Przemys³owy Ethernet przeznaczony jest do transmisji danych w trudnych warunkach. S³u¿y do przekazywania wielu informacji takich jak alarmy kolizyjne, poziom ha³asu w hali produkcyjnej, potrzeby procesów produkcji.
Trzy z³ote my¶li:
- przemys³owy Ethernet wymaga odporno¶ci na kolizje komend,
- podczas projektowania przemys³owych sieci Ethernet nale¿y braæ pod uwagê niezawodno¶æ sieci,
- topologie sieci przemys³owych to: gwiazda, drzewo, linia i pier¶cieñ.
Ethernet to dobrze znana i powszechnie uznawana technika przesy³u informacji zarówno w domu jak i w biurze. Ostatnio sieci tego typu bardzo intensywnie rozbudowuj± siê w zastosowaniach przemys³owych, np. w fabrykach. Warunki te s± jednak zupe³nie odmienne ni¿ te w domu czy w biurze. Ten artyku³ poka¿e ró¿nice miêdzy takimi sieciami, poprzez porównanie potrzeb komunikacyjnych, danych procesów oraz ochrony ¶rodowiska i sprzêtu.
£¡CZMY SIÊ
Przemys³owy Ethernet posiada unikalne wymagania, których podstaw± jest komunikacja dwukierunkowa. Aby to zrozumieæ, wyobra¼my sobie, ¿e wdra¿amy system w zak³adzie zajmuj±cym siê nape³nianiem butelek. Przyjmujemy, ¿e jest to fabryka nowego piwa AUTOMATYKA BEER. Proces nape³niania butelek bêdzie zarz±dzany przez przemys³ow± sieæ Ethernet.
Sieæ dzia³a bez zarzutu, poniewa¿ wykorzystuje potwierdzanie dostarczania wiadomo¶ci. W celu zilustrowania tego atrybutu powiedzmy, ¿e nasze urz±dzenie rozpoczyna proces nape³niania butelek naszym piwem na polecenie sterownika PLC. Sterownik PLC dodatkowo jest odpowiedzialny równie¿ za wysy³anie polecenia "STOP", kiedy butelka jest pe³na. Je¿eli wiadomo¶æ nie dotrze do urz±dzenia wykonawczego sterownik PLC nie otrzyma polecenia potwierdzenia dostarczenia komendy i wy¶le komendê ponownie. W potocznym jêzyku tak± sytuacjê nazywa siê "utrat± pakietu danych".
W warunkach biurowych, utrata pojedynczych pakietów danych rzadko jest rzecz± wa¿n±. Je¿eli ¿±dana strona jednorazowo nie otwiera siê prawid³owo, wystarczy ¿e u¿ytkownik u¿yje opcji "Od¶wie¿", aby strona za³adowa³a siê ponownie, tym razem poprawnie. W warunkach przemys³owych taka sytuacja nie mo¿e zostaæ dopuszczona, jako ¿e nasze piwo rozleje siê na pod³ogê, zanim kto¶ rêcznie wy³±czy urz±dzenie nape³niaj±ce lub wygeneruje rêcznie duplikat komendy "STOP". System dwukierunkowy oszczêdza materia³y, pieni±dze i czas.
W sieci przemys³owej równie wa¿na jest zdolno¶æ do wykrywania konfliktów. Je¿eli dwie komendy zderz± siê ze sob±, sterownik PLC winien wys³aæ ponownie komendy do urz±dzenia wykonawczego do czasu, a¿ nie uzyska potwierdzenia dostarczenia przez urz±dzenie wykonawcze. Do tego czasu oczywi¶cie urz±dzenie wykonawcze nie wykonuje procesu "STOP" i nadal nape³nia butelkê naszym piwem. Jednak odpowiednia konfiguracja sterowników sprawia, ¿e w koñcu komenda zostaje dostarczenia do urz±dzenia docelowego, która realizuje polecenie. Wtedy nape³nianie butelek dalej przebiega pod kontrol± i nikt nie musi p³akaæ nad rozlanym... piwem.
W tym za³o¿eniu musimy przyj±æ, ¿e pracuje kilka lub kilkana¶cie dozowników, zaworów, czujników i sterowników PLC w naszej sieci. Operacje musz± byæ wykonywane z maksymaln± wydajno¶ci± i precyzj±, gdzie opó¼nienia transmisji danych s± jak najbardziej niekorzystne. Sieæ domowa czy biurowa nie musi spe³niaæ takich kryteriów, poniewa¿ nie ma tu zbytniej potrzeby wykrywania kolizji transmisji.
INNE CZYNNIKI
Koszty przestojów: Kiedy sieæ w biurze ulegnie uszkodzeniu, wystêpuje niedogodno¶æ, z powodu której pewne dzia³ania s± niemo¿liwe do wykonania. Czêsto jednak pracownik potrafi w jaki¶ sposób omin±æ t± niedogodno¶æ, poprzez zmianê zadania, wykonanie zadania bez korzystania z sieci, lub przenosz±c siê do innej sieci, a wiêc dokonaæ alternatywnego sposobu osi±gniêcia celu. Natomiast w sieci przemys³owej, przestoje s± bardzo kosztowne. Linie monta¿owe pracuj±ce w trybie ci±g³ym mog± byæ niezdatne do wykonywania swojego zadania, a zaburzenie procesów o krytycznych priorytetach prowadzi do utraty materia³u i pieniêdzy.
We¼my na przyk³ad fabrykê szk³a hartowanego. Obróbka szk³a od odlewu do procedury ciêcia to proces d³ugotrwa³y a liczba sk³adowych poszczególnych drobnych procesów jest wysoka. Szk³o jest ogrzewane, ch³odzone, kontrolowane pod wzglêdem temperatury zgodnie z wymaganiami Klienta. Je¿eli linia produkcyjna gdzie¶ siê zatnie, szereg tafli szk³a z grupy procesów ulegnie zniszczeniu, jako ¿e do wszystkich produkowanych tafli szk³a naruszony zostanie proces technologiczny.
Kiedy projektujemy sieæ przemys³ow±, musimy rozwa¿yæ opcje, które czyni± sieæ wiarygodn±, co zazwyczaj niestety wi±¿e siê ze wzrostem kosztów.
Bezpieczeñstwo: W sieciach biurowych przesy³ane dane s± zazwyczaj wa¿ne i poufne, dlatego te¿ sieci biurowe musz± gwarantowaæ bezpieczeñstwo przed nieautoryzowanym u¿yciem. Tak samo jest w sieciach przemys³owych. Zagro¿eniem dla bezpieczeñstwa w ¶rodowisku przemys³owym jest ryzyko, ¿e pracownik mo¿e z³amaæ system przypadkowo i spowodowaæ np. ca³kowite zatrzymanie procesu.
Ró¿nice w hali produkcyjnej i sklepie: Nie spodziewajmy siê, ¿e w ¶rodowisku przemys³owym kto¶ bêdzie pracowa³ w eleganckich garniturach, drogich butach, jako ¿e bardziej odpowiednie bêd± niebieskie d¿insy i buty z metalowymi zabezpieczeniami na palce. Analogicznie jest w sieciach przemys³owych - trzeba braæ pod uwagê bardziej bezpieczeñstwo ni¿ wygl±d. Przemys³owe switche, kable, po³±czenia musz± byæ odporne na trudne warunki przemys³owe.
TROSKA O ¦RODOWISKO
Temperatura: Ciep³o i zimno, to dwa czynniki, które mog± mieæ istotny wp³yw na pracê sieci przemys³owej. Zimno jest szczególnie szkodliwe, jako ¿e sprzêt i kable w niskich temperaturach mog± siê uszkodziæ, powoduj±c ich zniszczenia lub ograniczenia wydajno¶ci. Wystarczy, ¿e np. kabel podatny na niskie temperatury w miejscu przegiêcia zacznie pêkaæ wobec jego w³a¶ciwo¶ci fizycznych polegaj±cych na kurczeniu sie w niskich temperaturach. Wysoka temperatura równie¿ jest szkodliwa, poniewa¿ izolacja zewnêtrzna mo¿e ulec stopieniu, powoduj±c luki w zabezpieczeniach oraz opó¼nienia w transmisji.
Substancje chemiczne mog± powodowaæ zmiany strukturalne w os³onach przewodów, co powoduje skrócenie ¿ywotno¶ci przewodów i pogorszenie wydajno¶ci. Niektóre rozpuszczalniki mog± równie¿ wywieraæ wp³yw na same przewody metalowe, jako ¿e przenikaj± przez plastikowe os³ony, tak wiêc os³ony takie nie s± wtedy efektywne.
Promieniowanie, zw³aszcza ultrafioletowe (UV) s³oneczne mo¿e doprowadziæ do odbarwiania i niszczenia os³ony przewodów. Jednocze¶nie du¿a wilgotno¶æ pogarsza ¿ywotno¶æ przewodów.
Warunki stawiane sieci przemys³owej s± bardzo restrykcyjne, a sprzêt biurowy nie zosta³ stworzony do takich warunków. Podjêcie dzia³añ w celu fizycznej ochrony kabli i osprzêtu mo¿e zminimalizowaæ lub nawet wyeliminowaæ negatywne skutki.
Pole magnetyczne generowane przez du¿e silniki i urz±dzenia pracuj±ce na wysokich napiêciach, mog± zniekszta³caæ transmisje w sieci, przez co informacje przesy³ane przez sieæ mog± byæ przek³amywane.
Niektóre urz±dzenia, mog± generowaæ wibracje, które mog± powodowaæ uszkodzenia os³on kabli i roz³±czanie siê z³±czy, je¶li stosowane s± nieodpowiednie. Do analizy takich potrzeb nale¿y braæ pod uwagê, co siê dzieje w miejscu instalacji podczas normalnej pracy zak³adu.
INNE ISTOTNE RÓ¯NICE
Sieæ przemys³owa niemal zawsze jest skonfigurowana w topologii gwiazdy. Sieæ taka jednak ma wiele ró¿nych opcji, aby móc dopasowaæ odpowiedni±. Topologie te to: gwiazda, drzewo, linia, pier¶cieñ.
Natê¿enie pracy: Urz±dzenia i osprzêt biurowy zaprojektowany na niskie natê¿enie pracy, dla podstawowego u¿ytkownika. Urz±dzenia przemys³owe wystêpuj± dla ró¿nych poziomów natê¿enia pracy tak wiêc wystêpuj± urz±dzenia i osprzêt na ciê¿kie i lekkie typy.
Kable: Kable s± klasyfikowane jako ciê¿kie i lekkie. Lekkie kable przemys³owe s± wykonane w nieco lepszej jako¶ci ni¿ zwyk³e kable biurowe. Niekiedy wystarczaj± kable przeznaczone do biura, ale tylko w niektórych przypadkach. Kable ciê¿kie s± znacznie bardziej kosztowne ni¿ lekkie, dlatego s± u¿ywane tylko wówczas, gdy jest to konieczne.
Z³±cza: Czêsto w sieciach przemys³owych wystarczaj± zwyk³e biurowe z³±cza, np. RJ-45. Standardowo jednak nie stosuje siê biurowych z³±cz, a stosuje siê z³±cza o wy¿szej wytrzyma³o¶ci. Oczywi¶cie koszty z³±czy do ciê¿kich warunków równie¿ s± wy¿sze.
Sieci Ethernet szybko staj± siê znanymi i stosowanymi rozwi±zaniami w fabrykach. Koszty, ilo¶ci przesy³±nych danych a tak¿e poprawa szybko¶ci transmisji na magistrali zwraca siê wielokrotnie. Sieci przemys³owe s± w stanie skutecznie radziæ sobie w trudnych warunkach.
John Rinaldi (t³um. Sebastian Czarnecki)
Na podstawie: intech