Was ist los mit Industrial Ethernet?

18. Oktober 2018 / 101 Series

Aufgrund der inhärenten Zuverlässigkeit, Leistung und Interoperabilität hat Ethernet die Werkshallen als Kommunikationsprotokoll der Wahl für Automatisierungs- und Steuerungssysteme infiltriert. In diesem Jahr hat Industrial Ethernet Marktanteile von herkömmlichen Feldbus-Protokollen übernommen, die in der Regel mehrere getrennte und proprietäre Verkabelungsanlagen erfordern.

To meet the needs of the industrial environment, Industrial Ethernet essentially uses special industrial protocols encapsulated within the Ethernet protocol in a way that ensures the correct information is sent and received when and where it is needed to perform a specific operation. Let’s take a look at these protocols and examine how Industrial Ethernet networks differ from the commercial Ethernet LAN environment.

Die Big Four

Die industrielle Kommunikation erfolgt auf der Routing-Ebene, auf der Steuerungsebene und auf der Sensorebene – die jeweils unterschiedliche Ebenen von Echtzeit-Informationsübertragung, Kollisionserkennung und Determinismus erfordern (was im Wesentlichen die Route zwischen zwei Knoten bestimmt). Während es mehrere Industrial Ethernet-Protokolle gibt, die eine Vielzahl von Kommunikationsanforderungen in der Werkshalle unterstützen, gibt es vier wichtige Teilnehmer, die erwähnenswert sind – Modbus TCP/IP, Ethernet Cat, EtherNet/IP und Profinet

Modbus TCP/IP was the first Industrial Ethernet protocol introduced, and it is essentially a traditional Modbus communication that is compressed within an Ethernet transport layer protocol for transferring discrete data between control devices. Es verwendet eine einfache Master-Slave-Kommunikation, bei der der „Slave“-Knoten keine Daten ohne Anfrage des „Master“-Knotens überträgt, es wird aber nicht als Echtzeitprotokoll betrachtet.

Introduced in 2003, EtherCAT is an Industrial Ethernet protocol that offer real-time communication in a master/slave configuration for automation systems. Das Schlüsselelement von EtherCAT ist die Möglichkeit für alle vernetzte Sklaven, nur die relevanten Informationen, die sie benötigen, aus den Datenpaketen zu extrahieren und Daten in den Rahmen einzufügen, während er Downstream gesendet wird – was oft als „spontane“ Kommunikation bezeichnet wird.  

Initially released in 2000, Ethernet/IP is a widely used application-layer Industrial Ethernet protocol supported by the Open Device Vendors Association (ODVA) and supplied primarily by Rockwell Automation. Es ist das einzige Industrial Ethernet-Protokoll, das ausschließlich auf Ethernet-Standards basiert und physische, Datenlink-, Netzwerk- und Transportschichten für Standard-Ethernet verwendet. Da es die Standard-Ethernet-Schaltung verwendet, kann es eine unbegrenzte Anzahl von Knoten unterstützen. Allerdings erfordert es eine begrenzte Reichweite, um Latenz zu vermeiden und Echtzeitkommunikation zu unterstützen.

Ein weiterer großer Akteur ist PROFINET (vor allem, weil es in Siemens- und GE-Controllern eingebettet ist), ein von Siemens in Zusammenarbeit mit Mitgliedsunternehmen einer PROFIBUS-Anwenderorganisation entwickeltes Anwendungsprotokoll. Mit speziellen, in Geräte integrierten Schaltern erweitert es im Wesentlichen die Kommunikation von PROFIBUS-E/A-Controllern im Ethernet.

test

Kabelanlagen-Eigenschaften

Wenn es um die Kabelanlage geht, die diese Industrial Ethernet-Netzwerke unterstützt, gibt es einige wesentliche Unterschiede im Vergleich zum kommerziellen Ethernet-LAN. First, the speeds we’re talking about for Industrial Ethernet are much lower than the gigabit and higher bandwidth needs we see in the LAN – around 100 Mb/s is the common speeds used in Industrial Ethernet. Das hat Sinn, da die Bandbreite, die für das Versenden von Steuerungs- und Automatisierungs-Informationen in einem industriellen Netzwerk benötigt wird, nur einen Bruchteil dessen ausmacht, was zum Herunterladen eines Videos von YouTube erforderlich ist.

Da industrielle Umgebungen Kabel und Konnektivität benötigen, die einer Vielzahl von rauen Bedingungen – Vibrationen, Flüssigkeiten, Staub, Chemikalien und elektromagnetischen Störungen – widerstehen müssen, verfügen die Bauteile über eine robustere Konstruktion als die in der Office LAN verwendeten. For example, while the cable may only need a Category 5 or Category 5e performance, industrial cables often feature a larger gauge (typically 22AWG) to accommodate higher temperatures, shielded construction for noise prevention, stranded conductors for flex and special jacketing materials like polyurethane for chemical, oil and abrasion resistance. Die Leiter selbst können sogar beschichtet werden, um Korrosion vorzubeugen. These characteristics yield a much higher price tag for Industrial Ethernet cables compared to everyday LAN cables.

Connectors used in Industrial Ethernet also need to be more robust. While features like sealing to keep out dust and moisture and chemical-resistant materials are available on ruggedized RJ45 connectors designed for use in industrial environments, M12 connectors are far more widely used in Industrial Ethernet due to their smaller circular form factor and 12mm locking thread that maintains a reliable connection even when exposed to shock and vibration. Darüber hinaus werden M12-Verbinder in der Regel mit einer breiteren Palette von Schutzarten angeboten, um Hochdruckwaschern standzuhalten und Korrosionsbeständigkeit zu bieten.

Die gängigsten M12-Verbinder sind in geraden und abgewinkelten Konfigurationen für eine Vielzahl von Maschinenanschlüssen erhältlich und sind entweder 4- oder 8-polig. Der 4-polige Steckverbinder unterstützt die 100  Mbit/s-Geschwindigkeiten, die in den meisten Industrial Ethernet-Anwendungen zu finden sind, während der 8-polige Verbinder für Gigabit-Ethernet benötigt wird, der alle vier Paare für die Übertragung erfordert – klingt vertraut? Wenn es um PoE geht, kann der 4-polige M12 auch nur Typ 1 PoE mit Gleichstrom mit gleichzeitig gelieferten Daten über die gleichen Paare unterstützen, während der 8-polige M12 für Typ 2 und darüber benötigt wird. M12-zu-RJ45-Kabelbaugruppen sind auch dort sehr häufig zu finden, wo nur ein Ende des Kabels mit Maschinen verbunden werden muss, bei denen Schock und Vibrationen vorhanden sind.

test

As Industrial Ethernet continues to expand, and standards bodies continue to develop standards to support it, Fluke Networks will keep you up to speed on how to test and certify these systems… see more Industrial Ethernet resources.

Connectors used in Industrial Ethernet also need to be more robust. While features like sealing to keep out dust and moisture and chemical-resistant materials are available on ruggedized RJ45 connectors designed for use in industrial environments, M12 connectors are far more widely used in Industrial Ethernet due to their smaller circular form factor and 12mm locking thread that maintains a reliable connection even when exposed to shock and vibration. Darüber hinaus werden M12-Verbinder in der Regel mit einer breiteren Palette von Schutzarten angeboten, um Hochdruckwaschern standzuhalten und Korrosionsbeständigkeit zu bieten.

Die gängigsten M12-Verbinder sind in geraden und abgewinkelten Konfigurationen für eine Vielzahl von Maschinenanschlüssen erhältlich und sind entweder 4- oder 8-polig. Der 4-polige Steckverbinder unterstützt die 100  Mbit/s-Geschwindigkeiten, die in den meisten Industrial Ethernet-Anwendungen zu finden sind, während der 8-polige Verbinder für Gigabit-Ethernet benötigt wird, der alle vier Paare für die Übertragung erfordert – klingt vertraut? Wenn es um PoE geht, kann der 4-polige M12 auch nur Typ 1 PoE mit Gleichstrom mit gleichzeitig gelieferten Daten über die gleichen Paare unterstützen, während der 8-polige M12 für Typ 2 und darüber benötigt wird. M12-zu-RJ45-Kabelbaugruppen sind auch dort sehr häufig zu finden, wo nur ein Ende des Kabels mit Maschinen verbunden werden muss, bei denen Schock und Vibrationen vorhanden sind.

As Industrial Ethernet continues to expand, and standards bodies continue to develop standards to support it, Fluke Networks will keep you up to speed on how to test and certify these systems… see more Industrial Ethernet resources.

test

Unsere Produkte entdecken

                

                   

Versiv-Kit-Konfigurator

                   

Wie werden Sie Versiv nutzen