Nadchodzi standard komunikacyjny 10BASE-T1L

Standard 802.3cg, znany również jako 10BASE-T1L, jest rodzajem warstwy fizycznej sieci Industrial Ethernet. Zapewnia on możliwość integracji pomiędzy różnymi komponentami i urządzeniami w zakładach produkcyjnych – czujnikami, zaworami, siłownikami i układami sterowania, a poziomem biznesowym przedsiębiorstwa, dzięki czemu mogą powstawać "inteligentne fabryki". Sieć 10BASE-T1L staje się ważnym elementem umożliwiającym rozwój w kierunku opartego na danych i ich analizach Przemysłu 4.0.

Czy oznacza to, że inżynierowie powinni przygotować się do zastąpienia sieci i systemów takich jak 4‒20 mA czy HART infrastrukturą 10BASE-T1L, jeżeli standard 802.3cg jest tak nowy? A jeżeli powinni, to jak oraz jakie są kluczowe czynniki warunkujące powodzenie tej zmiany?

ANALITYKA DANYCH ZAPEWNIA ZWIĘKSZENIE PRODUKTYWNOŚCI I WYDAJNOŚCI

Wdrożenia Przemysłu 4.0 pojawiają się w wielu nowoczesnych fabrykach. U ich podstaw leży wykorzystywanie informacji oraz możliwości analizy dużych zbiorów danych. Nowe oprogramowanie analityczne zaczyna zmieniać sposoby funkcjonowania przemysłu, w tym wykorzystywanie i utrzymywanie sprawności maszyn oraz instalacji technologicznych.

Im więcej danych i ich rodzajów, które można pozyskać z urządzeń znajdujących się w fabrykach, tym więcej możliwości rozwoju oraz wykorzystania zaawansowanych funkcji związanych z monitorowaniem stanu oraz predykcyjnym utrzymaniem ruchu. Niska przepustowość dotychczasowych sieci i ograniczony zakres ich integracji z infrastrukturą informacyjną przedsiębiorstw zdecydowanie nie zapewniały takich możliwości. Dodatkowo sieci te nie pozwalały (lub umożliwiały tylko w ograniczonym zakresie) zasilać urządzeń w punktach końcowych oraz zdalnie monitorować ich pracy.

Podłączone, inteligentne zakłady odnotowują zazwyczaj mniej nieplanowanych przestojów, zużywają mniej energii, osiągają lepsze wskaźniki wykorzystania sprzętu oraz innych zasobów, zaś ich menedżerowie lepiej zarządzają pracownikami. Łączność 10BASE-T1L pozwala też rozszerzać te korzyści na odległe zakątki przedsiębiorstw, które dawniej nie były zintegrowane z infrastrukturą sieciową tych organizacji.

 

Fot. 1 Standard 10BASE-T1L zapewnia transmisję dużych zbiorów danych i ich analizę na skraju sieci fabrycznych

10BASE-T1L: WYŻSZE PRĘDKOŚCI TRANSMISJI DANYCH I MOCE WYJŚCIOWE

Połączenie 10BASE-T1L w standardzie 802.3cg zapewnia:

• Maksymalną szybkość transmisji danych 10 Mb/s dla długości do 1 km;
• Maksymalnie do 500 mW mocy dla punktów końcowych w przypadku aplikacji iskrobezpiecznych strefy 0, co daje możliwość wdrażania znacznie bardziej wyrafinowanych rozwiązań, niż dla standardów 4‒20 mA czy HART; dodatkowo możliwość zasilania urządzeń o mocach do 60 W w przypadku standardowych aplikacji, w zależności od okablowania;
• Możliwość wykorzystania istniejącego okablowania w formie pojedynczej skrętki;
• Bogate możliwości zarządzania, w tym dostarczania danych diagnostycznych z podłączonego urządzenia i aktualizacji jego oprogramowania;
• Adres IP dla każdego węzła, co rozszerza możliwości Internetu Rzeczy na brzeg sieci fabrycznej. Adres umożliwia nie tylko monitorowanie, ale też zdalne zarządzanie węzłem;
• Integracja z infrastrukturą sieciową przedsiębiorstwa.

Z punktu widzenia sprzętowego implementacja urządzeń 10BASE-T1L jest dosyć prosta. Dzieje się tak, bowiem fizycznym medium dla komunikacji jest pojedyncza skrętka. Może być to nawet to samo okablowanie, z którego korzysta się już w przypadku rozwiązań 4-20 mA czy HART. Standard 802.3cg zapewnia też możliwość transmisji w środowiskach potencjalnie wybuchowych.

Wczesne wdrożenia 10BASE-T1L będą prawdopodobnie dotyczyły sprzętu hybrydowego, który obsługiwał będzie zarówno starsze interfejsy, takie jak 4‒20 mA, oraz nowy rodzaj Ethernetu przemysłowego.

 

Fot. 2 Wykorzystanie transmisji 10BASE-T1L zapewnia możliwości wykorzystania analityki danych na poziomie całego przedsiębiorstwa

JAK OSIĄGNĄĆ SUKCES Z 10BASE-T1L?

Firma Analog Devices (ADI) wspiera klientów we wdrażaniu rozwiązań Przemysłu 4.0. Zgodnie z naszymi doświadczeniami istniały będą tu dwa krytyczne czynniki wpływające na powodzenie projektów związanych z wdrażaniem sieci 10BASE-T1L: umiejętność skupienia się na danych oraz zapewniania bezpieczeństwa sieci.

Inżynierowie, po zaangażowaniu się w przedmiotowe wdrożenia, mogą łatwo stracić z oczu główne cele, do których należy pozyskiwanie bogatych strumieni danych z różnych obszarów przedsiębiorstwa. Wynika z tego, że największym problemem mogą być nie tyle same punkty końcowe czy infrastruktura fizyczna, ale raczej zapewnianie odpowiedniego poziomu przetwarzania i analizy danych pochodzących z nowo podłączonych punktów końcowych. Stąd też osoby rozpoczynające pracę z sieciami 10BASE-T1L powinny odpowiedzieć sobie na następujące pytania:

• Jakiego rodzaju informacje chcemy pozyskiwać z czujników i innych punktów końcowych?
• Jak dane będą integrowane z systemami na poziomie biznesowym? Czy format danych będzie kompatybilny?
• W jaki sposób dane z analiz pozwolą na wprowadzenie ulepszeń w procesach lub systemach?

Innym kluczowym zagadnieniem jest bezpieczeństwo. O ile dla sieci takich jak pętla prądowa 4‒20 mA właściwie trudno mówić o cyberzagrożeniach, o tyle diametralnie zmienia się to w przypadku podłączenia za pośrednictwem Ethernetu przemysłowego. Doskonała łączność zapewniana przez standard 802.3cg, w tym fakt posiadania przez każdy węzeł adresu IP, naraża każdy punkt końcowy na zdalny atak za pośrednictwem sieci korporacyjnej. Oznacza to, że poszczególne węzły i sama infrastruktura sieci muszą być zabezpieczone poprzez wdrożenie rozwiązań takich jak:

• bezpieczne uwierzytelnianie urządzeń za pomocą zaszyfrowanych identyfikatorów,
• szyfrowanie transmisji danych,
• zapory ogniowe blokujące dostęp zewnętrznych podmiotów do urządzeń.

 

Fot. 3 Skalowalny Ethernet ADI Chronous

W KIERUNKU PRZEMYSŁU 4.0

Po ratyfikacji standardu 802.3cg rozwój komponentów i urządzeń kompatybilnych z 10BASE-T1L przyspiesza. Analog Devices współpracuje z producentami urządzeń przemysłowych, aby zapewnić, że jest w stanie postępować zgodnie z ich roadmapami dotyczącymi wprowadzania systemów obsługujących sieci 10BASE-T1L. W branży oczekuje się, że produkty z łącznością 10BASE-T1L zostaną wprowadzone na rynek do połowy 2021 roku.

Długoletnie doświadczenie ADI we wspieraniu klientów w zakresie wdrażania nowych technologii powinno być korzystne również w omawianym zakresie. Struktura naszego działu automatyki przemysłowej wspomaga implementację technologii, łącząc osoby zajmujące się rozwojem produktów i wsparcia z inżynierami zorientowanymi na aplikacje klientów. W przypadku 10BASE-T1L takie podejście obejmie dostarczanie produktów PHY i obsługę pełnego stosu komunikacyjnego. Uwzględnia również długi okres użytkowania wyrobów przemysłowych poparty roadmapą obejmującą ciągłość produkcji zgodnych produktów 10BASE-T1L na dziesięciolecia, tak aby spełnić wymogi klientów przemysłowych.

Szybki rozwój komponentów 10BASE-T1L przez Analog Devices i innych producentów pozwala producentom urządzeń przemysłowych na rozpoczęcie opracowywania nowych produktów zapewniających pełną obsługę nowoczesnych sieci Ethernetu przemysłowego. Wspierana przez imponujące konsorcjum firm przemysłowych technologia 10BASE-T1L wydaje się mieć potencjał do zastąpienia wielu dotychczasowych interfejsów, przyspieszając ewolucję firm w kierunku Przemysłu 4.0.

Aby uzyskać więcej informacji na temat oferty przemysłowych sieci Ethernet ADI Chronous oraz o tym, jak przyspieszają one przejście do wdrażania sieci Industrial Ethernet, odwiedź stronę: www.analog.com/Chronos.

Brendan O’Dowd

Arrow Electronics Poland
tel. 22 558 82 66
www.arrow.com