Abstrakt
Hva betyr Industrial Ethernet? Industrielt Ethernet spiller en viktig rolle ettersom det er i stand til å støtte en rekke nettverksprotokoller for å implementere deterministisk sanntids-kommunikasjonskontroll.
"Industriell Ethernet" (IE) refererer til bruken av Ethernet i industrielle miljøer, spesielt de som bruker predeterministiske og sanntidskontrollmekanismer.
Maskinvare, programvare og tjenester er de viktigste elementene når det gjelder å tilby kommunikasjonsløsninger for fabrikkautomatisering, og Industrial Ethernet brukes i en lang rekke bransjer, inkludert olje og gass, romfart og forsvar, energi og kraft, elektrisk og elektronikk, bil og transport, og kjemisk industri. Innen industrielt Ethernet brukes protokoller som TSN, OPC-UA, EtherCAT, Profinet, ethernet/IP, CC-link IE og Modbus i en lang rekke målrettede applikasjoner.
Industriell Ethernet-arkitektur
Tids-sensitive nettverk, ofte referert til som TSN-er, er en av nøkkelenhetene som utgjør kjernen i informasjons-fysiske systemer i Industry 4.0, som drives av det mer deterministiske industrielle Ethernet (se figur 2). For å oppnå dette må operasjonsteknologiske (OT) nettverk og informasjonsteknologiske (IT) nettverk fra høyere produksjonsnivåer slås sammen, og disse systemene må ha en form for presentasjon i cyberspace for å fungere skikkelig. Imidlertid krever det store flertallet av moderne industrielle Ethernet-standarder bruk av proprietær maskinvare og protokoller, noe som gjør nettverkskonvergens svært vanskelig. For å imøtekomme disse endringene og kravene tilbyr Renesas målrettede produkter/løsninger knyttet til Time Sensitive Networking (TSN).
IEEE 802.1 TSN Task Force har integrerte IEEE-standarder (se figur 3) for å støtte forutsigbar oppførsel i sanntid og vertikal og horisontal skalerbarhet av TSN-teknologi.
Renesas R-IN32M4-CL3 SoC var en av de første kontrollerene som støttet CC-Link IE TSN Class B, mens R-IN32M2 SoC-familien og RX72M MCU-er også har løsninger som støtter CC-Link IE TSN Class a. Disse løsningene muliggjør kommunikasjon med høy-hastighet og høy-kapasitet som kan realiseres uten programvaresanntidsoperativsystemer og eksterne komponenter.
Open Platform Communications Unified Architecture (OPC UA) opprettet av OPC Foundation brukes til industriell automatisering M2M-kommunikasjon. Arkitekturen er anvendelig for alle industrielle komponenter, inkludert industrielle sensorer og aktuatorer, kontrollsystemer, som brukes til kommando og kontroll av industrielle prosesser. Og det er en lagdelt, tilpasningsdyktig, pålitelig og åpen standardprotokoll.
OPC UA-systemarkitekturen modellerer klienter og servere som samhandlende partnere, og hvert system kan inneholde flere klienter og servere. Figur 4 nedenfor illustrerer en arkitektur som inneholder en kombinasjon av servere og klienter.
OPC-UA bred arkitektur
EtherCAT
EtherCAT er et Ethernet-basert feltbusssystem som vedlikeholdes av EtherCAT Technology Group. Protokollen brukes av og for enheter som samtidig utfører høy-datainnsamling og sanntidskontroll. Med sin høye ytelse, lave kostnader og fleksible topologi har EtherCAT blitt en av bransjens ledende protokoller. Renesas har utvidet sin enhetskontroll- og nettverksportefølje med Renesas' proprietære kjerne av nye RXv3 tredje-generasjons CPUer og 32-bits RX72M, RX72N og RX66N MCUer for industriell automasjon som integrerer enhetskontroll og nettverksfunksjonalitet på en enkelt brikke (se figur 5).
For å møte behovene til industriell automatisering har Renesas introdusert en rekke mikrokontrollere for EtherCAT-tilkobling. Blant dem kommer RX72M med en 240 MHz-prosessor, opptil 4 MB flashminne og 1 MB RAM, med et bredt utvalg av periferiutstyr og grensesnitt som Ethernet, USB, CAN, SPI, I2C og mer. Denne tilpasningsdyktige mikrokontrolleren har blitt førstevalget for mange industrielle applikasjoner.
En rekke nøkkelfunksjoner til RX72M, RX72N og RX66N
PROFINET
PROFINET-standarden er en åpen, standardisert industriell Ethernet-protokoll for dataoverføring i automasjonsmiljøer som letter kommunikasjon mellom kontrollere og enheter. PROFINETs sykliske og asykliske protokoller definerer diagnostikk, funksjonssikkerhet, alarmer og andre former for datautveksling. Renesas Electronics' TPS-1 er en PROFINET (IRT)-aktivert PROFINET IO-enhet-på-brikkeløsning som forenkler implementeringsprosessen og gir utstyrsprodusenter rask, enkel og kostnadsbesparende integrasjon av PROFINET IO-enhetsgrensesnitt.
PROFINET er en feltbussprotokoll som vanligvis brukes i industrielle automasjonsapplikasjoner og støtter protokollene PROFIBUS DP (Decentralized Peripheral) og PROFIBUS DP-V1 (versjon 1), som er mye brukt i industrielle automasjonsapplikasjoner for kommunikasjon mellom PLSer og andre enheter. global paraplyorganisasjon for PROFIBUS- og PROFINET-teknologier PROFIBUS & PROFINET INTERNATIONAL (PI) lister opp RX72M MCU i sin anbefalte MCU/MPU/LSI for feltbussstøtte. Derfor er RX72M MCU et allsidig valg for industrielle automasjonsapplikasjoner.
Ethernet/IP
Ethernet/IP er en protokoll som lar Ethernet-tilkoblede industrielle automasjonsenheter samhandle. Det er en av tre Ethernet-baserte industrielle automasjonsprotokoller laget av Open DeviceNet Vendor Association (ODVA), de to andre er PROFINET og EtherCAT. ethernet/IP gir både syklisk og asyklisk kommunikasjon, og kan kommuniseres over TCP/IP og UDP/IP. Dette gjør den til en allsidig protokoll som kan brukes i industrien fra små kontrollsystemer til store distribuerte systemer. Industrielle enheter som PLSer, HMI-er, sensorer og andre automatiseringsenheter kan kommuniseres og kontrolleres i sanntid ved hjelp av Ethernet/IP, som gir skalerbar,-høyhastighetskommunikasjon ved hjelp av Ethernet og IP.
Ethernet MAC
Ethernet MAC (Ethernet Media Access Control) er en unik identifikator for en enhets Network Interface Controller (NIC), som brukes til å aktivere Ethernet-nettverkskommunikasjon. Støtten for FreeRTOS-basert fleksibel pakke (FSP) gjør det mulig å ta i bruk andre RTOSer og mellomvare.
I tillegg støtter Renesas et omfattende partnerøkosystem for å tilby en rekke programvare- og maskinvarebyggeblokker som vil fungere-av--boksen med Renesas MCU-er. Dette økosystemet vil bidra til å akselerere utviklingen av IoT-applikasjoner, inkludert kjerneteknologier.
Som allerede understreket krever dagens fabrikkgulv et felles, robust deterministisk og ikke-deterministisk Ethernet-rammeverk for å muliggjøre den høyeste grad av industriell nettverkstilkobling. Som markedsleder på dette området dekker Renesas-løsninger et bredt spekter av industrielle Ethernet-krav og er kjent for ytelse, pålitelighet og brukervennlighet. For industriell automasjon og andre applikasjoner er disse systemene designet for høy-dataoverføring, lav ventetid og lavt strømforbruk. For å akselerere bruken tilbyr Renesas en rekke utviklings- og løsningssett for å hjelpe ingeniører raskt med å skape verdiøkende industrielle Ethernet-løsninger.