В чем разница между Ethernet и промышленным Ethernet

В чем разница между Ethernet и промышленным Ethernet

Опубликовано в номере:
PDF версия
Об Ethernet и особенно промышленном Ethernet стали все чаще говорить в различных областях производства. Хотя их названия схожи, они имеют разные характеристики и преимущества. В этой статье мы рассмотрим, что из себя представляют Ethernet и промышленный Ethernet и чем они отличаются.

Что такое Ethernet

Ethernet был разработан в 1970-х годах. и позже стандартизирован как IEEE 802.3. Он представляет собой набор элементов локальной сети (LAN), описанных в стандартах IEEE 802.3 — группе стандартов IEEE, в которых определяются физический и канальный уровни взаимодействия в проводной сети Ethernet [1]. Эти стандарты также описывают правила конфигурирования сети Ethernet и взаимодействие элементов сети друг с другом [2].

Ethernet позволяет соединять компьютеры внутри одной сети — без него связь между устройствами в современном мире была бы невозможна. Ethernet стал общепризнанным стандартом проводных и кабельных систем, объединяющих несколько компьютеров, устройств, машин в рамках одной сети организации, чтобы все компьютеры могли обмениваться данными друг с другом. Изначально при реализации Ethernet использовался один кабель, позволяющий подключать несколько устройств к одной сети, но сегодня сети Ethernet можно расширять, добавляя новые устройства по мере необходимости. В настоящее время Ethernet является самой популярной и широко используемой сетевой технологией в мире [3].

 

Принцип работы Ethernet

При использовании Ethernet поток данных разделяется на короткие части, или фреймы, каждый из которых содержит дополнительную информацию об источнике и приемнике данных. Такая структура необходима для того, чтобы сеть корректно принимала и отправляла данные.

Среди важных понятий, связанных с технологией Ethernet:

  • среда передачи данных, которая в рамках современного Ethernet представляет собой витую пару или оптоволоконный кабель, к которому подключаются Ethernet-устройства для создания маршрута передачи данных;
  • сегмент — общая среда передачи данных;
  • узлы — устройства, которые подключаются к сегментам.

Стандартные сети Ethernet могут передавать данные со скоростью 10–100 Мбит/с. Существует и гигабитный Ethernet (Gigabit Ethernet) — этот термин используется в стандарте IEEE 802.3 для описания сетей, способных передавать данные со скоростью 1 Гбит/с. Изначально такой Ethernet использовался для передачи данных по магистральным сетям и для высоконагруженных серверов, однако со временем его начали применять для подключения обычных персональных компьютеров.

 

Промышленный Ethernet

Промышленный Ethernet, как следует из названия, применяется для подключения промышленного оборудования: когда требуются более надежные разъемы, кабели и, что самое важное, высокий уровень детерминизма. Для достижения высокого уровня детерминизма в промышленном Ethernet, помимо стандартного протокола Ethernet, используются специализированные протоколы. Наиболее популярными из них являются PROFINET, EtherNet/IP, EtherCAT, SERCOS III и POWERLINK.

Скорость промышленного Ethernet может варьироваться в пределах 10 Мбит/с — 1 Гбит/с [5]. Чаще всего используется промышленный Ethernet со скоростью 100 Мбит/с.

 

Принцип работы промышленного Ethernet

Протоколы промышленного Ethernet, такие как PROFINET и EtherCAT, вносят изменения в стандартный протокол Ethernet, чтобы не только обеспечить надежность отправки и приема данных технологических процессов, но и гарантировать, что эти данные будут отправлены и приняты именно в тот момент, когда они будут необходимы для выполнения определенных операций. Например, на заводе по розливу напитков в бутылки, где применяются технологии автоматизации на основе промышленного Ethernet, данные процесса розлива отправляются по сети, чтобы бутылки наполнялись правильно (рис. 1). Как пишет издание Real Time Automation [6], когда бутылка заполняется жидкостью, по сети отправляется команда остановки наполнения.

Правильность наполнения бутылок гарантирована детерминированными по времени отправкой и получением данных технологического процесса

Рис. 1. Правильность наполнения бутылок гарантирована детерминированными по времени отправкой и получением данных технологического процесса

Как говорится в данном источнике, подобные сообщения не будут играть настолько же важную роль в офисной сети. Если веб-страница не загрузится, то пользователь просто нажмет кнопку обновления страницы. Но на промышленном предприятии даже небольшая проблема может привести к катастрофе — у компании просто нет ресурсов на то, чтобы кто-то вовремя заметил ошибку и вручную нажал на кнопку. Однако автоматика на основе сети промышленного Ethernet может обнаружить ошибку в процессе розлива и самостоятельно остановить процесс, тем самым предотвратив потерю времени, денег и порчу продукции.

 

Другие различия между Ethernet и промышленным Ethernet

По словам Real Time Automation, стандартный Ethernet больше подходит для офисных применений, нежели для использования в промышленности. Он предназначен для повседневного использования, в то время как промышленный Ethernet предусматривает различные уровни и может применяться в более сложных условиях эксплуатации (рис. 2) — в том числе в зашумленных производственных помещениях. При этом он даже способен определить потерю данных на производстве.

 Факторы, которые необходимо учесть при выборе Ethernet для промышленного предприятия

Рис. 2. Факторы, которые необходимо учесть при выборе Ethernet для промышленного предприятия

Кабели и разъемы, применяемые в сетях промышленного Ethernet, также имеют определенные отличия от стандартных. Например, разъемы, используемые в промышленности, как пишет Real Time Automation, не будут иметь стандартных защелок. Поскольку такие разъемы применяются в агрессивных промышленных средах, им необходимы более надежные механизмы фиксации. В оборудовании, используемом в тяжелых условиях эксплуатации, как правило, применяют герметичные разъемы.

Структура кабелей коммерческого или офисного Ethernet также может отличаться от структуры кабелей промышленного Ethernet. Оболочка низкоскоростных промышленных кабелей может быть более высокого качества. Конечно, и оболочка кабелей с высокой пропускной способностью, и используемый в них металл имеют еще более высокое качество, что значительно повышает надежность этих кабелей.

Детерминизм (гарантированная фиксированная задержка) является еще одним важным фактором, отличающим промышленный Ethernet от стандартного. Ethernet сам по себе не является детерминированным [7], но для применения сетей в промышленных средах детерминизм необходим. На промышленном предприятии пакеты данных должны отправляться и приниматься в определенное время и при этом нужна гарантия того, что пакеты будут доставлены несмотря ни на что. Это связано с тем, что потеря данных или задержка в передаче данных между оборудованием в промышленных условиях может привести к серьезному сбою в технологическом процессе. Такая передача информации в режиме реального времени часто является основным решающим фактором при выборе Ethernet-решения. При этом компания должна оценить свои потребности и определить, какое Ethernet-решение лучше подойдет для удовлетворения требований.

Литература
  1. ANSI/IEE 802.3-2002 — IEEE Standard for IT — Telecommunications and Information Exchange Between Systems — LAN/MAN — Specific Requirements — Part 3: CSMA/CD Access Method and Physical Layer Specifications —Maintenance Revision #6. IEEE, 2002.
  2. Ethernet Tutorial — Part 1: Networking Basics. Lantronix.
  3. Pidgeon N. How Ethernet Works. HowStuffWorks, April 2000.
  4. Definition of Ethernet. PC Magazine.
  5. Everything About Industrial Ethernet. Hirschmann.
  6. What Is Industrial Ethernet. Real Time Automation.
  7. Understanding Ethernet Speed and Determinism. Automation World, November, 2011.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.