Ethernet na tle innych przemysłowych standardów sieciowych

Sytuacja na rynku standardów sieciowych dla przemysłu rozwija się zgodnie z naszymi ubiegłorocznymi przewidywaniami. Coraz więcej zwolenników zdobywają różne warianty Ethernetu ze wskazaniem na Ethernet/IP. Z danych Control Engineering Polska wynika, że najistotniejszym czynnikiem wpływającym na zakup systemu sieciowego jest łatwość konfiguracji i obsługi.

Coraz większe wymagania klientów wymuszają na przedsiębiorcach stosowanie efektywnych systemów automatyki. Potwierdzają to odpowiedzi użytkowników i dostawców, którzy wzięli udział w naszym badaniu przeprowadzonym w lutym br.*

Wynika z niego, że ponad 75% polskich przedsiębiorstw stosuje rozproszone systemy automatyki. Ich scentralizowane odpowiedniki znalazły zastosowanie w niespełna 48% zakładów. Rozwiązania oparte na klasycznych, stycznikowo- przekaźnikowych systemach stosowane są rzadziej, bo jedynie przez niecałe 40% użytkowników. Jak widać, wciąż w relatywnie dużej liczbie przedsiębiorstw funkcjonują starsze realizacje systemów automatycznego sterowania. Z kolei wśród nowszych wdrożeń przeważają te bazujące nasystemach rozproszonych.

Jakie więc standardy sieciowe są obecnie najbardziej popularne? Z naszych danych wynika, że coraz chętniej na wszystkich poziomach systemów informatycznych przedsiębiorstw wykorzystywany jest Ethernet (wskazało na niego blisko 85% użytkowników). Obecnie standard ten stosowany jest szczególnie chętnie do wymiany informacji w zastosowaniu do urządzeń przemysłowych. Zaletą takiego rozwiązania jest prostsza, w porównaniu z innymi standardami, integracja sieci o typowo przemysłowym zastosowaniu z sieciami teleinformatycznymi. Znaczące są również rynkowe udziały standardu Profibus używanego w blisko 57% przedsiębiorstw. Stosunkowo dobrze mają się poza tym sieci CAN wykorzystywane przez około 23% zakładów. Znacznie mniejszy zasięg mają natomiast takie standardy sieciowe, jak: Lon- Works, Modbus, Interbus, DeviceNet, Control- Net oraz CC – Link (patrz: wykres 1.). 

Duże zainteresowanie stosowaniem standardu Ethernet potwierdzają także dostawcy systemów automatyki. Z udzielonych przez nich odpowiedzi wynika, że trzy czwarte nabywców decyduje się na stosowanie systemów bazujących na Ethernecie. Jedynie blisko 19% użytkowników decyduje się na zastosowanie standardu Profibus. Pozostałe 6% wybiera inne standardy. Szczególnie dużą popularnością Ethernet cieszy się w środowisku akademickim. Z uzyskanych przez nas danych wynika, że blisko 95% uczelni wykorzystuje ten standard na zajęciach laboratoryjnych / projektowych. Na drugim miejscu plasuje się Profibus wykorzystywany w ponad 42% uczelni, a na trzecim – z o połowę mniejszym udziałem – sieci CAN.

W Polsce, jak na świecie

Tym samym potwierdza się nasz prognoza z ubiegłego roku (patrz: Control Engineering Polska, „Standardy sieciowe w systemach automatyki przemysłowej – stan obecny i perspektywa rozwoju”, marzec 2007), zgodnie z którą mamy do czynienia ze stałym wzrostem zastosowania magistralowych systemów automatyki bazujących na Ethernecie. Świadczy to niezbicie o dużym zaufaniu, jakim ten standard obdarzają użytkownicy. Nic dziwnego, skoro jego odmiany przemysłowe pozbawione zostały podstawowej wady klasycznego standardu Ethernet, stosowanego w nieprzemysłowych sieciach teleinformatycznych, czyli braku determinizmu czasowego. Jednocześnie wciąż dysponują zaletą polegająca na kompatybilności z klasycznym standardem, co pozwala w prosty sposób łączyć przemysłowe systemy informatyczne z ogólną infrastrukturą teleinformatyczną funkcjonującą w przedsiębiorstwie.

Bardzo interesująco przedstawiają się perspektywy dalszego rozwoju rozwiązań sieciowych bazujących na standardzie Ethernet. Co trzeci użytkownik zadeklarował, że w ostatnim roku chciał kupić sieć w innym standardzie, jednak zmienił zdanie decydując się na Ethernet. Blisko 80% takich użytkowników planuje ciągłe zwiększanie udziału rozwiązań komunikacyjnych bazujących na tym standardzie. Jak widać, tendencje widoczne wśród polskich użytkowników systemów sieciowych, są odzwierciedleniem sytuacji w ogólnoświatowym przemyśle. Według ARC Advisory Group rozwiązania bazujące na przemysłowym Ethernecie będą odznaczały się bardzo dynamicznym rozwojem. W ciągu najbliższych pięciu lat prognozowany jest około trzykrotny przyrost liczby węzłów. Z danych Control Engineering Polska wynika, że kluczem do sukcesu jest tutaj stosunek funkcjonalności do ceny: prawie 94% dostawców wskazała standard Ethernet jako odznaczający się najwyższą wartością tego wskaźnika. Dla porównania: tego samego zdania na temat Profibus jest nieco ponad 6% respondentów.

Ethernet tak, ale który?

Bazując na dobrze znanym teleinformatycznym specjalistom prekursorze – standardzie Ethernet TCP/IP – powstało wiele jego odmian przemysłowych. Różnice polegają na różnym stopniu wykorzystania standardu Ethernet TCP/IP. Część przemysłowych odmian zaadoptowała w dużej mierze rozwiązania standardowe w warstwie sprzętowej i programowej (Ethernet/IP) bądź tylko w warstwie sprzętowej (Ethernet Powerlink). Można także wymienić szereg rozwiązań ze zmodyfikowaną zarówno warstwą sprzętową, jak i programową. Zalicza się do nich na przykład EtherCat czy Sercos III. Do najczęściej wykorzystywanych obecnie w polskim przemyśle należy standard Ethernet/IP. Znaczna, ponad 80-procentowa grupa respondentów wskazała ten system, jako wykorzystywany w ich przedsiębiorstwie. Jako drugi w rankingu, z połowę mniejszym udziałem, wskazany został standard Modbus/TCP. Trzeci w kolejności okazał się Profinet z procentowym udziałem, pomniejszonym blisko czterokrotnie w stosunku do finalisty. Ethernet/IP jest nie tylko standardem szeroko rozpowszechnionym w wielu polskich przedsiębiorstwach, ale także wiodącym w danym przedsiębiorstwie. Prawie 73% uczestników ankiety reprezentujących użytkowników systemów wskazało na standard Ethernet/IP jako na dominujący w ich przedsiębiorstwie. Na drugim miejscu, z ponad 15- procentowym udziałem, uplasował się standard Modbus/TCP (patrz: wykres 2.).

Zbliżone dane uzyskaliśmy od dostawców. Na pytanie, który ze standardów cieszy się największym zainteresowaniem ze strony nabywców, blisko 44% wskazało na Ethernet/ IP, 25% zaznaczyło Modbus/TCP, a prawie 19% Ethernet Powerlink. Po około 6 % przypadło w udziale standardom EtherCat oraz Ethernet for Plant Automation. Nieco inaczej doradzają swoim klientom sami dostawcy systemów sieciowych. Najczęściej polecają Modbus/TCP, a dopiero później Ethernet/IP oraz Ethernet Powerlink. Wśród standardów zalecanych przez dostawców znalazły się także EtherCat oraz Ethernet for Plant Automation.

Ethernet/IP jest również najczęściej wykorzystywanym systemem sieciowym przez środowiska akademickie. „Przyznaje się” do niego prawie 90% respondentów. Ze standardu Modbus/TCP korzysta się na blisko 48% uczelni. Profinet znalazł swoje miejsce w niespełna 32% pracowni laboratoryjnych / projektowych. Za najmniej problematyczny dla studentów standard uznawany jest Ethernet/ IP – blisko 78% ankietowanych udzieliło takiej właśnie odpowiedzi. Za nieco bardziej kłopotliwy uznaje się Modbus/TCP oraz Profinet. Po 20% ankietowanych wskazało na te standardy, jako sprawiające studentom najwięcej problemów.

Dlaczego ten, a nie inny standard?

Z pewnością duża liczba dostępnych standardów daje możliwość wybrania rozwiązania najkorzystniejszego z punktu widzenia realizowanego przedsięwzięcia. Jakie czynniki brane są zatem pod uwagę przy podejmowaniu decyzji o wyborze konkretnego standardu? Jak wynika z naszych danych, odpowiedzi dostawców i użytkowników nieco się różnią. W opinii dostawców najważniejszymi czynnikami decydującymi o wyborze standardu sieciowego są: cena, niezawodność oraz łatwość konfiguracji i obsługi systemu bazującego na danym standardzie sieciowym. Na te czynniki, jako najważniejsze dla klientów, wskazało przeszło 62% pytanych dostawców. Dwukrotnie mniej ankietowanych wskazało na szybkość transmisji oraz wszechstronność standardu. Jedna czwarta respondentów przy wyborze kieruje się jakością zaplecza serwisowego i pomocy technicznej.Zdaniem użytkowników, podobnie jak dostawców, najistotniejszym czynnikiem wpływającym na zakup systemu sieciowego jest łatwość konfiguracji i obsługi. Ponad połowa ankietowanych użytkowników wskazała ten czynnik, jako najbardziej istotny. Niewielu mniej użytkowników kieruje się przy wyborze standu sieciowego zapewnianą przez niego niezawodnością / pewnością funkcjonowania. Wszechstronność / jednolitość standardu istotna jest dla niespełna 43% badanych użytkowników, a cena zastosowania standardu wymieniona została przez niewiele ponad 35% – jako decydująca cecha brana pod uwagę przy wyborze standardu sieciowego. Jedynie niespełna 18% użytkowników traktuje zaplecze serwisowe i pomoc techniczną jako istotny czynnik przy wyborze standardu sieciowego (wykres 5.).


Według zdecydowanej większości użytkowników systemów sieciowych (ponad 80%) do najistotniejszych funkcji spełnianych przez system sieciowy należy zaliczyć:

  • zapewnienie niezawodnej akwizycji danych, możliwości integracji danych z różnych systemów (prawie 74%),
  • uzyskanie dużych prędkości przesyłu danych (blisko 50%),
  • spełnienie wymogów pracy w czasie rzeczywistym (niespełna 48%),
  • łatwość wdrożenia i zintegrowania, a następnie obsługi (około 47%),
  • możliwość zdalnego dostępu do systemu (ponad 43%),
  • zapewnienie współpracy różnym standardom (niecałe 40%).

Z analizy ankiet wypełnionych przez dostawców systemów sieciowych można dowiedzieć się, że najkorzystniejszy stosunek jakości do ceny mają następujące ethernetowe standardy: Ethernet/IP – ponad 31% respondentów przyznało mu pierwsze miejsce w tej kategorii, Modbus/TCP – 25% głosów, Ethernet Powerlink – blisko 19%. Za odznaczające się najmniejszą wartością stosunku funkcjonalności do ceny uznane zostały przez dostawców następujące systemy: Profinet – ponad 28% ankietowanych przedstawiło taką opinię, EtherCat ex aequo z Sercom III – po niespełna 22% oddanych głosów, Ethernet Powerlink – blisko 15%. 


Co trzeci użytkownik zadeklarował, że w ostatnim roku chciał kupić sieć w innym standardzie, jednak zmienił zdanie, decydując się na Ethernet. Blisko 80% takich użytkowników planuje ciągłe zwiększanie udziału rozwiązań komunikacyjnych bazujących na tym standardzie. Tendencje widoczne wśród polskich użytkowników systemów sieciowych są odzwierciedleniem sytuacji w ogólnoświatowym przemyśle.


Ceny w dół

Wymóg współpracy pomiędzy różnymi standardami wiąże się zapewne z niechęcią do ujednolicania stosowanych systemów sieciowych. Ponad 67% użytkowników nie ma zamiaru podejmować żadnych działań zmierzających do wprowadzenia jednego standardu sieciowego w całym przedsiębiorstwie. Z drugiej strony ponad 50% użytkowników uważa, że mnogość standardów sieciowych stanowi utrudnienie z punktu widzenia integracji systemów sieciowych. Blisko 37% użytkowników sądzi, że taka sytuacja sprzyja rozwojowi nowych, wydajniejszych rozwiązań. Tyle samo osób uważa, że jest to zabieg marketingowy, mający na celu uzależnienie realizacji całości systemu przy użyciu urządzeń jednego konsorcjum skupionego wokół danego standardu. Jedynie niespełna 32% uzasadnia mnogość systemów różnorodnością zastosowań / wymagań. Doświadczenie dostawców wskazuje, że prawie 69% użytkowników wybiera często rozwiązania sieciowe zgodne z tymi, które już funkcjonują w przedsiębiorstwie. Zgodnie z przewidywaniami dostawców systemów sieciowych (87,5%) ceny rozwiązań bazujących na standardzie Ethernet będą powoli osiągały niższy pułap (wykres 8.). Jest to z pewnością podyktowane dobrą koniunkturą dla tego typu rozwiązań i przeświadczeniem, że w niedługim czasie standard Ethernet stanie się dominujący w przemysłowych sieciach komunikacyjnych.

Co do zwiększenia liczby standardów wykorzystujących Ethernet zdania są podzielone. Część dostawców uważa, że niektóre zostaną wyparte, co ograniczy liczbę dostępnych rozwiązań. Jednak niewielu mniej dostawców sądzi, że czeka nas wzrost liczby standardów sieciowych bazujących na Ethernecie. O tym, kto ma rację, przekonamy się w najbliższych kilku latach.

PRODUKTY

IO-Link Master – przełom w komunikacji

IO-Link Master do sieci PROFIBUS i PROFINET wskazuje nową drogę dwukierunkowej komunikacji w budowie maszyn i systemów automatyzacji produkcji.

IO-Link stanowi bezpośrednie połączenie pomiędzy modułem I/O a czujnikiem lub elementem wykonawczym. Jest to rodzaj interfejsu binarnego, który wykorzystuje modulację impulsów 24 V, używając do przesyłu danych protokołu szeregowego UART. Niezależnie od ilości przesyłanych danych pomiędzy czujnikiem a modułem IO-Link do połączenia wykorzystywany jest dobrze znany – tani i nieekranowany – standardowy przewód 3-żyłowy.

Komunikacja w IO-Link realizowana jest przez IO-Link Master, który kontroluje nastawy i parametry podłączonych elementów. Tym samym realizuje on koncepcję pełnej diagnostyki systemu sterowania również na poziomie czujników i elementów wykonawczych zarówno z wyjściami analogowymi, jak i binarnymi.

Każdy z prezentowanych modułów IO-Link Master ma 8 portów: 4 porty IO-Link oraz 4 w pełni konfigurowalne porty I/O. Porty IO-Link zaprojektowane zostały do prędkości 4,8 kBaud, 38,4 kBaud i 230 kBaud. Kompaktowa, solidna, metalowa obudowa wykonana metodą odlewu ciśnieniowego, jest wyjątkowo odporna na czynniki zewnętrzne. Przemyślane rozmieszczenie dużych oraz dobrze widoczne LED i oznaczników ułatwia wzrokową diagnostykę modułu nawet przy pełnym okablowaniu wszystkich dostępnych portów.

Balluff

www.balluff.pl

Artykuł pod redakcją inż. Krzysztofa
Jaroszewskiego, adiunkta w Zakładzie
Automatyki Instytutu Automatyki
Przemysłowej na Wydziale Elektrycznym
Politechniki Szczecińskiej

*Ankietę przeprowadziliśmy w lutym br. Znaczą część respondentów stanowili użytkownicy sprzętu (około 67%), ale swą opinię wyrazili także producenci / integratorzy systemów przemysłowych (około 18%) oraz przedstawiciele środowiska akademickiego (około 15%). Wszystkim, którzy zechcieli wziąć udział w badaniu, bardzo dziękujemy!


Kluczowa wymiana danych

Dla Control Engineering Polska mówi Krzysztof Jaroszewski, Politechnika Szczecińska:

Wysokie wymagania stawiane przez konsumentówodnośnie terminowej i krótkiej realizacji oraz jakości odbieranych produktów i usług przekładają się na konieczność integracji wszystkich komórek przedsiębiorstwa. Trudno dziś wyobrazić sobie osobno funkcjonujące działy, zajmujące się: produkcją, planowaniem, magazynowaniem czy sprzedażą. W celu zapewnienia wysokiej jakości oraz dużej elastyczności świadczonychusług, pozwalającej zakładowi produkcyjnemu na bieżąco i nieustannie podążać za wciąż zmieniającymi się preferencjami i oczekiwaniami klientów, konieczne jest zapewnienie sprawnego przepływu informacji. Efektywne przekazywanie informacji jest także gwarancją zapewnienia dużej rentowności realizowanych przedsięwzięć, a jest to przecież jeden z głównych celów działalności przedsiębiorstwa. Wychodząc z takiego założenia większość współcześnie projektowanych i realizowanych bądź modernizowanych zakładów produkcyjnych koncentruje swoje wysiłki i angażuje znaczne środki – w celu zapewnienia niezawodnego przepływu informacji. Pomimo znaczącej roli w realizacji tego przedsięwzięcia, przypadającej w udziale pracownikom zakładowych działów IT oraz grupom inżynierów produkcji, nie bez znaczenia jest także udział kadry zarządzającej. Efekty tej współpracy mają usprawnić realizację procesu przemysłowego, umożliwić jego monitoring, ale także pozwolić na efektywniejsze zarządzanie aktywami przedsiębiorstwa. Zapewnienie efektywnego przepływu informacji związane jest z wdrażaniem sieci informatycznych integrujących wszystkie działy przedsiębiorstwa zarówno te związane bezpośrednio z produkcją, jak i nieprodukcyjne. Z przeprowadzonych analiz wynika, że możliwość taką stwarzają rozwiązania bazujące na standardzie Ethernet. Szerokie i masowe stosowanie tego właśnie przemysłowego standardu wydaje się sprawą przesądzoną. Takie tendencje obserwowane są na całym świecie, co potwierdzają badania prowadzone przez znaczące ośrodki badawcze. Polska wyraźnie podąża za światowymi trendami i rozwojem techniki.