Endüstriyel Ethernet Protokolleri

Ethernet, cihazlar arasında büyük miktarlarda verinin hızlı bir şekilde aktarılması için yaygın olarak kullanılan bir iletişim standardıdır. Ağa bağlı cihazların çoğu Ethernet standardını kullandığından, Ethernet olmasaydı günümüz dünyasında iletişim kurmak mümkün olmazdı.

Veriler, diğer arayüz teknolojilerinde olduğu gibi, Ethernet'te de elektrik voltajı değişiklikleri, fiber optik üzerinden ışık sinyalleri şeklinde veya Wi-Fi ile radyo dalgaları aracılığıyla iletilir.

Ethernet son derece esnektir ve ev ağlarından büyük kurumsal ağlara kadar çeşitli ortamlarda kullanılabilir. Önceleri fabrika otomasyonunda alan veri yolu sistemleri üstünlük sağlarken günümüzde Ethernet'e doğru bir değişim yaşanmıştır.

Ethernet, 1983 yılında IEEE 802.3'te standartlaştırılmıştır ve OSI modelindeki yedi katmandan birinci ve ikinci katmanları kapsar. Basitçe ifade etmek gerekirse: Birinci katman olan fiziksel katman, (Fiziksel Katman), bitlerin ve baytların A noktasından B noktasına ulaşmasını sağlar. Ağ ve fiber optik kablolar ve ağ arayüz denetleyicileri bu katmana aittir. İkinci katman, (veri bağlantısıdır) ve, birinci katman üzerinden bağlanan iki cihaz arasında veri bloklarının hatasız ve güvenilir şekilde iletilmesini sağlar. Örneğin anahtarlar ve MAC adresleri bu katmanda yer alır. Kullanılan protokoller gibi diğer her şey OSI modelinin üçüncü ila yedinci katmanlarında bulunur ve Ethernet için IEEE 802.3'te belirtilmemiştir.

Ethernet ve Endüstriyel Ethernet temelde aynıdır. Aradaki fark, Endüstriyel Ethernet için sektörün ihtiyaçlarını karşılayan daha sağlam bileşenlerin kullanılmasıdır. Örneğin bu bileşenlerin aşırı sıcaklıklara, neme, titreşimlere ve elektromanyetik bozulmalara dayanıklı olması gerekir. Bununla birlikte, temel fiziksel çalışma şekilleri aynıdır. Bu, Endüstriyel Ethernet bileşenlerinin “normal” Ethernet ağlarında da kullanılabileceği anlamına gelir.

Ethernet ve Endüstriyel Ethernet bileşenleri arasındaki farkın basit bir örneği konnektördür. Ethernet için genellikle bir RJ45 konnektörü kullanılır. Bu, ev ve ofis uygulamaları için idealdir ancak zorlu endüstriyel ortamlar için uygun değildir. Bu nedenle Endüstriyel Ethernet'te, önemli ölçüde daha yüksek mekanik güç kapasitesinin yanı sıra IP69K'ya kadar koruma sınıfına da sahip olan D kodlu bir M12 konnektörü kullanılır.

Bir cihaz daha sonra aktarılacak veriler ürettiğinde, veri aktarımı için bir arayüze ihtiyaç duyulur. Büyük miktarda veri üreten veya yüksek veri aktarım hızlarına ihtiyaç duyan cihazlar artık arayüz olarak Ethernet kullanıyor.
Veri aktarımı için ek bir arayüz olarak IO-Link, daha küçük veya daha düşük maliyetli cihazlara yönelik bir arayüz olarak pazarda yer edinmiştir. Yalnızca basit bilgi alışverişi yapılacaksa dijital I/O veya analog arayüz de kullanılabilir.

Sektör Ethernet iletişimine hangi özel gereksinimleri yüklüyor?

Günlük ofis yaşamının bir parçası olarak veri alışverişi yapıldığı, bu verilerin bazen çok büyük miktarlarda olduğu ancak paket kaybının veya verinin gönderilip alınmasında gecikmenin kabul edilebildiği durumların aksine (örneğin, bir e-posta kısa bir gecikmeyle teslim edilmesi veya bir web sitesinin yeniden yüklenmesi gerekiyorsa), endüstriyel üretim ortamında bu yeterli değildir. Burada kaydedilen durumlar veya ölçüm verileri kontrolöre çok geç veya güvenilmez bir şekilde aktarılırsa, makinedeki mevcut durum/ölçülen değer artık tespit edilen duruma/ölçülen değere karşılık gelmez ve kontrol güncel olmayan verilerle gerçekleştirilir.

Endüstriyel üretim ortamları için hangi çözüm mevcuttur?

Ethernet'in endüstriyel ortamda kullanılabilmesi için deterministik iletişim gereklidir. Bu, tipik olarak kullanılan TCP/IP protokolüyle mümkün değildir çünkü ağlar, veri aktarımı sırasında gecikmeler, titremeler, bant genişliği rekabeti ve paket kayıpları nedeniyle öngörülemeyen zaman değişiklikleri yaşayabilir. Bu sorunu çözmek için özel Endüstriyel Ethernet protokolleri geliştirildi. Bu çözümler, kısa gecikme sürelerini, döngüsel iletişimi ve deterministik reaksiyonları kapsar.

Determinizm nedir?

Ethernet ağında determinizm, veri aktarım zamanlarının ve koşullarının öngörülebilirliğini ve tutarlılığını ifade eder.; Bu da, veri paketlerinin öngörülebilir aralıklarla alındığı veya gönderildiği ve teslimlerinin her zaman garanti edildiği anlamına gelir.

Endüstriyel Ethernet protokolleri ne işe yarar?

Protokoller; döngüsel ve döngüsel olmayan iletişim, gerçek zamanlı beceri, veri trafiği önceliklendirmesi ve sağlamlık sunarlar. Böylece, fabrikaların ve otomasyon sistemlerinin gereksinimlerini karşılanır. Bir veri çerçevesinin yapısı ve önemi de protokolde kesin olarak tanımlanır. Geleneksel TCP/IP bağlantıları, asenkron ve düzensiz veri aktarımlarını kullanarak genel ağ gereksinimlerini hedeflerken, Endüstriyel Ethernet protokolleri, bir veri paketindeki verilerin yapısının kesin olarak tanımlandığı, veri aktarımı için standartlaştırılmış bir yapı sunar. Bu, kullanıcıların veri paketlerinin karmaşık şekilde oluşturulmasıyla veya karmaşık izleme mekanizmalarıyla uğraşmalarına gerek kalmadan parametrelendirme verileri, teşhis verileri ve giriş/çıkış verileri gibi çeşitli veri türlerine kolayca erişmelerine olanak tanır. Bu teknik özellik olmasaydı, otomatik sistemlerdeki kullanıcıların bu işlemleri her cihaz için ayrı ayrı bit ve bayt seviyesinde manuel olarak gerçekleştirmesi gerekirdi, bu da hem zaman alıcı hem de hataya açık bir durum olurdu.

Tüm Endüstriyel Ethernet protokolleri Ethernet tabanlı olmasına rağmen birbirleriyle uyumlu değildir. Bu nedenle bir PROFINET cihazının örneğin bir EtherCAT ağında çalıştırılması mümkün değildir.

Ağ geçidi nedir?

A geçidi, farklı protokolleri veya iletişim standartları kullanan cihazlar arasında iletişimi sağlamak için harici bir “"çevirmen”" olarak kullanılır.

MA 200 ürün serisi ile Leuze, RS 232'den tüm yaygın Endüstriyel Ethernet protokollerine (PROFINET, EtherNet/IP, EtherCAT), Ethernet TCP/IP'ye ve endüstriyel ağ sistemlerine (PROFIBUS DP, DeviceNet, CANopen) ağ geçidi sunar.

“PROFINET” dünya çapında en yaygın kullanılan Endüstriyel Ethernet protokollerinden biridir. Siemens'in kontrol sistemleri Endüstriyel Ethernet protokolü “PROFINET”i kullanır. Leuze'nin Endüstriyel Ethernet protokolüne sahip tüm sensörleri, "integrated connectivity" aracılığıyla cihaza entegre edilmiş bu arayüz halihazırda sahiptir ve x48i ürün adıyla tanımlanabilir. Burada ek bir ağ geçidine gerek yoktur.

Diğer şirketlerin yanı sıra, Allen Bradley / Rockwell ve Schneider Electric'in kontrol sistemleri,Endüstriyel Ethernet Protokolü “EtherNet/IP”yi kullanıyor. Birçok Leuze sensöründe bu arayüz halihazırda “„integrated connectivity”“ yoluyla cihaza entegre edilmiştir ve x58i ürün adıyla tanımlanabilir. Burada ek bir ağ geçidine gerek yoktur.

“EtherCAT” günümüzde en hızlı büyüyen Endüstriyel Ethernet Protokolüdür. EtherCAT, başta Beckhoff olmak üzere birçok kontrol sistemi üreticisi tarafından da kullanılmaktadır. Birçok Leuze sensöründe bu arayüz “integrated connectivity” aracılığıyla halihazırda cihaza entegre edilmiştir ve x38i ürün adıyla tanımlanabilir. Burada ek bir ağ geçidi gerekli değildir