaging: Messaging-klassen understøtter eksplicit messaging i stedet for I/O-data i realtid. Eksempler: diagnostik, netværkskonfigurationsværktøjer, SCADA- og HMI-systemer
• Adapter: Adapterklassen tilbyder enhedsspecifikke funktioner i enheder med indbygget EtherNet/IP-protokol. Eksempler: sensorer, ventiler, gateways.

EtherNet/IP er digital kommunikation, der udvider vores horisont i relation til integration og dataanvendelse. I henhold til NAMUR NOA-konceptet kan du hente oplysninger direkte fra dit netværk ved hjælp af en edge-enhed og sende dem til forskellige former for cloud-tjenester. For eksempel understøtter Netilion IIoT-økosystemet fra Endress+Hauser nu EtherNet/IP-enheder på flere måder; du kan bruge dem i Analytics-, Library-, Health- og Value-tjenester og tredjepartsenheder i Analytics og Library. Disse tjenester forbedrer dine data og giver dig de rigtige oplysninger, uanset hvor du befinder dig. Hver tjeneste har relevante fordele for de daglige opgaver.

IIoT-tjenester er en nem måde at få adgang til relevant indsigt fra din feltinstrumentering. De giver dig en behagelig og sikker metode til at integrere med skyen og komme foran inden for din branche, nå nye niveauer inden for vedligeholdelse, forbedre produktionen og meget mere.