IO modulis pramoninei automatizacijai: palyginami EtherCAT ir PROFINET ryšio protokolai

Netinkamo protokolo pasirinkimas aparatūros lygiu sukuria rimtų veiklos kliūčių. Pasirinkus netinkamą tinklo topologija apribojama. Tai taip pat sukelia didžiulį integracijos galvos skausmą jungiant naują aparatinę įrangą prie esamų programuojamų loginių valdiklių (PLC). Šiuolaikinėje gamyboje svarbi kiekviena milisekundė. Norint užtikrinti mašinos veikimo laiką, jums reikia patikimo fizinio sluoksnio. Tiek EtherCAT, tiek PROFINET šiandien dominuoja šiuolaikiniame pramoniniame Ethernet tinkle. Tačiau jų pagrindiniai duomenų tvarkymo mechanizmai tarnauja visiškai skirtingiems architektūriniams tikslams. Pirmenybė teikiama didelės spartos deterministiniam sudėtingos robotikos sinchronizavimui. Kitas dėmesys skiriamas labai lanksčiam IT/OT konvergencijai didelėse gamyklose. Šiame vadove pateikiama pragmatiška, įrodymais pagrįsta vertinimo sistema. Norime padėti automatikos inžinieriams pritaikyti tinkamą aparatinę įrangą prie konkrečių taikomųjų programų reikalavimų. Suprasdami šiuos esminius skirtumus išvengsite brangių architektūrinių perprojektavimų. Skaitykite toliau ir sužinokite, kuris ryšio standartas geriausiai tinka jūsų gamyklos grindims.

Raktai išsinešti

• „EtherCAT“ pasižymi didelės spartos, deterministinio judesio valdymu, naudojant 'skridimo' apdorojimą mikrosekundžių lygio sinchronizavimui.

• PROFINET siūlo puikų tinklo lankstumą ir sklandžią įmonės IT integraciją, naudodamas standartinius Ethernet jungiklius ir patikimą diagnostiką.

• Aparatinės įrangos ekosistemos: „EtherCAT“ IO moduliai labai palankiai vertina žiedinių/rafinuotų grandinių topologijas su centralizuota logika, o PROFINET IO moduliai palaiko labai decentralizuotas, žvaigždės topologijos paskirstytas IO sistemas.

• Pasirinkimo tvarkyklė: pasirinkimas retai priklauso nuo „kuris yra geresnis“, o nuo jūsų pirminio PLC tiekėjo (pvz., „Beckhoff“ / „Omron“ prieš „Siemens“) ir nuo to, ar jūsų prioritetas yra mažesnis nei milisekundžių virpėjimas, ar duomenų pasiekiamumas visame tinkle.

Pramoninio IO modulio vaidmuo renkantis protokolą

An pramoninis io modulis veikia kaip fizinis tiltas, jungiantis lauko įrenginius su pagrindiniu valdikliu. Jis fiksuoja analoginius arba skaitmeninius signalus iš gamyklinių grindų jutiklių ir paverčia juos tinklo duomenimis. Jūsų pasirinktas protokolas diktuoja vidines medijos prieigos valdymo (MAC) sluoksnio galimybes. Ši aparatinės įrangos riba tiksliai nustato, kaip greitai modulis apdoroja gaunamus signalus prieš perduodant juos į priekį.

Įgyvendinant a paskirstyta „io“ sistema daro didelę įtaką jūsų fiziniam gamyklos išdėstymui. Decentralizuotas metodas sumažina ilgą kabelių eigą. Galite įdėti IO mazgus tiesiai šalia jų valdomų mašinų. Tačiau jūsų pasirinktas protokolas nustato, ar šie mazgai turi prisijungti griežta linija, ar jie gali išsišakoti per tinklo jungiklius.

Jūs pasikliaujate a lauko magistralės jungties modulis , kad ši decentralizuotos architektūros funkcija veiktų. Ši jungtis tarnauja kaip IO pjūvio mazgo smegenys. Jis gauna aukšto lygio pramoninį eterneto protokolą ir paverčia jį patentuota pagrindine magistrale, kurią naudoja atskiri įvesties / išvesties terminalai. Movos kliūtis apriboja visą stotį.

Norėdami garantuoti sėkmingą įgyvendinimą, sistemos architektai turi įvertinti kelis fizinės sėkmės kriterijus. Pasikliaujant vien tik specifikaciniais lapais, dažnai sutrinka lauko veikimas. Planavimo etape apsvarstykite šiuos svarbius veiksnius:

1. Ciklo laikas, reikalingas griežčiausioms valdymo kilpoms.

2. Priimtinos mechaninio judėjimo tikslumo virpėjimo ribos.

3. Maksimalus mazgų skaičiaus apribojimas vienam tinklo segmentui.

4. Bendra konfigūracija ir diagnostikos sudėtingumas paleidimo metu.

EtherCAT IO modulis: architektūros ir našumo realybės

EtherCAT technologijų grupė (ETG) apibrėžia unikalų 'on-the-fly' apdorojimo mechanizmą. An ethercat io modulis nuskaito ir įrašo duomenis, kai Ethernet rėmas praeina per jo MAC sluoksnį. Rėmas niekada nesustoja mazgo viduje. Specializuota aparatinė įranga ištraukia paskirtus išvesties duomenis ir įterpia įvesties duomenis per nanosekundes. Tai pašalina standartinius saugojimo ir persiuntimo vėlavimus, pastebėtus tradiciniame tinkle.

Realūs etalonai rodo neįtikėtiną mašinos našumą. Automatikos inžinieriai reguliariai pasiekia submilisekundžių ciklo laiką. Taip pat matote labai mažą tinklo drebėjimą, dažnai mažesnį nei viena mikrosekundė. Šis tikslumo lygis yra labai svarbus kompiuterinio skaitmeninio valdymo (CNC) mašinoms. Norint užtikrinti sklandų įrankių judėjimą ir išvengti mechaninių susidūrimų, kelių ašių robotinėms rankoms reikalingas toks tikslus laikas.

Topologijos pranašumai yra dar vienas svarbus pranašumas. „Daisy-chaining“ užtikrina būdingą tinklo efektyvumą. Tiesiog prijungiate vieną mazgą tiesiai prie kito naudodami standartinius eterneto kabelius. Jums retai reikia išorinių valdomų jungiklių. Tai supaprastina laidų schemą ir sumažina galimus techninės įrangos gedimo taškus valdymo spintoje.

Nepaisant šių pranašumų, turite suprasti įgyvendinimo realijas ir kompromisus. Dažna klaida yra nepakankamai įvertinti pagrindiniam įrenginiui reikalingą apdorojimo galią. Apsvarstykite šiuos iššūkius:

• Pagrindiniam valdikliui taikomi griežti aparatinės įrangos ir apdorojimo reikalavimai, nes jis tvarko visą centralizuotą logiką.

• Fizinių kabelių nutrūkimų trikčių šalinimas yra labai sudėtingas didelių žiedų topologijų atveju.

• Norint į srautą įtraukti pasirinktinius IT duomenų paketus, reikalingi specializuoti tuneliavimo protokolai.

PROFINET IO modulis: įmonės integravimas ir lankstumas

PROFINET pramonėje naudoja standartinį IEEE 802.3 Ethernet metodą. Jis veikia toje pačioje fizinėje infrastruktūroje kaip ir standartiniai biurų tinklai. Protokolas griežtai išskiria PROFINET RT (realiojo laiko) ir IRT (isochroninio realaus laiko). RT praleidžia TCP/IP sluoksnius, kad greitai atliktų bendrą IO apklausą. IRT naudoja specializuotą pralaidumo rezervavimą atliekant griežtas judesio valdymo užduotis.

Įmonių integracija išlieka didžiausia PROFINET stiprybe. A Profinet io modulis sklandžiai egzistuoja kartu su standartiniu TCP/IP srautu lygiai tuo pačiu laidu. Dėl to diagnostikos duomenų perdavimas priežiūros kontrolės ir duomenų gavimo (SCADA) sistemoms yra neįtikėtinai paprastas. Galite tiesiogiai prijungti gamyklos aukštą prie įmonės išteklių planavimo (ERP) duomenų bazių be sudėtingų šliuzų.

Tinklo topologija išlieka labai lanksti. Galite sukurti žvaigždžių, medžių ir linijų išdėstymus pagal savo fizinius augalų apribojimus. Standartiniai pramoniniai jungikliai lengvai nukreipia eismą. Šis lankstumas leidžia inžinieriams pridėti naujų mašinų elementų neperplanuojant viso gamyklos tinklo.

Tačiau šis lankstumas įveda savo įgyvendinimo kompromisų rinkinį. Sistemos integratoriai turi kruopščiai planuoti tinklo srautą. Turėkite omenyje šiuos apribojimus:

• Bendrasis RT srautas turi didesnį tinklo drebėjimo potencialą, palyginti su EtherCAT.

• Norint pasiekti mikrosekundžių judesio valdymą, reikia specializuotų, brangesnių su IRT suderinamų tinklo jungiklių.

• Tinklo apkrovos valdymas reikalauja kruopštaus jungiklio konfigūravimo ir tikslaus pralaidumo skaičiavimo.

Tiesioginis vertinimas: EtherCAT prieš PROFINET

Judesio valdymas prieš procesų automatizavimą

Pagrindinis skirtumas yra ciklo laikas. Palyginkite mikrosekundžių sinchronizavimą su milisekundžių lygio patikima apklausa. EtherCAT dominuoja sunkių judesių valdymo programose. Jo tiesioginis apdorojimas užtikrina, kad visi servo įrenginiai vykdytų komandas vienu metu. PROFINET RT puikiai valdo procesų automatizavimą. Jis lengvai valdo tūkstančius vožtuvų, temperatūros jutiklių ir srauto matuoklių didžiulėje chemijos gamykloje.

PLC integracija ir ekosistemos užraktas

Sistemų architektai dažnai aptaria integracijos galvos skausmą inžinerijos forumuose. Siemens aplinka natūraliai diktuoja PROFINET metodą. TIA portalas nepriekaištingai integruoja PROFINET įrenginius. Ir atvirkščiai, „Beckhoff“ ir „Omron“ platformos labai palankiai vertina „EtherCAT“. Norėdami sujungti šias ekosistemas, galite naudoti trečiųjų šalių šliuzus. Tačiau šliuzai nustato rimtas delsos baudas ir apsunkina trikčių šalinimo procesą.

Mastelio keitimas ir mazgų apribojimai

EtherCAT teoriškai palaiko iki 65 535 mazgų viename segmente. Tai suteikia didžiulį mastelio keitimą sudėtingoms, labai tankioms mašinoms. Jūs retai pasiekiate IP adreso apribojimus. PROFINET susiduria su potinklio apribojimais, pagrįstais standartinėmis IP adresavimo taisyklėmis. Plečiantis įrenginiui, turite atidžiai stebėti transliacijos srautą ir pralaidumą valdomuose jungikliuose.

Diegimo kaina

Turime palyginti pagrindines aparatūros diegimo išlaidas. EtherCAT mazgams reikalingos specializuotos taikomosios programos integrinio grandyno (ASIC) lustai, kad būtų galima atlikti apdorojimą skrydžio metu. Tai padidina atskirų modulių gamybos sąnaudas. PROFINET mazgai naudoja daugiau standartinių Ethernet valdiklių. Tačiau PROFINET labai priklauso nuo pramoninio lygio valdomų komutatorių, kad būtų galima efektyviai nukreipti srautą. Šie tinklo jungikliai padidina didelių infrastruktūros sąnaudų diegiant didelius įrenginius.

Diegimo rizika ir trumpojo sąrašo logika

Rizikos mažinimas reikalauja aktyvios inžinerijos. Abiejų ryšio standartų konfigūravimo kliūtys egzistuoja. PROFINET įrenginiui integruoti naudoja General Station Description Markup Language (GSDML) failus. EtherCAT remiasi EtherCAT Slave Information (ESI) failais. Dėl šių XML failų versijų neatitikimų iškart nutrūksta komunikacija. Saugumo pasekmės taip pat labai skiriasi. PROFINET natūraliai veikia lauko įrenginius į platesnius IT tinklus. Turite tinkamai sukonfigūruoti ugniasienes. EtherCAT išlaiko labai uždaro ciklo pobūdį, natūraliai apsaugodama įrenginį nuo biuro tinklo grėsmių.

Naudokite šį sprendimų medį, kad užbaigtumėte galutinio sąrašo logiką:

• Pasirinkite EtherCAT, jei: Jūsų programa labai priklauso nuo servo pavarų. Robotikai reikia griežto kelių ašių sinchronizavimo. Norite sumažinti papildomos jungiklių įrangos savo valdymo spintose.

• Pasirinkite PROFINET, jei: Jūsų įrenginys daugiausia veikia „Siemens“ magistralėje. Jums reikalinga išsami saugos integracija naudojant PROFIsafe plačiai paplitusiose srityse. Nuspėjamiems priežiūros duomenims reikia gilios IT tinklo konvergencijos.

Tolesni veiksmai turėtų apimti išsamų sistemos auditą. Patarkite savo inžinierių komandai pirmiausia patikrinti dabartinę PLC aplinką. Pasikonsultuokite su aparatūros pardavėjais dėl koncepcijos patikrinimo. Visada patikrinkite tikrąją tinklo apkrovą ir ciklo trukmę fiziniame bandymo stende prieš užbaigdami medžiagų sąskaitą.

Išvada

Abu protokolai siūlo tvirtus, pramonėje patikrintus techninės įrangos sprendimus. Jų architektūrinė filosofija tiesiog tenkina skirtingus pirminius poreikius. EtherCAT užtikrina neapdorotą, deterministinį greitį per specializuotą aparatinės įrangos apdorojimą. PROFINET suteikia didžiulį įmonės integravimo lankstumą naudojant standartinę tinklo infrastruktūrą. Protokolo standartizavimas turėtų griežtai atitikti jūsų įrenginio ilgalaikį automatizavimo planą. Negrįskite šio kritinio sprendimo vien tik bazinėmis vienos mašinos specifikacijomis.

Neatitinkantis protokolas neišvengiamai veda prie techninės įrangos pakeitimų. Raginame jau šiandien peržiūrėti konkrečius jungčių modulius ir techninę dokumentaciją. Prieš užbaigdami tinklo išdėstymą, susisiekite su techniniais pardavimo atstovais ir paprašykite išsamios architektūros peržiūros.

DUK

Kl.: Ar galiu maišyti EtherCAT ir PROFINET IO modulius tame pačiame tinkle?

A: Taip, galite juos maišyti naudodami specializuotus protokolų šliuzus arba tarpinio serverio jungtis. Tačiau šis vertimo procesas įveda būdingą tinklo delsą. Dėl šio delsos pablogėja didelio greičio judesio valdymo efektyvumas. Mišrius tinklus turėtumėte naudoti tik nekritiniams proceso duomenims dalytis.

K: Kurį protokolą lengviau konfigūruoti PLC programuotojui?

A: Konfigūravimo paprastumas yra labai subjektyvus ir visiškai priklauso nuo jūsų IDE patirties. TIA portalas leidžia neįtikėtinai sklandžiai integruoti PROFINET, nes automatizuotas įrenginio aptikimas. Ir atvirkščiai, naudojant „TwinCAT“ aplinką, EtherCAT konfigūracija yra savaiminė ir paprasta. Jūsų pageidaujamas PLC prekės ženklas diktuoja mokymosi kreivę.

K: Ar PROFINET IRT atitinka EtherCAT judesio valdymui?

A: PROFINET IRT pasiekia palyginamus mikrosekundžių ciklo laikus ir užtikrina griežtą judesio valdymą. Tačiau norint tai pasiekti, jis labai priklauso nuo aparatinės įrangos palaikomo perjungimo ir tikslaus pralaidumo rezervavimo. EtherCAT iš prigimties pasiekia mažą virpėjimą dėl savo natūralaus greito apdorojimo mechanizmo, kuriam reikia daug mažiau sudėtingos jungiklio konfigūracijos.

Kl.: Ar trečiųjų šalių pramoniniai IO moduliai yra patikimi šiems protokolams?

A: Taip, trečiųjų šalių moduliai veikia patikimai, jei turi oficialius sertifikatus. Ieškokite ETG (EtherCAT Technology Group) arba PI (PROFIBUS & PROFINET International) atitikties ženklų. Šie sertifikatai garantuoja griežtą sąveiką, nuspėjamą ciklo laiką ir stabilų ryšį su pagrindiniu valdikliu.