Allt du behöver veta om EtherNet/IP och IIoT

Du kanske har märkt att det finns färre Ethernet-enheter numera när trådlösa nätverk blir alltmer populära, men Ethernet är fortfarande en viktig del av vår vardag – oavsett om vi använder det till vår primära internetanslutning eller en smart-tv. I industrimiljöer representerar Ethernet en viktig utveckling. EtherNet/IP innehåller den välkända akronymen ”IP,” som ser ut som den vi använder för att ansluta till internet. I denna kontext står den dock för Industrial Protocol, industriellt protokoll, en smart anpassning för industriella tillämpningar.

Fältinstrument kan anslutas till Ethernet med hjälp av kablar och kontakter som liknar de som finns hemma. Givetvis kräver industriella tillämpningar mer robusta versioner som tål tuffa förhållanden, men principen är densamma. Sammanfattningsvis vet du redan mycket om hur dessa ”nya” industriella Ethernet-enheter fungerar. Nu när vi har konstaterat hur bekant den här tekniken faktiskt är kan vi fördjupa oss i detaljerna som skiljer den från andra tekniker.

På 1990-talet började ett litet team på ControlNet International Ltd. utveckla vad som skulle komma att bli EtherNet/IP. År 2000 insåg de att de behövde mer ekonomiskt stöd för att fortsätta driva projektet. På den tiden var crowdfunding inget alternativ, så de fick söka sig till traditionella vägar.

De slog sig ihop med Open DeviceNet Vendors Association (ODVA), en organisation med tillverkare av automationsteknik som grundades 1995. ODVA gick med på att samarbeta kring utvecklingen av EtherNet/IP. 2009 överlämnade de ursprungliga utvecklarna det fulla ansvaret för protokollet till ODVA och dess medlemmar. I dag förvaltar och marknadsför ODVA Common Industrial Protocol (CIP™) och relaterade tekniska lösningar, däribland ControlNet®, CompoNet®, och DeviceNet®.

Utöver att utveckla protokoll säkerställer ODVA kompatibilitet mellan olika leverantörer och system – en komplex utmaning inom industriautomation. Organisationen förespråkar användning av COTS-komponenter och omodifierade tekniska lösningar för internet och Ethernet för att förenkla integrering och implementering.

EtherNet/IP bygger på CIP och följer OSI-modellen (Open Systems Interconnection) samt standardprotokollen TCP/UDP och är ett flexibelt, förstklassigt Ethernet-nätverk och en öppen IEC standard. Det gör att du kan sammankoppla fältsensorer, styrenheter och styrsystem i samma nätverk.

EtherNet/IP implementeras i stor utsträckning och innehåller även reglerdon (motorer, drivenheter, mjukstartare osv.) och diskret styrning (säkerhets-I/IO, robotar osv.). Möjligheterna är många eftersom även IP-kameror, wifi och IP-telefoner kan göras till en del av nätverket. Alla dessa egenskaper visar att EtherNet/IP är mer än redo för IIoT-utökning.

I stället för att beskriva hela standarden tar vi här upp de främsta punkterna du bör känna till:

• IEEE 802.3: Standard, Ethernet, Precision Time Protocol (IEEE-1588)
• IEC: International Electrotechnical Commission – IEC 61158
• ODVA: Common Industrial Protocol (CIP)
• IETF: Internet Engineering Task Force, Standard Internet Protocol (IP).

Utöver detta lägger EtherNet/IP till CIP i sessionsskiktet, men följer också OSI-modellens protokollramverk. Nedan visas en grafik:

Slutligen finns det många olika sätt att kommunicera på. Det fysiska skiktet kan bestå av bland annat trådlös teknik, kopparkablar och fiber. Datalänkskiktet kan utgöras av olika standarder beroende på det fysiska skiktet – till exempel IEEE 802.3 (fiber), IEEE 802.3 eller 802.1 (koppar) och IEEE 802.11 (wifi).

Det nya fysiska skiktet Advanced Physical Layer (Ethernet-APL) har två trådar endast för ström och kommunikation, vilket gör att det kan användas till och med i explosionsfarliga områden!

När det gäller Ethernet-teknik har det skett en riktig revolution – från 10 Mbps, buss-/trädtopologi och halv duplex-kommunikation till 100 Mbps och 1 Gbps, full duplex, och switch-/routerbaserad stjärntopologi. Den här utvecklingen har gjort att Ethernet-nätverk kan stötta kritiska industriella system.

EtherNet/IP är en aktiv infrastruktur med nätverkssegment som använder punkt-till-punkt-anslutningar i en stjärntopologi. Kärnan i denna topologi är sammankopplingen av switchar i skikt 2 och 3. Dessa switchar används till många punkt-till-punkt-noder.

EtherNet/IP-nätverket kan också ha stöd för linjära och enskilda feltoleranta ringtopologier. För detta ändamål används inbäddade switchar och DLR-teknik (Device Level Ring). Dessa alternativa topologier kan kombineras för att optimera kabeldragning och kommunikationsstrukturer.

Även om vi skulle kunna gå ner på djupet i de tekniska detaljerna om EtherNet/IP-nätverk håller vi detta kort och koncist genom att koka ner huvuddragen till tre frågor. Svaren ger dig en bra grund för att förstå nätverket bättre.

EtherNet/IP bygger alltså på TCP/UDP IP-standarden, men vad betyder det? TCP (Transmission Control Protocol) ger tillförlitlig men långsam dataöverföring i ett unicast-paket eller en unicast-ram. Vi använder till exempel TCP-anslutningar när vi skickar e-post eller surfar på nätet. TCP är värdefullt för överföring av diagnostikdata, medan UDP används till I/O-data inom automation eller styrning.

UDP (User Datagram Protocol) är en mycket snabbare anslutning, men det finns ingen garanti för att de data som överförs faktiskt når mottagaren.  Här används paket eller ramar av unicast-, multicast- och broadcast-typ, till exempel för strömning av musik eller film.

Ja, EtherNet/IP utvecklades för att möjliggöra samexistens med andra TCP/IP-tillämpningar. Här är några exempel på TCP/IP-tillämpningar som är vanliga på marknaden:

• HTTP – Hypertext Transfer Protocol
• SNMP – Simple Network Management Protocol
• Modbus/TCP
• OPC UA.

Nätverket består av vissa avgörande element som möjliggör kommunikation mellan enheterna och styrsystemet. EtherNet/IP har tre klasser för identifiering av komponenter och hur de används.

• Scanner: Scanner-klassen kartlägger nätverkets ingångs- och utgångsvariabler i cykler som definieras av uppdateringstiden. Exempel: programmerbara styrsystem och styrenheter
• Messaging: Messaging-klassen stöder explicita meddelanden snarare än I/O-data i realtid. Exempel: diagnostik, nätverkskonfigurationsverktyg, SCADA- och HMI-system
• Adapter: Adapter-klassen erbjuder enhetsspecifika egenskaper i enheter med integrerat EtherNet/IP-protokoll. Exempel: sensorer, ventiler, nätportar.

EtherNet/IP är digital kommunikation som utökar våra möjligheter till integrering och dataanvändning. Med NAMUR NOA-konceptet kan du hämta information direkt från ditt nätverk med hjälp av en gränsenhet och skicka den till olika typer av molntjänster. Till exempel har Netilion IIoT-ekosystemet från Endress+Hauser nu stöd för EtherNet/IP-enheter på flera sätt: du kan använda dem i tjänsterna Netilion Analytics, Netilion-biblioteket, Netilion Health och Netilion Value. Dessutom kan enheter från andra leverantörer användas i Netilion Analytics och Netilion-biblioteket. Dessa tjänster gör dina data bättre och ger dig rätt information var du än befinner dig. Varje tjänst har relevanta fördelar för dagliga uppgifter.

IIoT-tjänster är ett enkelt sätt att få tillgång till relevant information från dina fältinstrument. De gör det smidigt och säkert att uppnå integrering med molnet och därmed ligga steget före i branschen, uppnå nya nivåer av underhåll och öka produktionen.