روندها در اترنت صنعتی

چکیده

 

 

اترنت صنعتی به چه معناست؟ اترنت صنعتی نقش حیاتی ایفا می کند زیرا قادر به پشتیبانی از انواع پروتکل های شبکه برای اجرای کنترل قطعی{0}زمان ارتباطی واقعی است.

"اترنت صنعتی" (IE) به استفاده از اترنت در محیط‌های صنعتی، به‌ویژه محیط‌هایی که از مکانیسم‌های کنترل زمان واقعی و از پیش تعیین‌شده استفاده می‌کنند، اشاره دارد.

سخت‌افزار، نرم‌افزار و خدمات مهم‌ترین عناصر در ارائه راه‌حل‌های ارتباطی برای اتوماسیون کارخانه‌ها هستند و اترنت صنعتی در صنایع مختلفی از جمله نفت و گاز، هوافضا و دفاع، انرژی و نیرو، برق و الکترونیک، خودروسازی و حمل‌ونقل و شیمیایی استفاده می‌شود. در اترنت صنعتی، پروتکل‌هایی مانند TSN، OPC{1}UA، EtherCAT، Profinet، Ethernet/IP، CC-لینک IE، و Modbus در طیف گسترده‌ای از برنامه‌های هدفمند استفاده می‌شوند.

معماری اترنت صنعتی

شبکه‌های حساس به زمان-که اغلب به عنوان TSN نامیده می‌شوند، یکی از موجودیت‌های کلیدی هستند که هسته اطلاعات{1}}سیستم‌های فیزیکی صنعت 4.0 را تشکیل می‌دهند، که توسط اترنت صنعتی قطعی‌تر هدایت می‌شود (شکل 2 را ببینید). برای دستیابی به این هدف، شبکه‌های فناوری عملیاتی (OT) و شبکه‌های فناوری اطلاعات (IT) از سطوح بالاتر تولیدی باید ادغام شوند و این سیستم‌ها باید به نوعی در فضای مجازی ارائه شوند تا بتوانند به درستی کار کنند. با این حال، اکثریت قریب به اتفاق استانداردهای اترنت صنعتی معاصر نیاز به استفاده از سخت افزار و پروتکل های اختصاصی دارند که همگرایی شبکه را بسیار دشوار می کند. برای رسیدگی به این تغییرات و الزامات، Renesas محصولات/راه حل های هدفمند مرتبط با شبکه حساس به زمان (TSN) را ارائه می دهد.

IEEE 802.1 TSN Task Force استانداردهای IEEE را یکپارچه کرده است (شکل 3 را ببینید) برای پشتیبانی از رفتار قابل پیش بینی زمان واقعی و مقیاس پذیری عمودی و افقی فناوری TSN.

SoC Renesas R-IN32M4-CL3 یکی از اولین کنترل‌کننده‌هایی بود که از CC-Link IE TSN کلاس B پشتیبانی کرد، در حالی که خانواده SoC R-IN32M2 و RX72M MCU دارای راه‌حل‌هایی هستند که از CC{{11}NClass a IE پشتیبانی می‌کنند. این راه‌حل‌ها ارتباطات{12}}سرعت و ظرفیت بالا را امکان‌پذیر می‌سازد که بدون سیستم‌های عامل و اجزای خارجی نرم‌افزار بلادرنگ قابل تحقق است.

معماری یکپارچه ارتباطات پلتفرم باز (OPC UA) ایجاد شده توسط بنیاد OPC برای ارتباطات M2M اتوماسیون صنعتی استفاده می شود. این معماری برای تمامی اجزای صنعتی از جمله سنسورها و محرک های صنعتی، سیستم های کنترلی که برای فرمان و کنترل فرآیندهای صنعتی استفاده می شوند، قابل اجرا است. و این یک پروتکل استاندارد لایه لایه، سازگار، قابل اعتماد و باز است.

معماری سیستم OPC UA مشتریان و سرورها را به عنوان شرکای تعاملی مدل می کند و هر سیستم ممکن است شامل چندین مشتری و سرور باشد. شکل 4 زیر یک معماری حاوی ترکیبی از سرورها و کلاینت ها را نشان می دهد.

OPC{0}}UA Broad Architecture

EtherCAT

EtherCAT یک سیستم فیلدباس مبتنی بر اترنت{0}} است که توسط گروه فناوری EtherCAT نگهداری می‌شود. این پروتکل توسط و برای دستگاه‌هایی استفاده می‌شود که همزمان{2}}دستیابی به داده‌ها با سرعت بالا و کنترل{3}}در زمان واقعی را انجام می‌دهند. EtherCAT با عملکرد بالا، هزینه کم و توپولوژی انعطاف پذیر خود به یکی از پروتکل های پیشرو در صنعت تبدیل شده است. Renesas مجموعه کنترل دستگاه و شبکه خود را با هسته انحصاری Renesas از CPUهای نسل سوم RXv3-و MCU های 32 بیتی RX72M، RX72N و RX66N برای اتوماسیون صنعتی که کنترل دستگاه و عملکرد شبکه را روی یک تراشه ادغام می کند، گسترش داده است (شکل 5 را ببینید).

برای رفع نیازهای اتوماسیون صنعتی، Renesas طیف وسیعی از میکروکنترلرها را برای اتصال EtherCAT معرفی کرده است. در میان آنها، RX72M با پردازنده 240 مگاهرتز، حداکثر 4 مگابایت حافظه فلش و 1 مگابایت رم، با طیف گسترده ای از لوازم جانبی و رابط ها مانند اترنت، USB، CAN، SPI، I2C و غیره عرضه می شود. این میکروکنترلر سازگار به اولین انتخاب برای بسیاری از کاربردهای صنعتی تبدیل شده است.

تعدادی از ویژگی های کلیدی RX72M، RX72N و RX66N

PROFINET

استاندارد PROFINET یک پروتکل اترنت صنعتی باز و استاندارد برای انتقال داده در محیط‌های اتوماسیون است که ارتباط بین کنترل‌کننده‌ها و دستگاه‌ها را تسهیل می‌کند. Renesas Electronics's TPS-1 یک راه حل PROFINET (IRT)-روی تراشه PROFINET IO فعال-- است که فرآیند پیاده سازی را ساده می کند و به سازندگان تجهیزات ادغام سریع، ساده و کم هزینه رابط های دستگاه PROFINET IO را ارائه می دهد.

PROFINET یک پروتکل فیلدباس است که معمولاً در برنامه های اتوماسیون صنعتی استفاده می شود و از پروتکل های PROFIBUS DP (دستگاه غیرمتمرکز جانبی) و PROFIBUS DP-V1 (نسخه 1) پشتیبانی می کند که به طور گسترده در برنامه های اتوماسیون صنعتی برای ارتباط بین PLC ها و سایر دستگاه ها استفاده می شود. سازمان جهانی برای فناوری‌های PROFIBUS و PROFINET PROFIBUS & PROFINET INTERNATIONAL (PI) RX72M MCU را در MCU/MPU/LSI توصیه‌شده خود برای پشتیبانی فیلدباس فهرست می‌کند. بنابراین، RX72M MCU یک انتخاب همه کاره برای کاربردهای اتوماسیون صنعتی است.

اترنت/IP

اترنت/IP پروتکلی است که به اترنت{0}دستگاه‌های اتوماسیون صنعتی متصل شده اجازه تعامل می‌دهد. این یکی از سه پروتکل اتوماسیون صنعتی مبتنی بر اترنت- است که توسط انجمن Open DeviceNet Vendor Association (ODVA) ایجاد شده است، دو پروتکل دیگر PROFINET و EtherCAT هستند. اترنت/IP هم ارتباط چرخه ای و هم غیر چرخه ای را فراهم می کند و می تواند از طریق TCP/IP و UDP/IP ارتباط برقرار کند. این آن را به یک پروتکل همه کاره تبدیل می‌کند که می‌تواند در صنعت از سیستم‌های کنترل کوچک گرفته تا سیستم‌های توزیع‌شده بزرگ استفاده شود. دستگاه‌های صنعتی مانند PLC، HMI، حسگرها، و سایر دستگاه‌های اتوماسیون را می‌توان در زمان واقعی با استفاده از Ethernet/IP، که ارتباطات مقیاس‌پذیر و با سرعت بالا با استفاده از اترنت و IP ارائه می‌کند، ارتباط برقرار و کنترل کرد.

مک اترنت

Ethernet MAC (Ethernet Media Access Control) یک شناسه منحصر به فرد برای کنترلر رابط شبکه (NIC) دستگاه است که برای فعال کردن ارتباطات شبکه اترنت استفاده می شود. پشتیبانی از بسته انعطاف پذیر مبتنی بر FreeRTOS (FSP) امکان پذیرش سایر RTOS ها و میان افزارها را فراهم می کند.

علاوه بر این، Renesas از یک اکوسیستم شریک جامع پشتیبانی می‌کند تا مجموعه‌ای از نرم‌افزارها و بلوک‌های سخت‌افزاری را ارائه کند که-از{1}}-جعبه‌های Renesas MCU کار می‌کنند. این اکوسیستم به سرعت بخشیدن به توسعه برنامه های کاربردی اینترنت اشیا از جمله فناوری های اصلی کمک می کند.

همانطور که قبلاً تأکید شد، طبقات کارخانه امروزی به یک چارچوب اترنت قطعی و غیرقطعی مشترک، مستحکم و غیرقطعی نیاز دارند تا بتوانند بالاترین درجه اتصال شبکه صنعتی را فراهم کنند. به عنوان رهبر بازار در این زمینه، راه حل های Renesas طیف گسترده ای از الزامات اترنت صنعتی را پوشش می دهد و به دلیل عملکرد، قابلیت اطمینان و سهولت استفاده شناخته شده است. برای اتوماسیون صنعتی و سایر کاربردها، این سیستم‌ها برای-سرعت انتقال داده، تأخیر کم و مصرف انرژی کم طراحی شده‌اند. برای تسریع در پذیرش، Renesas انواع کیت های توسعه و راه حل را ارائه می دهد تا به مهندسان کمک کند تا به سرعت راه حل های اترنت صنعتی ارزش افزوده- ایجاد کنند.