Ethernet, endüstriyel uygulamalarda giderek daha önemli bir ağ teknolojisi haline geliyor.
Hareket kontrolü alanında, Ethernet, fieldbus ve -Çevresel Bileşen Ara Bağlantısı (PCI) gibi diğer teknolojiler-tarihsel olarak endüstriyel otomasyon ve kontrol sistemlerindeki en zorlu iş yüklerinden bazılarının üstesinden gelmek için rekabet etmiştir. Hareket kontrolü uygulamaları determinizmi gerektirir-ağın, iş yüklerini belirlenen düğümlere zamanında teslim edeceğinin garantisini-bu da konumun korunması için gereklidir; bu da hassas sürücü duruşlarını, uygun hızlanma/yavaşlamayı ve diğer görevleri garanti eder.
IEEE 802.3 standardı Ethernet bu gereksinimleri hiçbir zaman karşılamamıştır. Her ne kadar tam-dubleks anahtarlama ve yalıtılmış çarpışma alanları, eski CSMA/CD veri bağlantısı katmanının yerini almış olsa da, protokol hâlâ öngörülebilirlikten yoksundur. Ayrıca, tipik bir yığındaki TCP/IP'nin yüksek karmaşıklığı, gerçek zamanlı trafiğin güvenilir iletimi için optimize edilmemiştir. Sonuç olarak, ASIC-tabanlı PCI kartlara sahip fieldbus'lar ve PC-tabanlı kontrol mimarileri, hareket kontrolü için uzun süredir yaygın olarak kullanılan çözümler olmuştur.
EtherNet/IP®'den EtherCAT®'e kadar uzanan Ethernet çözümleri, bu eksikliklerin üstesinden kendi benzersiz yöntemleriyle gelir. Endüstriyel Ethernet, alternatif teknolojilere göre birçok başka avantaj sunmasına rağmen, hareket kontrol pazarına hakim olmaktan hâlâ uzaktır. Önümüzdeki yıllarda giderek daha fazla kabul görmesinin-ve-kabul görmesinin üç nedenini inceleyelim.
1
Artan Karmaşıklık Yerine Yakınsama
Zamanla, kurumsal BT ile fabrika ortamı arasındaki artan bağlantı, genellikle standart Ethernet, endüstriyel Ethernet ve fieldbus teknolojilerinin bir karışımını içeren daha karmaşık sistemlerin oluşmasına yol açtı. Örneğin, bir makine şunları kullanabilir:
Bu tür ağlar karmaşıktır ve kurulması ve bakımı pahalıdır. Her protokolün kendi uygulama prosedürleri, kurulum personeli ve eğitimi gerekir. Bunun tersine, Ethernet, hareket kontrolü ve güvenlik ağları gibi farklı ağları-kablo bağlantısı daha kolay, satıcılar tarafından yaygın olarak desteklenen ve gelecekteki gereksinimlere uyarlanabilen, uygun maliyetli- bir altyapıda birleştirme olanağı sunar.
Ethernet farklı ağları birleştirme olanağı sunar.
EtherNet/IP protokolü, yakınsamadan pratikte nasıl tam olarak yararlanılabileceğini göstermektedir. TCP/IP ve UDP/IP gibi standart Ethernet teknolojilerini kullanan ve CIP Sync (IEEE 1588 dağıtılmış saat aracılığıyla hassas zaman protokolü senkronizasyonu elde etmek için) gibi özelliklerle desteklenen entegre anahtarlamalı sistemler, hem ticari hem de endüstriyel uygulamaları aynı anda barındırabilir.
2
Hareket Kontrol Uygulamaları için Determinizm
Hareket kontrolü hassas iletişime dayanır. Bu hassasiyet, her cihazın diğer cihazlarla iletişim kurmak için planlama politikası dahilinde bir programa sahip olduğu zaman-slot-tabanlı planlama tarafından desteklenir. Bu servo sürücüler ve kontrolörler, kontrol fonksiyonunun ∆T değerinin türetilebileceği ilgili zamanlamalarını hesaplar. Ancak veri iletimi öngörülemez hale gelirse sonuçlar kaybolabilir; bu nedenle döngü stabilitesini sağlamak için determinizm gereklidir.
Ethernet, fabrikadaki zorlu hareket kontrolü uygulamalarını destekleme kapasitesine sahiptir.
Bazı durumlarda, doğrudan Intel® yongalarına entegre edilmiş hızlandırıcı devreler aracılığıyla IEEE 1588'in EtherNet/IP'de uygulanması, Ethernet çözümlerinin determinizmi zorunlu kıldığı yaygın mekanizmalardan yalnızca biridir. EtherCAT'in yüksek-hızlı gerçek-zamanlı işlemesi, hareket kontrol uygulamalarında ne kadar tutarlı, öngörülebilir performans elde edildiğinin bir başka örneğidir. EtherCAT, makine işlem birimi ile servo işlemci arasında kısa mesafeyi korurken hızlı iletişim gerektiren PCI-tabanlı merkezi iletişimin katı fiziksel sınırlamalarının üstesinden gelir.
Jason Goerges, 2010 yılında *Machine Design* dergisinde yayınlanan bir makalede şunları açıkladı:
EtherCAT-tabanlı dağıtılmış işlemci mimarisi, yüksek bant genişliği, senkronizasyon ve fiziksel esneklik sunarak, merkezi kontrol yeteneklerine rakip olurken aynı zamanda dağıtılmış bir ağın avantajlarını sunar.
Aslında, bu yaklaşımı kullanan bazı işlemciler, konum, hız ve akım döngülerinin yanı sıra 20 kHz örnekleme ve güncelleme hızlarında komütasyon- dahil olmak üzere 64'e kadar yüksek düzeyde koordineli ekseni kontrol edebilir.
3
IIoT için Uzun-Vadeli Uygulanabilirlik
Yerel alan ağı (LAN) teknolojisi olarak başlangıcından bu yana, Ethernet bir dizi gelişmeden geçmiştir. Geleneksel fieldbus bileşenlerinin şu anda küçük ölçekte üretildiği ve PCI'nin geçerliliğini yitirmiş bir endüstriyel standart mimari haline gelme riski göz önüne alındığında, Ethernet artık IP-tabanlı Endüstriyel Nesnelerin İnterneti'ne (IIoT) tam olarak hizmet verebilecek noktaya kadar gelişmiştir.
IEEE 1588'i geliştirecek ve ağ yakınsaması olasılığını destekleyecek-zamana duyarlı ağ bağlantısı gibi- yakında yapılacak iyileştirmeler, aynı zamanda Ethernet'i mevcut ve gelecekteki hareket kontrolü uygulamaları için ideal bir seçim haline getiriyor. Bu, fieldbus'ların ve PCI'nin ortadan kalkacağı anlamına gelmiyor; otomasyon sektörü IIoT'ye doğru ilerledikçe Ethernet'in avantajları artmaya devam edecek.