Alles wat u moet weten over EtherNet/IP en IIoT

U ziet tegenwoordig wellicht minder ethernet-apparaten omdat draadloos werken in een netwerk steeds populairder wordt, maar ethernet blijft een integraal deel van ons dagelijkse leven - voor uw primaire internetverbinding en/of uw smart-TV. In een industriële omgeving zorgt ethernet voor een significante ontwikkeling. EtherNet/IP bevat het bekende “IP,” vergelijkbaar met wat u gebruikt voor verbinding met het internet. In deze context staat het echter voor Industrial Protocol, een slimme aanpassing voor industriële toepassingen.

Procesinstrumenten kunnen worden verbonden via ethernet met kabels en stekkers die lijken op de thuis gebruikte. Natuurlijk vereisen industriële toepassingen robuustere versies om bestand te zijn tegen veeleisende omstandigheden, maar het principe blijft hetzelfde. Om kort te gaan, u begrijpt wel hoe deze “nieuwe” industriële ethernet-instrumenten werken. Nu we hebben gezien hoe bekend deze technologie in werkelijkheid is, kunnen we op de bijzondere details ingaan.

In de jaren negentig begon een klein team bij ControlNet International Ltd. iets te ontwikkelen dat later EtherNet/IP werd. Rond 2000 bleek dat er aanvullende ondersteuning nodig was om het project verder te ontwikkelen. Crowdfunding was toen nog geen optie, dus bewandelde men traditionele wegen.

Men ging samenwerken met de Open instrumentNet Vendors Association (ODVA), een organisatie van automatiseringsproducenten, die was opgericht in 1995. ODVA stemde in om samen te werken aan de ontwikkeling van EtherNet/IP. In 2009 droegen de oorspronkelijke ontwikkelaars de volledige verantwoordelijkheid voor het protocol over aan ODVA en zijn leden. Nu onderhoudt en ondersteunt ODVA de Common Industrial Protocol (CIP™) en aanverwante technologieën, waaronder ControlNet®, CompoNet® en instrumentNet®.

Behalve voor de protocol-ontwikkeling zorgt ODVA voor de interoperabiliteit tussen verkopers en systemen - een complexe uitdaging binnen de industriële automatisering. De organisatie ondersteunt het gebruik van vrij verkrijgbare componenten en niet-gemodificeerde internet- en ethernet-technologieën om de integratie en de aanpassing te vereenvoudigen.

Op basis van CIP en het Open Systems Interconnection (OSI) -model alsmede de standaard TCP/UDP-suite is EtherNet/IP een flexibel hoogwaardig ethernet-netwerk en een open IEC-norm. Hiermee kunnen processensoren, controllers en besturingssystemen op hetzelfde netwerk worden aangesloten.

De implementatie ervan is uitgebreid, dus het betreft ook besturingen (motoren, aandrijvingen, softstarters, etc.) en discrete regelingen (veiligheids-I/IO, robots, etc.). Uitbreidingen zoals IP-camera's, wifi en IP-telefoons kunnen ook op het netwerk worden aangesloten. Al deze voorzieningen laten zien dat EtherNet/IP meer dan klaar is voor IIoT-uitbreiding.

In plaats van de hele standaard te beschrijven, geven we hier de belangrijkste punten voor u:

• IEEE 802.3: norm, ethernet, Precision Time Protocol (IEEE-1588)
• IEC: International Electrotechnical Commission – IEC 61158
• ODVA: Common Industrial Protocol (CIP)
• IETF: Internet Engineering Task Force, standaard-internetprotocol (IP)

Bovendien voegt EtherNet/IP CIP toe aan de sessielaag, maar deze volgt ook het kader voor het OSI-modelprotocol. Kijk eens naar de grafiek:

Uiteindelijk kunt u op veel manieren communiceren. Met de fysieke laag kan dat draadloos, met koperkabels, glasvezel of anders. Voor de datalinklaag zijn verschillende normen mogelijk, afhankelijk van de fysieke laag – bijvoorbeeld IEEE 802.3 (glasvezel), IEEE 802.3 of 802.1 (koper) en IEEE 802.11 (wifi).

Zelfs de nieuwe Advanced Physical Layer (Ethernet-APL) heeft slechts 2 draden voor stroom en communicatie, zelfs voor gevaarlijke gebieden!

Ethernet-technologie maakte een ware revolutie door van 10 Mbps, bus/boom-topologie, en half-duplex communicatie tot 100 Mbps en 1 Gbps, full-duplex, en switch/router-gebaseerde ster-topologie. Dankzij deze evolutie konden ethernet-netwerken kritische industriële systemen ondersteunen.

EtherNet/IP is een actieve infrastructuur, met netwerksegmenten die gebruikmaken van point-to-point verbindingen in een ster-topologie. De kern van deze topologie is de verbinding van laag-2 en laag-3 switches. Deze switches ondersteunen veel point-to-point nodes.

Het EtherNet/IP-netwerk kan ook lineaire en enkelvoudige fouttolerante ring-topologieën ondersteunen. Hiervoor worden ingebedde switches en instrument Level Ring (DLR) technologie gebruikt. Deze alternatieve topologieën kunnen worden gecombineerd, om de kabelgeleiding en communicatie-indelingen te optimaliseren.

Hoewel we uitgebreid kunnen ingaan op de technische details van het EtherNet/IP-netwerk, houden we het kort en bondig door de belangrijkste gegevens in drie vragen te gieten. De antwoorden geven u een goede basis om het netwerk beter te begrijpen.

Dus EtherNet/IP is gebaseerd op de TCP/UDP IP-standaard, waar wat houdt deze in? TCP (Transmission Control Protocol) levert betrouwbare maar langzame datatransfer in een unicast-pakket of -frame. Zo wordt bij e-mails en webbrowsing gebruikgemaakt van TCP-verbindingen, wat waardevol is voor diagnosedatatransmissie terwijl UDP nuttig is voor I/O-data in automatisering of regeltoepassingen.

Als we nu naar UDP (User Datagram Protocol) gaan, vinden we een veel snellere verbinding, maar er is geen garantie dat de verzonden data de receiver bereikt.  Hier hebben we unicast-, multicast- en broadcast-pakketten of -frames, bijvoorbeeld voor streaming van muziek of video.

Ja, EtherNet/IP is ontwikkeld om te werken naast andere TCP/IP-toepassingen. Hier zijn enkele voorbeelden van TCP/IP-toepassingen die u vaak in de handel ziet:

• HTTP – Hypertext Transfer Protocol
• SNMP – Simple Network Management Protocol
• Modbus/TCP
• OPC UA

Het netwerk bestaat uit cruciale elementen die communicatie tussen de instrumenten en het besturingssysteem mogelijk maken. EtherNet/IP kent drie klassen die de componenten en hun gebruik bepalen.

• Scanner: De scannerklasse deelt de input- en outputvariabelen in cycli in, gdefinieerd aan de hand van de updatetijd. Voorbeelden: PLC's en controllers
• Berichten: De berichtenklasse ondersteunt expliciete berichten meer dan realtime I/O-data. Voorbeelden: diagnose, netwerkconfiguratietools, SCADA- & HMI-systemen
• Adapter: De adapterklasse biedt instrument-specifieke functies in instrumenten met ingebouwde EtherNet/IP. Voorbeelden: sensoren, kleppen, gateways.

EtherNet/IP is digitale communicatie die onze horizon voor integratie en gegevensgebruik verbreedt. Volgens het NAMUR NOA-concept kan men direct informatie uit een netwerk halen met behulp van een edge device en deze naar verschillende soorten clouddiensten sturen. Zo ondersteunt het Netilion IIoT-ecosysteem van Endress+Hauser nu EtherNet/IP-instrumenten op verschillende manieren; u kunt deze gebruiken in analyse-, bibliotheek-, gezondheids- en waardediensten alsmede instrumenten van derden in Analyse en Bibliotheek. Deze diensten versterken uw gegevens en voorzien u van de juiste informatie, waar u ook bent. Elke dienst heeft belangrijke voordelen voor dagelijkse taken.

IIoT-diensten zijn een makkelijke manier om toegang te krijgen tot relevante inzichten van uw procesinstrumenten. Ze bieden u een makkelijke en veilige manier om te integreren met de cloud en vooruit te gaan in uw industrie, nieuwe niveaus in onderhoud te bereiken, de productie te verbeteren, en meer.