Os 4 protocolos da Ethernet industrial

1) Modbus TCP/IP

O Modbus TCP/IP (Transmission Control Protocol / Internet Protocol) foi o primeiro protocolo Ethernet industrial a ser lançado e é uma variação da família Modbus de protocolos de comunicação desenvolvidos para a supervisão e controle de equipamentos automatizados. Este protocolo transfere dados discretos entre dispositivos de controle usando uma comunicação mestre-escravo simples. Com este tipo de transmissão, o nó “escravo” não pode transferir dados até que seja comandado para fazê-lo pelo nó “mestre”. Este protocolo não é considerado como tempo real.

Arquitetura de comunicação do MODBUS TCP/IP – Fonte: modbus.org

2) EtherCAT

O EtherCat (Ethernet for Control Automation Technology) é um protocolo que fornece potência e flexibilidade para automação industrial, controle de movimento, sistemas de controle em tempo real e sistemas de aquisição de dados. Introduzido em 2003, EtherCAT oferece comunicação em tempo real usando a configuração mestre / escravo mencionada acima. Este protocolo aumenta a velocidade de duas maneiras:

1. Existe apenas um dispositivo enviando dados
2. Usando uma técnica chamada “processamento em tempo real”, que é quando um nó “escravo” extrai apenas as informações de que precisa de um pacote de dados e envia os dados solicitados simultaneamente.

Process Data on the Fly – Fonte ethercat.org

3) EtherNet/IP

O EtherNet/IP (protocolo industrial Ethernet) foi introduzido em 2000 e tornou-se um dos protocolos Ethernet industriais de camada de aplicação mais comumente usados ​​e é apoiado pela Open Device Vendors Association (ODVA). Este protocolo define dispositivos em uma rede como uma série de objetos. É o único protocolo Ethernet industrial baseado inteiramente nos padrões Ethernet. Como o EtherNet/IP usa Ethernet como padrão físico, dados, link, rede e camadas de transporte e usa switches Ethernet gerenciados padrão, ele pode suportar uma quantidade ilimitada de nós. No entanto, para oferecer suporte à comunicação em tempo real e evitar latência, é necessário limitar a arquitetura da rede.

4) PROFINET

O PROFINET (Process Field Net) é um protocolo usado para troca de dados entre controladores e dispositivos. Exemplos de controladores são controladores lógicos programáveis ​​(PLCs), sistemas de controle distribuído (DCSs) e sistemas de automação programáveis ​​(DDCSs). Exemplos de dispositivos são blocos de entrada e saída (I/O), sistemas de visão, leitores de identificação por radiofrequência (RFID), drives, instrumentos de processo e até mesmo outros controladores. O PROFINET é determinístico e troca dados em um arranjo predefinido. Com este protocolo, os dispositivos podem ser alterados de um fornecedor para outro sem interação do usuário.

Fonte: us.profinet.com

Redes Ethernet industriais comparadas com Redes Ethernet comerciais

As redes Ethernet industriais, quando comparadas às LANs Ethernet comerciais, têm algumas diferenças importantes.

Velocidade

A necessidade de velocidade da Ethernet industrial é muito menor do que a largura de banda gigabit (ou mais) exigida por uma LAN. As velocidades da Ethernet industrial variam de 10 Mbps a um gigabit; entretanto, a taxa mais popular é 100 Mbps. Isso ocorre porque a largura de banda necessária para enviar dados de controle e automação em um ambiente industrial é uma fração do que é necessário para baixar um vídeo em uma LAN, por exemplo.

Desempenho específico de operação

As redes Ethernet industriais têm protocolos que garantem que dados específicos de fabricação sejam enviados e recebidos no momento exato em que as informações são necessárias para executar uma tarefa específica. Isso poderia significar um desastre se uma dificuldade de processo automatizado tivesse que esperar que um funcionário percebesse o problema e apertar um botão para corrigi-lo. Este tipo de protocolo não é tão crucial em uma configuração de rede de escritório. Por exemplo, se um usuário perder um site, ele só precisa apertar o botão Atualizar para restaurá-lo. Simplesmente não existem os tipos de funções de automação em um escritório que, se incluídas, podem causar ferimentos ou morte, como podem ocorrer no chão de fábrica.

Ambientes industriais agressivos

A Ethernet comercial é projetada para um nível básico de uso, enquanto a Ethernet industrial é utilizada em diversos níveis de dificuldade e adequada para processos industriais pesados, incluindo ruído, sujeira, temperaturas extremas, etc. Os conectores usados ​​em ambientes industriais têm mecanismos de trava mais eficientes ​​e são selados. É necessária uma capa de alta qualidade para todo o cabeamento

Determinismo

A Ethernet comercial não é determinística por si só. No entanto, o determinismo é crucial no chão de fábrica. Em um processo de produção, os pacotes de dados devem ser enviados e recebidos em momentos específicos – e deve haver uma garantia de que os dados serão entregues a cada vez. A perda ou atraso de dados entre equipamentos industriais pode levar ao desastre. Essa transferência de informações em tempo real é uma das principais considerações para a escolha de uma solução de Ethernet insustrial.

Ethernet industrial e fieldbuses

Embora a Ethernet Industrial tenha uma grande quantidade de usuários, ainda existe um uso significativo de fieldbuses. Os fieldbuses são adequados para processos de produção em que a transferência de dados de E/S cíclica é crucial. Em contraste, a Ethernet Industrial é usada onde o desempenho e o sincronismo dos relógios é importantes. Aqui estão algumas das vantagens da Ethernet industrial sobre os fieldbuses:

• A transferência de dados de TI e em tempo real ocorre simultaneamente
• A rede pode ser expandida pela cascata de switches
• Transfere uma grande quantidade de dados
• Todos os usuários podem acessar barramentos simultaneamente
• Possui uma ampla faixa de endereços que permite que o número de usuários seja quase ilimitado
• Diferentes meios de transferência (por exemplo, cabo, rádio, condutores de luz) podem ser combinados

Conclusão

O futuro da Ethernet industrial é brilhante. Novas soluções são constantemente desenvolvidas, fazendo avançar a tecnologia com foco no desempenho geral e sincronismo de relógios. Ethernet industrial é uma tecnologia inestimável que oferece aos usuários:

• Melhor integração da planta e redes corporativas
• Visibilidade em tempo real dos processos de produção
• A capacidade de executar vários regimes de controle em uma única rede (por exemplo, processo, movimento, segurança)
• Redução de riscos de segurança na rede industrial
• Recursos de gerenciamento facilmente empregados