wersja mobilna
Online: 280 Poniedziałek, 2017.12.18

Raporty

Przemysłowe sieci komunikacyjne – raport techniczno-rynkowy (druga edycja)

piątek, 13 marca 2009 01:00

Szybko rosnąca w ostatnich latach konieczność wymiany coraz większych ilości danych w układach automatyki i sterowania powodowała, że zwiększała się również rola przemysłowych sieci komunikacyjnych. Obecnie stanowią one równie istotną część instalacji przemysłowych, jak układy sterowania, napędy czy systemy pomiarowe.

Spis treści » Wymogi rozwiązań przemysłowych
» Zdaniem dostawców rozwiązań sieciowych...
» Ethernet - przyszły standard
» Pokaż wszystko

Standardem w automatyce staje się również wykorzystanie rozwiązań sieciowych bazujących na sieci Ethernet, które są coraz częściej wybierane przez integratorów i dostawców automatyki zamiast klasycznych sieci fieldbus. W drugiej edycji raportu poświęconego polskiemu rynkowi przemysłowych sieci komunikacyjnych przedstawiamy dostawców tych urządzeń i oferowane przez nich rozwiązania. Opisujemy również zmiany, które zachodzą na omawianym rynku oraz w różnych technologiach sieciowych.


WYMOGI ROZWIĄZAŃ PRZEMYSŁOWYCH

Duża różnorodność standardów sieci przemysłowych i ich możliwych aplikacji powoduje, że oferta dostawców technologii tego typu jest obszerna. Obecnie w zastosowaniach związanych z automatyką i sterowaniem wykorzystywanych jest kilkadziesiąt różnych typów sieci, z czego przynajmniej kilkanaście zaliczyć można do popularnych standardów, które wspierane są przez producentów urządzeń i oprogramowania. Wśród nich wyróżnić można dwa duże zbiory sieci i związanych z nimi produktów – rozwiązania typu fieldbus oraz wykorzystujące standard Ethernet.

Do pierwszej z grup należą sieci rozwinięte na potrzeby automatyki, sterowania czy układów pomiarowych – przykładowo bazujące na komunikacji szeregowej, DeviceNet, Profibus, CANopen i inne. Spotykane są tutaj też rozwiązania specjalizowane, takie jak np. LonWorks do zastosowań w automatyce budynkowej czy DALI – do sterowania oświetleniem. Z kolei w przypadku rozwiązań bazujących na Ethernecie można mówić o ich bardzo szybkiej popularyzacji w ostatnich kilku latach.

Obecnie popularne jest, oprócz standardowego Ethernetu, kilka tego typu standardów – m.in. Ethernet/IP, EtherCAT, Modus/TCP i inne (patrz ramka pod koniec raportu). Motywacją do ich stosowania jest ogólna dostępność urządzeń i łatwość integracji z innymi sieciami. Ważny jest również fakt, że wiele z tych technologii sieciowych pozwala na pracę w czasie rzeczywistym lub zbliżonym do rzeczywistego.

Należy dodać, że do elementów sieciowych można zaliczyć w praktyce dowolne urządzenia, takie jak PLC czy napędy, które mają interfejsy pozwalające na komunikację w sieci. O możliwość tego typu komunikacji rozszerzanych jest też wiele czujników (tzw. czujniki inteligentne) i podobnych im, mniejszych podzespołów. Niemniej jednak w raporcie skupiono się na komponentach, których podstawowa i główna funkcjonalność związana jest z pracą w sieci – a więc przełączników i routerów oraz kart i konwerterów sieciowych.

Ofertę krajowych dostawców w tym zakresie przedstawiono w tabelach raportowych. Podobnie jak w przypadku pierwszej edycji raportu, do omawianej gamy produktów włączono moduły wejść/wyjść (moduły I/O). Pełnią one obecnie rolę elementów sieciowych, które komunikują się z systemem nadrzędnym z wykorzystaniem różnych protokołów, pozwalając na tworzenie lokalnych i zdalnych punktów do podłączania urządzeń, czujników i innych podzespołów.

WYMOGI ROZWIĄZAŃ PRZEMYSŁOWYCH

Środowisko pracy i wymagania stawiane sieciom przemysłowym są w większości przypadków inne, niż dla wersji przeznaczonych do użytku w biurach czy u osób prywatnych. Wymagany jest tutaj zazwyczaj duży poziom dostępności sieci, w szczególności gdy zachodzi konieczność sterowania robotami i komunikacji w czasie rzeczywistym. Jednocześnie ilość przesyłanych danych może być różna – w przypadku akwizycji wielu danych czy sterowania napędami jest ona bardzo duża, natomiast dla sieci czujnikowych, gdzie pomiary wykonywane są okresowo, średnia ilość transmitowanych informacji będzie relatywnie mała.

Sieci przemysłowe różnią się od odpowiedników komercyjnych często również topologią, która jest różnorodna w zależności od struktury instalacji technologicznych i obejmuje nieraz duży obszar zakładu przemysłowego. W wielu zakładach zachodzi również konieczność stosowania kilku różnych typów sieci w zależności od obsługiwanych urządzeń (patrz rysunek przedstawiający poziomy systemów sieciowych w zakładzie), co powoduje, że rzadko zastosować można jedno, uniwersalne rozwiązanie sieciowe.

Duże różnice występują wreszcie w przypadku środowiska pracy. Miejsca instalacji przemysłowych urządzeń sieciowych charakteryzują nieraz duże i zmieniające się wartości bezwzględne temperatur, możliwość występowania dużej wilgotności (a nawet zalania urządzeń), a także wibracje, zwiększone narażenia mechaniczne oraz elektromagnetyczne.

Jednocześnie same kable komunikacyjne prowadzone są wzdłuż linii technologicznych i przy maszynach, czego skutkiem są one wystawione znacznie bardziej na wpływ potencjalnych narażeń.

Suma powyższych czynników powoduje, że przed komponentami sieci przemysłowych stawiane są wysokie wymagania co do parametrów technicznych, funkcjonalności, w tym w zakresie diagnostyki i ochrony przed narażeniami środowiskowymi.

W szczególności należą do nich możliwość pracy przy podwyższonej temperaturze (powyżej 60ºC) i w temperaturach ujemnych, przy zwiększonej wilgotności, a także zabezpieczenie urządzenia przed wpływem wibracji i wstrząsów. Bardzo istotne są tutaj również kwestie izolacji i ochrony przeciwprzepięciowej oraz odporność na zaburzenia elektromagnetyczne.

Zdaniem krajowych dostawców urządzeń sieciowych dla przemysłu ich klienci zwracają uwagę przede wszystkim na parametry techniczne oraz cenę omawianych wyrobów (patrz wykres 1). To ostatnie jest zrozumiałe, jeżeli weźmie się pod uwagę popularność omawianych w raporcie podzespołów. Switche przemysłowe, moduły I/O czy konwertery sieciowe to element oferty bardzo wielu firm na rynku i łatwo, choćby za pomocą Internetu, znaleźć najtańszego dostawcę na rynku.

Do innych, ważnych dla klientów cech omawianych komponentów należą ich niezawodność i możliwość tworzenia rozwiązań redundantnych, co dotyczy zarówno samej sieci (np. praca w architekturze pierścienia), jak i komponentów (stosowanie redundantnego podłączenia zasilania, itp.). W statystyce tej okazuje się też ważna marka producenta, szczególnie że często przekłada się ona na jakość samych produktów, choć nie można tutaj mówić o takim przywiązaniu klientów do producentów jak w przypadku "większych" produktów – np. PLC, PAC czy napędów.

SYTUACJA NA RYNKU

W ostatnich latach asortyment dostępnych na polskim rynku komponentów i rozwiązań sieciowych dla przemysłu szybko się zwiększał. Czynnikami sprzyjającymi rozwojowi były, oprócz postępującego procesu automatyzacji przemysłu, trend do decentralizacji sterowania i tworzenia układów modułowych, a także zastępowanie starszych interfejsów komunikacyjnych rozwiązaniami sieciowymi.

Rosnące też przez ostatnie kilka lat ceny materiałów (np. miedzi, a więc też przewodów) powodowały, że stosowanie mniejszej liczby połączeń w maszynach czy na liniach produkcyjnych poprostu się opłacało. W szczególności sprzyjało temu wykorzystanie zdalnych układów we/wy, które pozwalają na obsługę wielu oddalonych punktów pomiarowych czy sterowanie za pomocą jednego lub kilku połączeń sieciowych.

Nowoczesne urządzenia automatyki wymagają przesyłania również coraz większych ilości danych i niezawodności połączeń, co wraz z malejącymi cenami urządzeń sieciowych powodowało szybką popularyzację tych ostatnich. Zdecydowana większość omawianych w raporcie urządzeń sieciowych trafia do odbiorców z szeroko rozumianego przemysłu. Urządzenia sieciowe wykorzystywane są w bardzo różnych zastosowaniach – na liniach technologicznych, w maszynach, w systemach sterowania i kontroli oraz pomiarowych, i innych.

Dotyczy to również aplikacji tworzonych np. na potrzeby obiektów wodno-kanalizacyjnych, energetyki czy inteligentnych budynków. Zdaniem przedstawicieli firm biorących udział w raporcie około 75% wszystkich odbiorców komponentów sieciowych związanych jest właśnie z przemysłem. Są wśród nich klienci końcowi – zakłady przemysłowe, integratorzy systemów, a także firmy OEM, głównie producenci maszyn (patrz wykres 2).

Główna sprzedaż urządzeń sieciowych jest, zdaniem ich dostawców, osiągana w większych systemach, zdarzają się jednak też klienci kupujący pojedyncze elementy, takie jak switche czy konwertery protokołów. Oprócz wykorzystania ich w nowych wdrożeniach, znaczący wpływ na rozwój rynku ma również modernizacja istniejących obiektów i maszyn. Szczególnie często stosowane są tutaj konwertery protokołów (np. w celu sterownia poprzez Ethernet urządzeniem z interfejsem szeregowym) oraz moduły zdalnych wejść/wyjść, które zresztą są zdaniem większości dostawców obecnie najpopularniejszymi komponentami z omawianych w raporcie.

DWIE GRUPY DOSTAWCÓW URZĄDZEŃ

Sytuacja na rynku krajowym nie uległa znaczącym zmianom w stosunku do stanu sprzed kilku lat, gdy tworzona była pierwsza edycja raportu poświęconego sieciom przemysłowym. W bieżącym raporcie pojawia się 29 firm, o jedną mniej niż poprzednio, przy czym większość to ci sami dostawcy. Niektóre z firm zmieniły ewentualnie nazwę (np. Westermo Polska Dystrybucja na Tekniska Polska), zdarzył się też przypadek zniknięcia z rynku polskiego oddziału (Axiomtek Polskaaktycznie dowolnie, zależnie od przyjętych kryteriów zaliczania do niej dostawców urządzeń.

Omawiane w raporcie podzespoły sieciowe są w wielu przypadkach stosunkowo tanimi komponentami automatyki (ich ceny wynoszą typowo od kilkuset do kilku tysięcy złotych), a jednocześnie pozwalają w stosunkowo prosty sposób uzupełnić ofertę rynkową, dlatego wiele firm chętnie włącza je do gamy oferowanych produktów. Podobnie jednak jak ma to miejsce w przypadku innych sektorów rynku automatyki, jedynie nieliczni z dostawców mają bogatą ofertę w omawianym zakresie. Dla tych firm komponenty sieciowe stanowią jeden z filarów oferty rynkowej, a one same tworzą drugą z głównych grup dostawców obsługujących omawiany rynek.

Należą do nich głównie dystrybutorzy tacy jak Elmark Automatyka (oferuje m.in. produkty firm Advantech, Moxa, HMS, Prosoft i Rockwell Automation), Guru Control Systems (ICP DAS, Adlink, Moxa), JM elektronik (IEI Technology, ICP DAS, Oring Industrial Networking) czy Tekniska Polska (m.in. Westermo). Oferta tych firm cechuje się dużą kompletnością, jeżeli chodzi o rodzaje oferowanych produktów sieciowych – klienci szukający tego typu komponentów znajdą zarówno przełączniki przemysłowe i routery przemysłowe, jak i konwertery sieciowe, serwery portów, karty komunikacyjne i inne podzespoły.

Zestawienie uzupełniają dostawcy tacy jak Astor, Eltron, Sabur, TME czy inni wymienieni w tabeli 1. Firmy te działają w różnych obszarach rynku, a komponenty sieciowe są zazwyczaj jedynie uzupełnieniem ich oferty. Jako dodatkową grupę firm wymienić można, podobnie jak miało to miejsce w przypadku pierwszej edycji raportu, producentów i dystrybutorów okablowania, złączy i podobnych produktów związanych z sieciami przemysłowymi.

Takimi firmami są m.in. Assmann Polska (dostawca m.in. kabli Belden), Harting Polska, Helukabel Polska czy Technokabel. Więcej informacji o ich ofercie zawarte zostało m.in. w artykule "Jak dobierać okablowanie w sieciach przemysłowych?".



ZDANIEM DOSTAWCÓW ROZWIĄZAŃ SIECIOWYCH...

Tworząc raport, zapytaliśmy krajowych dostawców podzespołów sieciowych o cechy tych ostatnich, zmiany w ich technologii oraz omawiany sektor rynku. Biorąc pod uwagę komponenty przedstawiane w tabelach, do najpopularniejszych produktów należą zdaniem dostawców moduły I/O (lokalne i zdalne) oraz switche przemysłowe i routery przemysłowe (patrz wykres 3). Wyniki te są analogiczne do sytuacji sprzed kilku lat, przy czym w wynikach ankiety do pierwszej edycji raportu liderami sprzedaży były switche i routery.

Kolejne dwie pozycje zajmują obecnie konwertery sieciowe i karty sieciowe (również zamiana pozycji w stosunku do stanu sprzed trzech lat). Na szczególną uwagę zasługuje wzrost popularności konwerterów sieciowych, które wykorzystywane są bardzo często do modernizacji istniejących systemów i maszyn. Używając tych stosunkowo niedrogich komponentów, zapewnić można sterowanie maszynami np. przez sieć Ethernet bez zmiany ich dotychczasowych interfejsów.

Po raz pierwszy zapytaliśmy dostawców o najlepsze produkty, czyli takie, dla których uzyskać można duże marże przy stosunkowo dużym obrocie, oraz o produkty najpowszechniejsze, a więc te, które ma w swojej ofercie dużo firm na rynku. W większości przypadków odpowiedzi potwierdziły statystyki przedstawiane na wykresach w raporcie. I tak – za najlepsze produkty sieciowe uznawane są zdecydowanie moduły we/wy, w szczególności te zdalne. W tej grupie niektóre firmy wymieniały też konwertery sieciowe, ale były one w stawce daleko za modułami I/O. Z kolei najpowszechniejszymi produktami okazały się być switche przemysłowe i routery przemysłowe.

Komponenty sieciowe do zastosowań przemysłowych sprzedawane są w Polsce zarówno oddzielnie, jak i jako element większych kompletacji lub systemów (patrz wykres 4). Większość uczestników raportu przyznaje przy tym, że są to jednak podzespoły, na których nie można budować samodzielnej oferty rynkowej.

Tworząc raport, tradycyjnie zapytaliśmy także o popularność marek (producentów) na rynku polskim. Na czoło wysuwa się Moxa, w ofercie której znaleźć można bardzo dużo różnych komponentów sieci przemysłowych. Kolejne miejsca zajmują Phoenix Contact, Siemens, Advantech oraz B&R, a za nimi inne firmy (patrz wykres 5).

Lista producentów jest jednak o wiele dłuższa niż wymienione, gdyż zaklasyfikować można by tutaj praktycznie dowolnego dostawcę urządzeń przemysłowych – np. sterowników czy przemienników częstotliwości, gdzie wykorzystuje się określony interfejs sieciowy. Należy także zaznaczyć, że przedstawione wyniki nie stanowią udziałów danych firm w rynku, a są jedynie zestawieniem odpowiedzi uczestników raportu na pytanie o popularność marek na rynku.

Rynek urządzeń sieciowych należy do stabilnych, dojrzałych sektorów związanych z automatyką przemysłową, który zapewnia możliwość działania wielu dostawcom. W ostatnich latach cechowały go dobre wyniki – w przypadku 2008 średnia wzrostu sprzedaży wyniosła w tym zakresie w przypadku firm biorących w raporcie 19,6%, jednocześnie rzadko kiedy wartość ta przekraczała dla pojedynczych sprzedawców 30% (patrz wykres 5). Biorąc jednak pod uwagę fakt, że zeszły rok był dla polskiej branży automatyki wyjątkowo dobry, wartości tych nie można uznać za przełomowe.

Dariusz Grzesiuk

Inżynier sprzedaży Tekniska

  • Które technologie rozwijają się najintensywniej?

Ze statystyk sprzedaży Tekniska Polska wynika, że są to wszelkie technologie oparte na technikach IP, czyli Ethernet, GSHDSL, GPRS/3G/HSDPA i inne. Powszechne staje się wykorzystanie Internetu w aplikacjach przemysłowych.

Rynek szuka rozwiązań do niedawna uznawanych za unikalne, np. optymalizujących transport pakietów wideo po IP w funkcji szybkiej rekonfiguracji sieci. Wzrasta zainteresowanie rozległymi systemami pozwalającymi na chronologiczne systematyzowanie zdarzeń. Umożliwia to wdrożenie zaawansowanych mechanizmów regulacji uwzględniających predykcję.

Dotyczy to w szczególności rozległych systemów energetycznych, ale coraz powszechniejsze jest to również w przypadku farm wiatrowych oraz w transporcie ropy i gazu. Wzrasta zapotrzebowanie na wszelk).

W omawianej branży działają dwie duże grupy dostawców. Do pierwszej zaliczyć można przedstawicielstwa zagranicznych producentów urządzeń sieciowych. Są oni zazwyczaj dostawcami szerokiej gamy podzespołów automatyki i sterowania, ale ważnym elementem ich oferty są również rozwiązania sieciowe. Do takich firm należą m.in. Beckhoff Automation, B&R Automatyka Przemysłowa, Lenze, Omron Electronics, National Instruments, Panasonic Electric Works Polska, Schneider Electric, Siemens, Turck, a także niewystępujące w zestawieniu tabelarycznym Phoenix Contact, Siemens oraz Wago. Należy zaznaczyć, że wymienioną listę można by wydłużyć priego rodzaju routery łączące odmienne środowiska. Rozwijają się technologie radiowe – zwiększa się funkcjonalność i parametry.

  • Gdzie najczęściej trafiają systemy sieciowe?

Głównymi odbiorcami są z naszej perspektywy kolej i energetyka. Ważne są dla nas nowe wyzwania energetyki (IEC 61850 i precyzyjna synchronizacja czasowa pakietów). Stawiamy również na ekologię. Dynamiczna ekspansja systemów sieciowych wynika z nowego modelu automatyki dla wielu procesów, równolegle realizowanych na dużych obszarach.

  • Jakich systemów poszukują klienci?

Dobrych i niezawodnych. Poszukuje się dużych wydajności, przyzwoitych zasięgów, skutecznej ochrony przed skutkami oddziaływania środowiska, dobrej izolacji galwanicznej, pracy w szerokim zakresie temperatur i napięć. Preferowane są systemy w pełni transparentne. Tradycyjnie istotne jest solidne wsparcie techniczne, szkolenia oraz oferowany okres gwarancyjny.

MODUŁY I/O – DOBRE UZUPEŁNIENIE OFERTY

Elementami sieciowymi, które w ocenie dostawców sprzedają się ostatnio bardzo dobrze, są moduły I/O. Umożliwiają one podłączanie różnych sygnałów wejściowych – np. z czujników czy włączników, oraz sygnałów wyjściowych – np. do sterowania i kontroli urządzeń, przy czym dane przekazywane są do systemu nadrzędnego z wykorzystaniem sieci komunikacyjnej. Tego typu moduły mogą być instalowane lokalnie, w tym mogą być elementami modułowego sterownika PLC, oraz zdalne – wtedy montowane są np. bezpośrednio na linii produkcyjnej lub maszynie.

Właśnie ostatnie z zastosowań decydują o szybkim wzroście ich popularności – wykorzystanie modułów, które umożliwiają przykładowo przesyłanie danych z wielu oddalonych czujników jednocześnie, to duża oszczędność w zakresie stosowanego okablowania i możliwość uproszczenia budowy tworzonego systemu.

Pozwalają one również na zbieranie informacji z miejsc, gdzie jeszcze kilka lat temu było to niemożliwe lub bardzo kosztowne. Szczególną rolę odgrywają tutaj moduły cechujące się wysokim stopniem ochrony (np. P67), które mogą być montowane bez konieczności obudowania w szafach. Tego typu produkty oferuje obecnie większość czołowych ich producentów, zazwyczaj jako uzupełnienie wersji o niższym stopniu ochrony – np. IP20.

Obecnie na rynku dostępne są dwie główne wersje omawianych produktów – rozwiązania modułowe i kompaktowe. Te pierwsze, najpopularniejsze, składają się z elementu typu backplane oraz kart (modułów) we/wy. Pozwala to na dobór tych ostatnich do aplikacji, szczególnie że duża część producentów działających na tym rynku oferuje zazwyczaj kompletne rodziny wymiennych modułów. Oprócz elementów o wejściach i wyjściach napięciowych, prądowych oraz wersji analogowych, dostępne są m.in. moduły czujnikowe, termoparowe, licznikowe oraz przeznaczone do różnych sieci i aplikacji – np. pozwalające na sterowanie napędami czy wyspami zaworowymi (patrz tabela 5).

Jeżeli zaś chodzi o rozwiązania kompaktowe – są nimi moduły o określonej funkcjonalności, które stosowane mogą być samodzielnie i bez możliwości zmiany elementów. Przykładem takich produktów jest rodzina I-7000 firmy ICP DAS. Ostatnie kilka lat to szybka ewolucja w technologii omawianych produktów. O ile dawniej dostępne na rynku były moduły o małej liczbie kanałów, obecnie bez problemu dobrać można wersje od jednego do kilkudziesięciu kanałów.

Jednocześnie polepszeniu uległy parametry omawianych urządzeń – skróceniu uległy czasy transmisji i przetwarzania danych, dzięki czemu moduły pracować mogą w aplikacjach krytycznych czasowo. Uproszczeniu ulega też technologia ich montażu i możliwości diagnostyczne. Spoglądając na moduły I/O od strony sieci komunikacyjnej, wyróżnić można szereg standardów - np. Ethernet, Profibus czy sieci dedykowane. Często jest to uzależnione od dostawcy, gdyż moduły te mają być łatwo integrowane w systemy ze sterownikami PLC i różnymi kontrolerami.

Z tych powodów w ofercie B&R znajdziemy m.in. rodziny produktów X20 i X67, które do komunikacji wykorzystują sieć Ethernet Power link, a w ofercie Beckhoff Automation wykorzystywanym standardem będzie EtherCAT. Na koniec należy dodać, że moduły I/O kupowane są najczęściej przez klientów końcowych, którymi są zakłady przemysłowe, oraz integratorów systemów. Mniejszą grupę odbiorców stanowią producenci maszyn i inne firmy z rynku OEM.

Jeżeli zaś chodzi o typy sprzedawanych modułów – podobnie jak kilka lat temu najpopularniejsze są moduły we/wy cyfrowych oraz wersje z wejściami analogowymi. Są one instalowane zarówno lokalnie przy sterownikach, jak i jako wersje zdalne, przeznaczone do wykorzystania bezpośrednio w maszynach oraz różnych miejscach instalacji przemysłowych.

O popularności tych rozwiązań świadczy również liczba prezentowanych w raporcie przykładowych rodzin modułów I/O – w tabeli 5 swoje produkty przedstawiło 25 dostawców działających na tym rynku.

Ethernet a praca w czasie rzeczywistym

Pomimo bardzo szybkiej popularyzacji technologii sieciowych wykorzystujących Ethernet, ich adopcja przez branżę przemysłową następuje wolniej niż w przypadku zastosowań komercyjnych. Głównym tego powodem są ograniczenia związane z możliwością użycia Ethernetu w aplikacjach, gdzie wymagane są bardzo krótkie czasy przesyłu danych i zachowanie determinizmu czasowego.

Wymogi pracy w czasie rzeczywistym (real-time) stawiane są systemom sterowania synchronizowanymi grupami napędów, robotami, sterowania w aplikacjach bezpieczeństwa i różnych układach kontroli maszyn. Aby zapewnić możliwość obsługi takich aplikacji, a jednocześnie zachować możliwość tradycyjnej wymiany danych w sieciach Ethernet, główni dostawcy na rynku automatyki opracowali i rozwijają różne technologie sieci deterministycznych, które wykorzystują jako bazę standard Ethernet. Przykładami takich technologii są m.in.:

Ethernet Powerlink – standard opracowany w 2001 roku przez B&R, wspierany jest przez grupę Ethernet Powerlink Standardization Group (EPSG). System składa się z podsieci z urządzeniami typu master, które odpowiedzialne są za synchronizację i tworzenie ramek czasowych. Czas cyklu – od 0,2ms, synchronizacji – mikrosekundy.

EtherCAT – standard opracowany w 2003 roku przez firmę Beckhoff Automation, który wspierany jest przez zrzeszającą kilkuset członków grupę EtherCAT Technology Group. Stacja master połączona jest z hostami typu slave w sieci o topologii pierścienia, przy czym wykorzystana jest fizyczna warstwa Ethernetu. Pojedynczy pakiet przesyłany jest od stacji master poprzez każdą stację slave, a następnie do punktu wyjściowego. Czasy cyklu wynoszą od 30µs, synchronizacji <1µs.

Profinet – standard wspierany przez Profibus International, organizację zrzeszającą ponad 1200 członków i grup regionalnych z kilkudziesięciu krajów świata. Do obsługi urządzeń w czasie rzeczywistym (do 1ms) stosuje się tutaj adresowanie bezpośrednie oraz priorytety wiadomości, natomiast w przypadku konieczności z czasami cyklu poniżej 1ms z synchronizacją poniżej 1µs – odpowiednio połączone i wykonane przełączniki sprzętowe.

Czas cyklu dla 30 osi i z 50% udziałem pakietów TCP/IP wynosi od 250µs. Protokół zapewnia możliwość łatwej integracji z sieciami Profibus oraz Interbus.

Sercos III – jest to ostatnia z wersji rozwijanego od kilkunastu lat Sercos obejmującego magistralę do sterowania napędami. Standard jest wspierany przez Sercos International. W Sercos III do komunikacji wykorzystano niektóre warstwy protokołu Ethernet, wbudowany w każdym urządzeniu systemu przełącznik sieciowy pozwala na utworzenie topologii pierścienia lub łańcucha. Czas cyklu – od 30µs z ośmioma osiami, synchronizacja <1µs.

Ethernet/IP – Ethernet Industrial Protocol zdefiniowany został przez firmę Rockwell Automation i obecnie wspierany jest przez zrzeszającą kilkuset członków organizację ODVA. Komunikacja z okresem 10-100ms i synchronizacją wynoszącą około 10µs pozwala na sterowanie napędami o umiarkowanych czasach cyklu. Protokół kompatybilny jest z sieciami ControlNet i sieciami DeviceNet, które, podobnie jak Ethernet/IP, również wykorzystują CIP (Common Industrial Protocol).

Wszystkie z omawianych sieci bazują na technologii Fast Ethernet, przy czym wykorzystywane są w nich różne mechanizmy gwarantujące pracę w czasie rzeczywistym. W przypadku Ethernet Powerlink korzysta się z cyklicznego odpytywania urządzeń sieciowych przez kontroler nadrzędny, a do synchronizacji czasu wykorzystuje się metodę zgodną ze standardem IEEE1588.

Z kolei w EtherCAT w trakcie cyklu komunikacyjnego pakiety trafiają równocześnie do wielu hostów, a ich obsługa wykonywana jest sprzętowo, co zapewnia bardzo dużą szybkość pracy.

Z kolei w sieciach Profinet wydziela się określoną część pasma komunikacyjnego na izochroniczne dane sterujące, a pozostałą część na komunikację asynchroniczną. W przypadku Sercos-III używa się pakietów analogicznych do ethernetowych, przy czym stosuje się też synchronizację czasową z podziałem na część izochroniczną i asynchroniczną.

Ostatnia z omawianych sieci, Ethernet/IP, jest całkowicie oparta na standardzie sieci Ethernet i, w odróżnieniu od poprzednich, dane przesyłane są w strukturze czasowej, a nie cyklicznej. Z tych powodów wydajność systemu komunikacyjnego jest stała. Stosuje się przy trzy mechanizmy zapewniające poprawność transmisji UDP, QoS oraz IEEE1588.

Więcej informacji

Tematyka sieci czasu rzeczywistego bazujących na Ethernecie omówiona została m.in. w artykule "Od Ethernetu do własnościowych sieci przemysłowych" (publikacja APA 5/2007) oraz będzie tematem artykułu "Sterowanie napędami w czasie rzeczywistym przez Ethernet", który opublikowany zostanie w jednym z kolejnych wydań APA.



ETHERNET – PRZYSZŁY STANDARD

Oprócz wzrostu ogółu liczby rozwiązań sieciowych wykorzystywanych w przemyśle, najszybciej rośnie odsetek tych, które bazują na sieciach Ethernet. Według prognozy VDC Research z grudnia 2008 roku do 2012 roku globalna sprzedaż komponentów sieciowych dla przemysłu wyniesie około 5,6 mld dolarów, przy czym tych do sieci bazujących na Ethernecie – aż 4,5 mld dolarów.

Zainteresowanie dostawców rozwiązań sieciowych dla przemysłu tego typu technologiami nie powinno więc dziwić. O ile jeszcze 10 lat temu większość zakładów przemysłowych bazowała na transmisji wykorzystującej różne sieci fieldbus, o tyle obecnie szybko rośnie odsetek transmisji realizowanej z wykorzystaniem standardów bazujących na Ethernecie. Dotyczy to w szczególności poziomu zarządzania siecią oraz komunikacji pomiędzy sterownikami, komputerami przemysłowymi, HMI oraz napędami. W szczególności te ostatnie i związane z nimi wymogi związane m.in. z odpowiednią synchronizacją transmisji i czasami przesyłania danych spowodowały w ostatnich latach szybki rozwój sieci komunikacyjnych przeznaczonych do pracy w czasie rzeczywistym.

Obecnie istnieje szereg takich standardów, w tym kilka najpopularniejszych (patrz ramka), które związane są z różnymi grupami producentów na rynku. Należy zaznaczyć, że motywacją do stosowania Ethernetu w automatyce przemysłowej są relatywnie niskie koszty infrastruktury, a więc okablowania, urządzeń sieciowych, a także możliwość tworzenia sieci o dużym poziomie skalowalności i różnych topologiach.

Producenci oferują również konwertery różnych standardów do sieci Ethernet, dzięki czemu można niewielkim kosztem zintegrować z nią istniejące systemy automatyki. Popularność omawianego standardu sprawia również, że bardzo dobrze rozwinięte są narzędzia i technologie związane z diagnostyką, funkcjami dodatkowymi i innymi, które zostały opracowane często pierwotnie na potrzeby biznesowe.

Przykładem są różne protokoły (FTP, VNC, SNMP), funkcje związane zarządzaniem jakością transmisji (QoS), zestawianiem portów (stacking), możliwością tworzenia sieci wirtualnych czy wsparciem dla protokołów bezpieczeństwa oraz zasilaniem przez sieć (Power-over-Ethernet). Należy także wspomnieć o poprawie samych parametrów sieci Ethernet. O ile podczas tworzenia pierwszej edycji raportu standardem były interfejsy 10/100Mb/s, obecnie do standardu przemysłowego należą też wersje pozwalające na transmisję z przepustowością 1Gb/s, a coraz częściej mówi się o rozwoju rozwiązania o rząd wielkości wydajniejszego (10G). Ważna dla klientów przemysłowych jest także popularyzacja redundanych rozwiązań sieciowych.

Ethernet daje wreszcie możliwość łatwej integracji z systemami informatycznymi całej firmy. Zapewnia to możliwość jego wykorzystania zarówno do wymiany danych np. z oprogramowaniem MES czy innymi systemami IT, jak i jednoczesnym zachowaniu funkcji pracy deterministycznej – np. w celu sterowania w czasie rzeczywistym układami napędowymi oraz I/O.

Rozwiązanie takie bardzo ułatwia również zarządzanie i konfigurację urządzeń włączonych w sieć, gdyż gniazdko do sieci Ethernet staje się standardem w przypadku szeregu sterowników PLC czy urządzeń HMI. Naturalną konsekwencją jest też oczywiście możliwość łatwej wymiany danych przez Internet i zdalnego nadzoru instalacji, co daje zupełnie nowe, niedostępne jeszcze kilka, kilkanaście lat temu możliwości rozwoju systemów przemysłowych.

Warto dodać, że fakt unifikacji sieci przemysłowych potwierdzili również uczestnicy raportu (patrz wykres 4). Według blisko 60% z nich wskazać można trend rosnącej konwergencji sieci i dążenia ich użytkowników do stosowania jak najbardziej uniwersalnych rozwiązań w tym zakresie.

Jednocześnie większość respondentów wymieniło Ethernet (i bazujące na nim standardy) jako najpopularniejszy standard komunikacji przemysłowej. Dopiero w drugiej kolejności wymieniane były Profibus, CAN, DeviceNet, sieci szeregowe i inne. Należy mieć jednak świadomość, że sieci własnościowe czy sieci dedykowane do danych aplikacji (np. DeviceNet do systemów czujnikowych czy AS-I do systemów bezpieczeństwa) będą wykorzystywane jeszcze przez długi czas, choćby ze względu na już istniejące wdrożenia, a także same cechy tych standardów.

Mariusz Jabłoński

Simlogic

  • Jakie są nowe trendy technologiczne związane z technologiami komunikacyjnymi?

Wymienić można rozwój m.in. systemów do precyzyjnego sterowania sprzętem przemysłowym na bazie komunikacji bezprzewodowej i standardu WLAN, dzięki którym możliwe jest sterowanie sprzętem i maszynami w fabrykach za pomocą sygnałów radiowych czy też bezprzewodowy odczyt liczników energii elektrycznej.

Warto też zwrócić uwagę na rozwiązania umożliwiające realizację funkcji bezpieczeństwa sieciowego systemów w sposób programowy oraz wymianę danych procesowych wieloosiowych systemów sieciowych z mechatronicznymi algorytmami regulacji, optymalizacji struktury i diagnostyki.

  • Kto jest największym, a kto najbardziej perspektywicznym odbiorcą Państwa produktów?

Są to firmy rozwijające się, innowacyjne, implementujące nowe rozwiązania, budujące nowe maszyny przemysłowe i mające bogate zaplecze elektromechaniczne. Wynika to z pewnej dojrzałości technicznej w zakresie umiejętności zastosowania profesjonalnych rozwiązań i postrzegania układów napędowych oraz systemów sterowania w sposób technologiczny, zdecentralizowany i zapewniający realizację rozwiązań bezpieczeństwa.

Najbardziej perspektywicznym odbiorcą wydają się być natomiast przemysłowe zakłady produkcyjne, które stosują rozwiązania oparte na różnych technikach sieciowych, napędowych i systemach sterowania. Należą do nich głównie firmy nowe, zlokalizowane często w specjalnych strefach ekonomicznych, które wykorzystują najnowocześniejsze technologie automatyki procesowej, technik napędowych i sieci przemysłowych.

  • Jak przedstawiają się perspektywy rozwoju rynku, na którym działa Państwa firma?

Rynek automatyki procesowej, technologii napędowych i sieci przemysłowych to olbrzymie spektrum zaawansowanych technologicznie produktów z dużą możliwością realizacji różnych rozwiązań. Z uwagi na rozwój dziedziny układów mikroprocesorowych oraz oprogramowania, postęp w zakresie produktowym jest zauważalny nawet w skali miesięcznej (nowy sprzęt, nowy firmware, aktualizacje).

WNIOSKI W PIGUŁCE

– Rozwój sieci automatyki przemysłowej wyraźnie kieruje się w stronę sieci bazujących na Ethernecie, które rozwijane są w stronę rozwiązań czasu rzeczywistego – najpopularniejsze sieci to Ethernet/IP, Ethernet Powerlink, EtherCAT, Profinet, Sercos III oraz Modbus/TCP.

– Powyższe trendy nie oznaczają rezygnacji dostawców z rozwiązań tradycyjnych i sieci własnościowych – w tym przypadku najpowszechniej wykorzystywane są wciąż Profi- bus, Device Net, CAN oraz sieci szeregowe.

– Najbardziej rozpowszechnione produkty to switche i routery przemysłowe, natomiast najlepsze, czyli takie, które sprzedają się najlepiej i gwarantują relatywnie wysokie marże – moduły we/wy.

– Firmy biorące udział w raporcie odnotowały w 2008 roku średni wzrost sprzedaży komponentów sieciowych na poziomie 19,6%, przy czym odchylenie poszczególnych wyników od tej wartości było niewielkie. Sektor ten należy do stabilnych obszarów rynku.

– Decyzja klienta o wyborze konkretnej technologii sieciowej nie zależy tylko od jej popularności na rynku bądź wymogów aplikacji, ale również wsparcia oferowanego przez dostawcę, a także kompletności oferty i niezawodności dostarczanych urządzeń; priorytetową cechą przy zakupie pojedynczych urządzeń sieciowych pozostaje ich cena.

Witold Latocha

Key Account Manager – Factory Automation, Turck

  • Co nowego dzieje się w sieciach przemysłowych?

Nowym trendami w sieciach przemysłowych są z pewnością rozwiązania oparte na Ethernecie. Mnogość urządzeń działających w tym standardzie sprawia, że klienci dążą do unifikacji medium komunikacyjnego. Stosowanie Ethernetu ułatwia wykorzystanie technik radiowych, co znacznie upraszcza budowanie rozległych sieci.

  • Do jakiej branży trafia najwięcej produkowanych przez Państwa urządzeń?

Obecnie naszymi największymi odbiorcami są klienci z przemysłu samochodowego. Wynika to przede wszystkim z dużego nacisku na niezawodność oraz powtarzalność produkcji tych firm. Branża ta najczęściej sięga po najnowsze, najbardziej zaawansowane technicznie rozwiązania. Perspektywicznie przewidujemy również duży rozwój innych branż, takich jak przemysł spożywczy.

  • Jak przedstawiają się perspektywy rozwoju rynku?

Pomimo bardzo energicznego wzrostu w ciągu ostatnich lat przewidujemy dalszy rozwój gałęzi przemysłu, którym dostarczamy nasze komponenty. Na rynku polskim obserwujemy duży wzrost kosztów zatrudnienia pracowników, co w dłuższej perspektywie powinno doprowadzić do większej automatyzacji. Fakt ten niewątpliwie zwiększy zapotrzebowanie na komponenty automatyki przemysłowej.

  • Na co zwracają największą uwagę klienci?

Oczywiście dla klientów ważne są techniczne parametry rozwiązań, takie jak prędkość działania, łatwość konfiguracji, możliwości diagnostyki, odporność mechaniczne, itp. Klienci oczekują jednak przede wszystkim rozwiązań niezawodnych. W dłuższej perspektywie tylko one mogą przynieść wymierne korzyści.

Tabele:

  • TABELA 1. Podzespoły do sieci przemysłowych – oferta firm na rynku polskim



  • TABELA 2. Konwerter sieciowy – przykładowe produkty



  • TABELA 3. Karta komunikacyjna – przykładowe produkty



  • TABELA 4. Przemysłowy switch ethernetowy – przykładowe produkty



  • TABELA 5. Rodzina modułów zdalnych we/wy – przykładowe produkty



  • TABELA 6. Dane teleadresowe do firm uczestniczących w raporcie



  • TABELA 7. Tematy raportów w kolejnych numerach APA w 2009 roku

Zbigniew Piątek

 

zobacz wszystkie Nowe produkty

Nowa aparatura modułowa do zastosowań przemysłowych

2017-12-15   | RS Components Sp. z o.o.
Nowa aparatura modułowa do zastosowań przemysłowych

RS Components oferuje nową generację aparatury modułowej Sirius firmy Siemens. Obejmuje ona aparaty o rozmiarach S00, S0, S2 i S3 i mocach do 55 kW. Nowy system modułowy obejmuje pełen asortyment produktów panelowych - od prostych zasilaczy po jednostki, które odpowiadają za przełączanie, ochronę, rozruch i kontrolę silników o mocach do 250 kW.
czytaj więcej

Wielowyjściowe zasilacze z ekranami LCD

2017-12-15   | Farnell element 14
Wielowyjściowe zasilacze z ekranami LCD

Firma Farnell element14 dodała do oferty 3-wyjściowe zasilacze Keysight z serii E36300. Są to urządzenia laboratoryjne ogólnego przeznaczenia, które cechują się niskim poziomem tętnień na wyjściu i licznymi funkcjami. Ich centralnymi elementami są panele przednie LCD 4,3", które wyświetlają m.in. wartości prądów i napięć.
czytaj więcej

Nowy numer APA