Aktuální vydání

celé číslo

03

2021

Digitální transformace, chytrá výroba, digitální dvojčata

Komunikační sítě, IIoT, kybernetická bezpečnost

celé číslo

Ethernet jako sjednocující prvek průmyslových systémů

číslo 11/2002

Ethernet jako sjednocující prvek průmyslových systémů

Komunikace jsou již dlouhou dobu klíčovým prvkem většiny řídicích a monitorovacích systémů. Podstatným rozdílem oproti situaci dejme tomu před deseti lety však je důraz kladený na minimalizaci počtu typů komunikačních médií a přenosových protokolů a také rozšíření požadavku na distribuované řešení z řídicí úrovně i na úroveň vizualizační.

Před zmíněnými deseti lety bylo – a v některých případech samozřejmě je i v současnosti – podstatné propojit jednotlivé řídicí uzly (programovatelné automaty) a přenášet relevantní údaje na jedno operátorské pracoviště. V současné době je již ale většinou požadováno, aby data z technologie byla dostupná nejen na operátorském pracovišti (pracovištích), ale aby k těmto datům (byť různě zpracovaným či agregovaným) mělo přístup mnoho dalších pracovníků od údržby, přes směnového mistra až po vedoucího výroby. Takové požadavky pak mj. vyvolávají zmíněný důraz na sjednocování komunikací – a to nejen na vizualizační, ale i na řídicí úrovni. Řešením, které se stále častěji prosazuje, je komunikační médium Ethernet a protokoly na bázi standardu TCP/IP. Podívejme se, co v této oblasti může nabídnout firma Advantech, kterou společnost ZAT Easy Control Systems, mimo své jiné aktivity, zastupuje.

Komunikace na vizualizační úrovni
Zde je již Ethernet „zabydlen od přírody“, protože standard TCP/IP při propojování počítačů v podstatě zvítězil. Přenos dat mezi počítači je možný po metalickém vedení, optických vláknech či bezdrátovým přenosem.

Pro budování sítě Ethernet jsou od firmy Advantech k dispozici prvky typu rozbočovač (hub) i přepínač (switch) s označením ADAM-6520 a ADAM-6521 (včetně optického rozhraní). Obě zařízení jsou provedena jako standardní modul ADAM firmy Advantech s napájením 10 až 30 V DC a se zvýšenou odolností proti rušení a přepětí. Podporovány jsou přenosové rychlosti 10 i 100 Mb/s.

Pro bezdrátové sítě Ethernet provozované v pásmu 2,4 GHz nabízí firma Advantech zařízení typu AccessPoint (MLAN-2251), vhodné pro bezdrátové připojení mobilních PC (standardní notebook s kartou MLAN PCMCIA nebo speciální mobilní zařízení MPC-100) i jako most k propojení dvou metalických sítí. Modul MLAN-2251 je možné nakonfigurovat také jako tiskový server a dokáže plnit i funkci serveru DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol, tj. s dynamickým přidělováním IP adres). Zajímavým způsobem je řešeno konfigurování: AccessPoint má zabudovaný HTTP server (s aplikací Java), přes který je možné provést kompletní konfiguraci z běžného internetového prohlížeče. MLAN-2251 pracuje podle normy IEEE 802.11b (11 Mb/s), včetně zabezpečení 64bitovým či 128bitovým klíčem.

Zvláštní skupinou zařízení postavených na komunikaci po Ethernetu a standardech TCP/IP jsou moduly WEBLink a WEBOIT. WEBLink jsou malá kompaktní průmyslová PC s řadou komunikačních rozhraní (Ethernet i sériová), operačním systémem Windows CE a aplikací SCADA Advantech Studio. Modul WEBLink může pracovat jako koncentrátor technologických dat pro vizualizaci. Sbíraná data jsou přes server HTTP (web) dodávána uživateli do běžného PC s internetovým prohlížečem nebo do speciálních kompaktních zařízení WEBOIT – průmyslových PC s integrovaným LCD, dotykovým stínítkem a komunikací, opět na bázi Windows CE a aplikace Advantech Studio.

Samozřejmou součástí průmyslové stavebnice Advantech jsou procesorové karty se zabudovaným rozhraním Ethernet, a to nejčastěji v provedení NE2000 nebo nověji s čipovou sadou Intel.

Komunikace na úrovni technologie
Zde je situace obecně složitější už proto, že na standard průmyslového Ethernetu si dělá nárok několik skupin (International Ethernet Association – IEA, Open DeviceNet Vendor Association – ODVA, ControlNet International, Industrial Automation Open Networking Alliance – IAONA) i velké firmy (Rockwell, Siemens). Na Ethernet v prostředí řídicích systémů je kladeno několik nových požadavků hardwarového i softwarového charakteru. Zejména se jedná o redundanci, větší spolehlivost a odolnost komunikačních prvků a deterministický přenos dat. Průmyslové ethernetové sběrnice se postupně u většiny světových i tuzemských programovatelných automatů (Programmable Logic Controller – PLC, vzdálené I/O) stávají standardem a např. ve stavebnicích firem Siemens, SAIA, Allen-Bradley, ZAT a dalších jsou již přenosy dat po Ethernetu na velmi nízkých úrovních běžnou věcí. Firma Advantech zatím nedeklaruje příslušnost k některé z uvedených standardizačních skupin a požadavky průmyslového Ethernetu plní spíše obecně (robustnější konstrukce, elektromagnetická slučitelnost).

Nejzajímavějšími prvky od firmy Advantech v této oblasti jsou převodníky mezi sériovou linkou a Ethernetem: zařízení, která jsou schopna přenášet data ze sériových (RS-232, RS-485) komunikačních linek po ethernetovém médiu. Moduly ADAM-457x mají jedno až dvě sériová rozhraní, která jsou přes Ethernet zcela transparentně (pochopitelně se jedná o prostředí Windows) připojena do PC jako virtuální sériové porty. Obdobnou funkci mají moduly EDG, které mohou obsahovat až osm sériových portů. Moduly ADAM-457x jsou k dispozici také ve verzi s kódovaným přenosem, popř. v provedení jako univerzální převodník ADAM-4579, který funguje oboustranně, a umožňuje tudíž bez použití hostujícího PC převést na jedné straně sériovou linku na Ethernet a na druhé straně Ethernet zpět na sériovou linku! Existuje také modul ADAM-4572, což je převodník protokolu Modbus ze sériové linky na TCP/IP.

Zvláštní skupinu představují moduly ADAM-6000 – ekvivalenty modulů ADAM--4000, ovšem s komunikací prostřednictvím Ethernetu. Jde tedy o prvky pro vzdálené vstupy a výstupy, které přenášejí naměřené hodnoty po ethernetovém médiu (10/100 Mb/s) prostřednictvím přenosových protokolů TCP/IP (tzn. že každý modul ADAM má svou IP adresu a chová se jako plnohodnotný prvek sítí TCP/IP). Aplikačním protokolem (tj. vlastním protokolem pro přenos dat) je Modbus, popř. standardní protokol ADAM, známý ze sériové komunikace v rodině ADAM--4000. Řada ADAM-6000 sice neobsahuje ekvivalenty všech modulů řady ADAM-4000, ale obvykle jde o moduly s větším počtem funkcí a je zde navíc kamera s komunikací protokoly TCP/IP: ADAM-6090. Tyto moduly opět obsahují server HTTP (se standardní aplikací Java, kterou je ovšem možné uživatelsky přepsat), schopný posílat do běžného internetového prohlížeče zobrazení dat z technologie s aktuálními měřenými daty a popř. s možností nastavit výstupy. Ethernet a protokoly TCP/IP jsou použity také v některých modulech ADAM řad 5000 a 7000.

Obr. 1.

Použití prvků ethernetové komunikace firmy Advantech
Na obr. 1 je naznačeno možné použití některých již zmíněných prvků. Jednotícím prvkem – v duchu titulku tohoto článku – je zde komunikace po Ethernetu. Na vizualizační úrovni se sbíhají data z technologické úrovně – sběr dat (a samozřejmě i řízení) zde může zajišťovat modul ADAM-4000, ADAM-6000, automat SAIA, kompaktní regulátor PMA anebo zařízení se sériovou komunikací. Data jsou pak buď přímo (popř. přes přepínač) nebo prostřednictvím převodníku sériové linky na Ethernet přenášena potenciálně do několika cílových vizualizačních zařízení: běžného nebo panelového PC s ethernetovou kartou PCI, notebooku (přes Wireless Access Point a kartu PCMCIA) nebo do speciálního mobilního panelu MPC-100 s integrovaným bezdrátovým Ethernetem. Další možností je např. přenos dat dále do internetu prostřednictvím modulu WEBLink.

Takováto značně heterogenní struktura je nejen teoreticky možná, ale je již také sestavena a v praxi ověřena, o čemž bylo možné se přesvědčit na veletrhu INVEX 2002. Předvedena může být také ve firmě ZAT Easy Control Systems přímo v Plzni, kde se lze současně také poradit, jak dosáhnout splnění potřeb svých anebo zákazníků.

Ing. Jaroslav Jančík,
ZAT Easy Control Systems a. s.

Inzerce zpět