Abstraktne
Mida tähendab tööstuslik Ethernet? Tööstuslik Ethernet mängib üliolulist rolli, kuna see on võimeline toetama mitmesuguseid võrguprotokolle, et rakendada deterministlikku reaalajas{0}}kommunikatsiooni juhtimist.
"Tööstuslik Ethernet" (IE) viitab Etherneti kasutamisele tööstuskeskkondades, eriti neis, mis kasutavad eeldeterministlikke ja reaalajas{0}}juhtimismehhanisme.
Riistvara, tarkvara ja teenused on tehase automatiseerimise sidelahenduste pakkumisel kõige olulisemad elemendid ning tööstuslikku Etherneti kasutatakse paljudes tööstusharudes, sealhulgas nafta- ja gaasitööstuses, kosmosetööstuses ja kaitsetööstuses, energeetikas ja energias, elektri- ja elektroonikas, autotööstuses ja transpordis ning keemiatööstuses. Tööstuslikus Ethernetis kasutatakse laias valikus sihitud rakendustes selliseid protokolle nagu TSN, OPC-UA, EtherCAT, Profinet, ethernet/IP, CC-link IE ja Modbus.
Tööstuslik Etherneti arhitektuur
Ajatundlikud võrgud, mida sageli nimetatakse TSN-deks, on üks peamisi üksusi, mis moodustavad tööstus 4.0 teabe{1}füüsiliste süsteemide tuumiku, mida juhib deterministlikum Industrial Ethernet (vt joonis 2). Selle saavutamiseks on vaja ühendada operatiivtehnoloogia (OT) võrgud ja infotehnoloogia (IT) võrgud kõrgemalt tootmistasandilt ning nendel süsteemidel peab olema küberruumis mingisugune esitus, et korralikult toimida. Kuid valdav enamus kaasaegseid tööstusliku Etherneti standardeid nõuavad patenteeritud riistvara ja protokollide kasutamist, mis muudab võrgu ühtlustamise väga keeruliseks. Nende muudatuste ja nõuete lahendamiseks pakub Renesas sihipäraseid tooteid/lahendusi, mis on seotud ajatundliku võrgundusega (TSN).
IEEE 802.1 TSN-i töörühm on integreerinud IEEE standardid (vt joonis 3), et toetada reaalajas ennustatavat käitumist ning TSN-tehnoloogia vertikaalset ja horisontaalset skaleeritavust.
Renesas R-IN32M4-CL3 SoC oli üks esimesi kontrollereid, mis toetas CC-Link IE TSN Class B, samas kui R-IN32M2 SoC perekonnal ja RX72M MCU-del on ka lahendusi, mis toetavad CC-Link IE TSN Class a. Need lahendused võimaldavad kiiret{12}}suure{13}}võimsusega sidet, mida saab teostada ilma tarkvara reaalajas operatsioonisüsteemide ja väliste komponentideta.
Tööstusautomaatika M2M-suhtluseks kasutatakse OPC Foundationi loodud Open Platform Communications Unified Architecture (OPC UA). Arhitektuur on rakendatav kõikidele tööstuskomponentidele, sealhulgas tööstuslikele anduritele ja täiturmehhanismidele, juhtimissüsteemidele, mida kasutatakse tööstusprotsesside juhtimiseks ja juhtimiseks. Ja see on kihiline, kohandatav, usaldusväärne ja avatud standardprotokoll.
OPC UA süsteemiarhitektuur modelleerib kliente ja servereid suhtlevate partneritena ning iga süsteem võib sisaldada mitut klienti ja serverit. Alloleval joonisel 4 on kujutatud serverite ja klientide kombinatsiooni sisaldav arhitektuur.
OPC-UA lai arhitektuur
EtherCAT
EtherCAT on Etherneti{0}}põhine väljasiinisüsteem, mida haldab EtherCAT Technology Group. Protokolli kasutavad seadmed, mis teostavad samaaegselt kiiret-andmehõivet ja{3}}reaalajas juhtimist, ja nende jaoks. Tänu oma suurele jõudlusele, madalatele kuludele ja paindlikule topoloogiale on EtherCATist saanud üks valdkonna juhtivaid protokolle. Renesas on laiendanud oma seadmete juhtimis- ja võrguportfelli Renesase patenteeritud tuumaga uutest RXv3 kolmanda põlvkonna protsessoritest ja 32-bitistest RX72M, RX72N ja RX66N MCU-dest tööstuslikuks automatiseerimiseks, mis integreerib seadme juhtimise ja võrgufunktsioonid ühele kiibile (vt joonis 5).
Tööstusautomaatika vajaduste rahuldamiseks on Renesas kasutusele võtnud hulga mikrokontrollereid EtherCAT-ühenduvuse jaoks. Nende hulgas on RX72M-il 240 MHz protsessor, kuni 4 MB välkmälu ja 1 MB muutmälu ning lai valik välisseadmeid ja liideseid, nagu Ethernet, USB, CAN, SPI, I2C ja palju muud. Sellest kohandatavast mikrokontrollerist on saanud paljude tööstuslike rakenduste esimene valik.
RX72M, RX72N ja RX66N mitmed põhifunktsioonid
PROFINET
PROFINET standard on avatud, standardiseeritud tööstuslik Etherneti protokoll andmeedastuseks automatiseerimiskeskkondades, mis hõlbustab kontrollerite ja seadmete vahelist suhtlust.PROFINETi tsüklilised ja atsüklilised protokollid määratlevad diagnostika, funktsionaalse ohutuse, häired ja muud andmevahetuse vormid. Renesas Electronicsi TPS-1 on PROFINET (IRT)-toega PROFINET IO-seade-on-kiibil, mis lihtsustab juurutamisprotsessi ja pakub seadmetootjatele PROFINET IO seadmete liideste kiiret, lihtsat ja säästvat integreerimist.
PROFINET on väljasiiniprotokoll, mida tavaliselt kasutatakse tööstusautomaatika rakendustes ja mis toetab PROFIBUS DP (detsentraliseeritud välisseadmed) ja PROFIBUS DP-V1 (versioon 1) protokolle, mida kasutatakse laialdaselt tööstusautomaatika rakendustes PLC-de ja muude seadmete vaheliseks suhtluseks. PROFIBUS- ja PROFINET-tehnoloogiate ülemaailmne katusorganisatsioon PROFIBUS & PROFINET INTERNATIONAL (PI) loetleb RX72M MCU väljasiini toe jaoks soovitatavas MCU/MPU/LSI-s. Seetõttu on RX72M MCU mitmekülgne valik tööstusautomaatika rakenduste jaoks.
Ethernet/IP
Ethernet/IP on protokoll, mis võimaldab Ethernetiga{0}}ühendatud tööstusautomaatikaseadmetel suhelda. See on üks kolmest Ethernet{2}}põhisest tööstusautomaatika protokollist, mille on loonud Open DeviceNet Vendor Association (ODVA), ülejäänud kaks on PROFINET ja EtherCAT. Ethernet/IP pakub nii tsüklilist kui ka atsüklilist sidet ning seda saab suhelda TCP/IP ja UDP/IP kaudu. See teeb sellest mitmekülgse protokolli, mida saab kasutada tööstuses alates väikestest juhtimissüsteemidest kuni suurte hajutatud süsteemideni. Tööstuslikke seadmeid, nagu PLC-d, HMI-d, andurid ja muud automatiseerimisseadmed, saab reaalajas suhelda ja juhtida Etherneti/IP-ga, mis pakub skaleeritavat ja kiiret -kiirust Etherneti ja IP-ühenduse kaudu.
Etherneti MAC
Etherneti MAC (Ethernet Media Access Control) on seadme võrguliidese kontrolleri (NIC) unikaalne identifikaator, mida kasutatakse Etherneti võrgusuhtluse võimaldamiseks. FreeRTOS{1}}põhine paindliku paketi (FSP) tugi võimaldab võtta kasutusele muid RTOSe ja vahevara.
Lisaks toetab Renesas kõikehõlmavat partnerite ökosüsteemi, et pakkuda tarkvara- ja riistvara ehitusplokke, mis töötavad koos Renesase MCU-dega --kast-. See ökosüsteem aitab kiirendada asjade Interneti rakenduste, sealhulgas põhitehnoloogiate arendamist.
Nagu juba rõhutatud, vajavad tänapäevased tehasepõrandad ühtset, tugevat deterministlikku ja mitte{0}}deterministlikku Etherneti raamistikku, et võimaldada tööstusliku võrgu kõrgeimal tasemel ühenduvust. Selle valdkonna turuliidrina hõlmavad Renesase lahendused laia valikut tööstuslikke Etherneti nõudeid ning on tuntud oma jõudluse, töökindluse ja kasutuslihtsuse poolest. Tööstusliku automatiseerimise ja muude rakenduste jaoks on need süsteemid loodud kiireks-andmeedastuseks, madalaks latentsusajaks ja väikeseks energiatarbimiseks. Kasutuselevõtu kiirendamiseks pakub Renesas mitmesuguseid arendus- ja lahenduskomplekte, mis aitavad inseneridel kiiresti luua{5}}lisandväärtuslikke tööstuslikke Etherneti lahendusi.