Przewodowe sieci przemysłowe

Systemy komunikacyjne stanowią kręgosłup nowoczesnych przedsiębiorstw i instalacji produkcyjnych. Umożliwiają one kontrolę pracy maszyn, zapewniają możliwość przesyłania danych (których jest coraz więcej) oraz integrację systemów produkcyjnych z IT.

Występują w dużej różnorodności, jeżeli chodzi o standardy, przy czym mamy tu do czynienia z dwiema dużymi grupami rozwiązań - sieciami polowymi (fieldbus) oraz ethernetowymi. Oprócz przemysłu, rozwiązania komunikacyjne wykorzystywane są m.in. w transporcie, energetyce, zastosowaniach budynkowych czy infrastrukturalnych. A do tego dołączają kolejne obszary, bowiem cyfryzacja jest w modzie!

Wyniki badania globalnego rynku przemysłowego pod kątem popularności sieci komunikacyjnych wykorzystywanych w fabrykach; źródło: HMS Industrial Networks, 2018

Przemysł 4.0, Internet Rzeczy, cyfryzacja produkcji, nowe inwestycje infrastrukturalne czy rosnące wymogi odbiorców maszyn w zakresie zdalnego dostępu i możliwości pozyskiwania danych - wszystko to od lat sprzyja rozwojowi branży przemysłowych urządzeń sieciowych. Przekłada się to również na sytuację na rynku, którą rodzimi dostawcy w większości określili jako dobrą lub bardzo dobrą.

Ostatnią z opinii wyraził w niedawnym badaniu co piąty ankietowany, zaś praktycznie nikt nie stwierdził, że koniunktura w branży jest słaba. Porównując to z wynikami publikowanych poprzednio wynikami, można mówić o najlepszej koniunkturze w ciągu kilku ostatnich lat. Zdaniem około połowy respondentów na rynku zachodzą też pozytywne procesy, czyli sytuacja poprawia się, natomiast pojedyncze osoby uznały, że sytuacja idzie ku gorszemu.

Ethernet przemysłowy na topie

Globalne zmiany popularności sieci ethernetowych i fieldbus w zastosowaniach w automatyce przemysłowej; źródło: HMS Industrial Networks, 2018

Bieżąca dekada to niewątpliwie wzrost wykorzystania sieci ethernetowych w przemyśle i popularyzacja Ethernetu jako standardu łączącego maszyny i hale produkcyjne z infrastrukturą IT przedsiębiorstw przemysłowych. Tego typu sieci stosowane są dzisiaj do komunikacji pomiędzy komputerami przemysłowymi, HMI, sterownikami, a nawet urządzeniami wykonawczymi i napędami.

Ethernet cechuje się skalowalnością, bezpieczeństwem, relatywnie niskimi kosztami infrastruktury, a przede wszystkim możliwością łatwej integracji z tradycyjnymi systemami informatycznymi. Branża przemysłowa rozwinęła przy tym szereg standardów, które pozwalają na pracę w czasie rzeczywistym, co jest niezbędne w sterowaniu pracą maszyn wymagających synchronizacji pracy osi i kontroli robotów.

Cykliczne badania związane z wykorzystaniem sieci przemysłowych prowadzi firma HMS Industrial Networks, przy czym ich ostatnia edycja pochodzi z początku 2018 roku. W tym przypadku udział Ethernetu przemysłowego w całości rynku (a dokładniej - w liczbie nowoinstalowanych węzłów sieciowych) przekroczył po raz pierwszy liczbę nowych węzłów sieci polowych.

Według HMS Ethernet stanowił 52% globalnego rynku w porównaniu do 46% rok wcześniej. Najpopularniejszą taką siecią jest obecnie EtherNet/IP (15% udziału w rynku), inne to m.in. PROFINET, EtherCAT, Modbus-TCP oraz Ethernet POWERLINK. Tempo wzrostu zastosowań Ethernetu przemysłowego wynosi 22%.

Powyższe statystyki nie oznaczają, że sieci polowe są w odwrocie! Owszem, następują zmiany i użycie określonych rozwiązań sieci zmienia się, jednak popularność sieci fieldbus ciągle wzrasta, czego powodem są m.in. kwestie związane z bezpieczeństwem cybernetycznym.

Dynamika tego rynku to obecnie 6% rocznie, aczkolwiek w perspektywie kilkuletniej liczba nowych wdrożeń instalacji polowych ma wg HMS zacząć maleć. Dominującą magistralą polową jest cały czas Profibus (z 12-procentowym udziałem w rynku), kolejne to m.in. Modbus-RTU oraz CC-Link.

Dostawcy komponentów sieci przemysłowych

Warto zauważyć, że w Europie i na Bliskim Wschodzie prym wiodą przede wszystkim sieci PROFINET i EtherNet/IP. Również Profibus, z racji wieloletniej obecności, jest nadal szeroko stosowany. Inne popularne sieci to m.in. EtherCAT, Modbus-TCP oraz Ethernet POWERLINK.

Z kolei rynek amerykański jest zdominowany przez sieci CIP, w szczególności EtherNet/IP. W Azji żadna sieć nie wyróżnia się jako wiodąca na rynku, aczkolwiek szeroko stosowane są m.in. PROFINET, EtherNet/IP, Profibus, EtherCAT, Modbus oraz CC-Link. Na popularności zyskuje tu w szczególności wersja CC-Link IE.

Pekka Sillanpää

Tosibox Oy

Jakie są kluczowe cechy urządzeń komunikacyjnych?

Nasi klienci poszukują przede wszystkim prostych we wdrożeniu rozwiązań umożliwiających bezpieczną, niezawodną i dwukierunkową komunikację. Tradycyjnie poprawne ustanowienie takich połączeń było dość skomplikowanym procesem, który wymagał wiedzy eksperckiej. Stąd też odbiorcy przemysłowi szukają rozwiązań, które są proste we wdrożeniu i mogą chronić instalacje przemysłowe przed nieautoryzowanym dostępem.

Wydajność i prędkość przesyłu danych to często pojawiające się zagadnienia, jednak niekoniecznie w przypadku zdalnego zarządzania i serwisu urządzeń. Prędkość szyfrowanego transferu danych jest ważna, gdy mają być przesyłane i gromadzone w bazach danych ogromne ilości danych. Dostępność urządzeń w trybie pracy on-line to kolejne z kluczowych zagadnień tam, gdzie procesy odbywają się w cyklu ciągłym, stąd wbudowana w naszych urządzeniach obsługa dwóch kart SIM.

Odporność środowiskowa w obszarze infrastruktury krytycznej - np. w przemyśle naftowym i energetycznym, jest również typowym pytaniem. Tam również pomagamy, dostarczając oprogramowanie, które może być uruchamiane w ramach konkretnego sprzętu certyfikowanego dla dedykowanych warunków.

Czy odbiorcy szukają pojedynczych komponentów lub raczej gotowych rozwiązań?

Tradycyjnie klienci szukali pojedynczych komponentów, aby zabezpieczyć dostęp i skonfigurować bezpieczną łączność do urządzeń podłączonych do Internetu. Tak było często po incydencie polegającym na naruszeniu bezpieczeństwa teleinformatycznego lub gdy okazywało się, że urządzenia przemysłowe są otwarte na komunikację internetową.

Dzisiaj, rozmawiając z naszymi większymi klientami, stwierdzamy, że mają oni często znacznie bardziej skomplikowane potrzeby. Szukają rozwiązań, które są elastyczne i pozwalają na intuicyjne zarządzanie regułami dostępu dla setek, a nawet tysięcy punktów dostępowych. Zauważyliśmy, że oprogramowanie jest szybko rozwijającym się segmentem rynku. Łącząc wszystkie elementy sprzętowe, możemy spiąć cały system i zapewnić bezpieczną łączności dla bardzo wymagających klientów.

Przewodowo czy bezprzewodowo?

Najpopularniejsze, najczęściej sprzedawane w kraju komponenty przemysłowych sieci komunikacyjnych; każda z kategorii odniesiona jest do 100% odpowiedzi respondentów

Popularność technologii bezprzewodowych w przemyśle szybko rośnie, choć ich użycie - zdaniem autorów cytowanego w poprzednim rozdziale - stanowi ciągle jedynie niewielki fragment całej branży. Udział takich sieci w całej statystyce to jedynie 6%, aczkolwiek roczne wzrosty są znaczące i wynoszą 32% (analogicznie jak rok wcześniej). Zdaniem HMS najczęściej stosowaną technologią bezprzewodową jest obecnie Wi-Fi.

Co o rozwoju komunikacji bezprzewodowej i jej wpływie na rynek sieci przewodowych w przemyśle sądzą rodzimi dostawcy? Zdecydowana większość uważa, że są one istotne tylko w części aplikacji. Takimi tradycyjnie były zawsze te związane z branżą procesową, gdzie odległości transmisji są znaczne ze względu na rozproszenie instalacji.

"Wireless" w przemyśle pojawia się także w sieciach czujnikowych oraz w halach produkcyjnych. To ostatnie dotyczy głównie sieci WLAN/PLAN, które pełnią funkcj uzupełniającą dla tradycyjnych rozwiązań przewodowych - służą np. do kontroli stanu pracy maszyn z wykorzystaniem urządzeń przenośnych. W tym obszarze wskazywanymi nowościami były przede wszystkim sieci LoRa i kratowe oraz urządzenia ze wspólną komunikacją Wi-Fi / LTE.

Odpowiedzi na pytanie o to, czy następuje unifikacja sieci stosowanych w przemyśle

Warto zauważyć, że istnieją w pełni racjonalne czynniki hamujące popularyzację technologii bezprzewodowych w przemyśle maszynowym. Urządzenia i maszyny muszą być zasilane, również coraz częściej pozyskiwane są z nich duże ilości danych, co wymusza stosowanie tradycyjnych połączeń kablowych.

W tym przypadku przemysł idzie raczej w kierunku łączenia transmisji wielu różnych sygnałów i zasilania z wykorzystaniem jednego połączenia kablowego oraz złączy hybrydowych, a nie w stronę komunikacji bezprzewodowej. Dodatkowo pojawiają się też kwestie cyberbezpieczeństwa, które w epoce Industry 4.0 stały się jednym z kluczowych zagadnień związanych z komunikacją sieciową. Dodatkowo można zauważyć, że odsetek wskazań dotyczących "dużego wpływu sieci bezprzewodowych na rynek" systematycznie maleje.

Na rynku polskim również różnorodnie

Tendencje w zakresie koniunktury na omawianym rynku

Od samego początku badania rynku sieci przemysłowych (od połowy zeszłej dekady) zadajemy dostawcom pytanie o to, czy w naszej branży następuje unifikacja standardów tego typu systemów. Ma ono związek z popularyzującymi się rozwiązaniami ethernetowymi, które występują wprawdzie w wielu odmianach (np. EtherCAT, PROFINET, EtherNet/IP, itd.), ale należących do wspólnej rodziny, której podstawę stanowi Ethernet. Ich popularyzacja niewątpliwie od lat sprzyja trendom unifikacji standardów sieciowych w przemyśle.

Z drugiej strony rodzima branża cały czas konserwatywnie korzysta z sieci polowych, co dotyczy szczególnie obszaru dotyczącego czujników i elementów wykonawczych oraz aplikacji specjalizowanych. Do wiodących standardów należą m.in. Modbus i Profibus, aczkolwiek wybór danej sieci zależy w praktyce od wielu czynników - technologii już stosowanych w danym przedsiębiorstwie, potrzeb aplikacyjnych czy preferencji projektantów maszyn.

Najbardziej perspektywiczne branże będące odbiorcami przemysłowych urządzeń sieciowych

Na koniec dwie dodatkowe statystyki. W przypadku pierwszej zapytaliśmy o to, czy w przemyśle następuje unifikacja stosowanych sieci. W wynikach istniała przewaga odpowiedzi pozytywnych, aczkolwiek nie była ona specjalnie duża.

Drugie pytanie brzmiało - "jeżeli unifikacja następuje, to które ze standardów są najpopularniejsze?". W tym przypadku na zdecydowane prowadzenie wyszły sieci z domeny Ethernetu przemysłowego - Profinet i EtherNet/IP, w dalszej kolejności pojawiły się EtherCAT i Modbus TCP/IP. Najpopularniejszą siecią fieldbus pozostaje niezmiennie Profibus, inne sieci polowe znalazły się na dalszych miejscach listy.

Kto standaryzuje sieci przemysłowe?

W branży działa szereg organizacji, które zrzeszają dostawców urządzeń oraz oprogramowania, wspierając rozwój technologii komunikacji sieciowej. Przykładami są EtherCAT Technology Group, Modbus Organization oraz Fieldbus Foundation.

W przypadku rynku dalekowschodniego jednym z najpopularniejszych stowarzyszeń przemysłowych jest CPLA, czyli CC-Link Partner Association, natomiast w USA prym wiedzie ODVA, które zajmuje się tworzeniem i standaryzacją protokołów bazujących na CIP (Common Industrial Protocol).

Do listy dopisać należy popularną ostatnio OPC Foundation, która wspiera rozwój używanego w automatyce i informatyce standardu komunikacyjnego OPC (OLE for Process Control). Jest on standardem otwartym i wiele osób typuje go - przy czym chodzi tu o wersję OPC UA, jako przyszły, uniwersalny standard komunikacyjny w całym przemyśle.

Ma on zapewnić długo oczekiwaną interoperacyjność urządzeń i systemów pochodzących od różnych dostawców. W tym zakresie polecamy zamieszczony jesienią 2018 roku w APA artykuł "OPC UA - standard komunikacji Przemysłu 4.0".

Najpopularniejsze marki

Odpowiedzi na pytanie o konkurencję na polskim rynku przemysłowych urządzeń sieciowych

Wśród dostawców działających na rynku jest wielu producentów oraz dystrybutorów urządzeń automatyki i sterowania, jak też podmioty specjalizujące się w sieciach komunikacyjnych i pokrewnych obszarach. Ich omówienia dokonywaliśmy w IRA oraz magazynie APA już kilka razy i zasadniczo niewiele się tu zmienia (osobom zainteresowanym tą tematyką polecamy artykuły w sekcji "raporty").

Ciekawostką jest, że nawet oceny konkurencji w branży w stosunku do poprzednio publikowanych w IRA wyników są... dokładnie takie same. W obydwu przypadkach 61% respondentów uznało ten rynek za silnie konkurencyjny. Komponenty sieciowe stosunkowo łatwo jest dodawać do oferty dystrybucyjnej, występuje ich duża podaż zarówno ze strony producentów markowych, jak też dostawców "ekonomicznych", a bariery wejścia na rynek są stosunkowo niskie.

Jak wygląda ranking popularności marek? Chociaż na rynku przemysłowym obecne są duże koncerny, takie jak Cisco, to nie one są liderami tego sektora. Największą popularnością cieszą się produkty firm branżowych, wytwarzających urządzenia przeznaczone stricte do przemysłu i pokrewnych zastosowań profesjonalnych - np. transportowych czy infrastrukturalnych.

Na czele zestawienia, daleko od reszty stawki, znalazła się tajwańska Moxa, która oferuje szeroki asortyment komponentów z omawianego zakresu. Kolejne miejsca zajęły: Advantech, Siemens oraz Cisco, zaś na liście jest Phoenix Contact, Hirschmann i Antaira oraz HARTING i WAGO. Tradycyjnie zaznaczamy, że przedstawione na wykresie wyniki odzwierciedlają opinie przedstawicieli firm biorących udział w badaniu i nie należy ich utożsamiać z udziałami wymienionych przedsiębiorstw w rynku.

Osobom zainteresowanym dalszym opisem tematyki komunikacji przemysłowej polecamy poprzednie wydanie informatora. W IRA 2019 zawarto opis produktów sieciowych sprzedawanych w przemyśle, a także przedstawiono nowości i czynniki kształtujące rynek.