Przemysłowe protokoły komunikacyjne

Na rynku dostępnych jest wiele protokołów komunikacyjnych. Do najpopularniejszych i szeroko stosowanych na pewno należą uznane standardy, takie jakProfibus DP, Profinet-IO, Modbus RTU, Modbus/TCP czy EtherNet/IP. Wybór jednego z nich zależy głównie od dostawcy systemu sterowania PLC, parametrów technicznych samego protokołu oraz jego ceny.
Protokoły komunikacyjne stanowią zbiór ścisłych reguł i kroków postępowania, automatycznie wykonywanych przez urządzenia komunikacyjne w celu nawiązania łączności i wymiany danych. Wśród wielu standardów komunikacyjnych wyróżnić można dwie grupy rozwiązań, z czego jedna bazuje na Ethernecie, natomiast do drugiej należą sieci typu polowego (fieldbus).
Dzięki zastosowaniu odpowiednich rozwiązań sieciowych możliwa jest komunikacja w obszarze linii produkcyjnych, maszyn oraz systemów stosowanych w przedsiębiorstwie. Wybór standardu komunikacyjnego powinien być zawsze uzależniony od wymagań stawianych infrastrukturze sieciowej danego zakładu.
W czołówce protokołów
Z ankiety przeprowadzonej przez redakcję Control Engineering Polska wynika, że największą popularnością cieszy się Profibus DP (wykres 1). Twierdzi tak aż 81% ankietowanych użytkowników oraz 72% dostawców. Profibus DP (Decentralized Periphery) to prosty, szybki i deterministyczny protokół, uznawany przez miliony użytkowników za lidera w obszarze rozproszonych sieci polowych, który od początku swojego istnienia znajduje się w fazie ciągłego rozwoju. Ze względu na 20 lat obecności systemu Profibus na rynku jest on doskonale rozpoznawany i dobrze dopracowany, dzięki czemu nie stwarza większych problemów eksploatacyjnych. Do jego zalet niewątpliwie można zaliczyć: funkcjonalność i otwartość, łatwą integrację urządzeń różnych producentów w ramach jednego systemu, odporność na zakłócenia, a także – co jest niezmiernie istotne – duże wsparcie wśród producentów sprzętu. Nic więc dziwnego, że Profibus DP jest obecnie najpopularniejszą siecią przemysłową stosowaną do komunikacji pomiędzy systemem sterowania a urządzeniami peryferyjnymi.
Obecnie Profibus DP jest dostępny w trzech wersjach: DP-V0, DP-V1 oraz DP-V2. Dwie pierwsze wersje umożliwiają cykliczną i acykliczną wy-
mianę danych pomiędzy stacjami master i slave, natomiast DP-V2 zapewnia komunikację slave-to-slave w trybie izochronicznym (synchronizacja stacji odbywa się niezależnie od obciążenia sieci). Zwykle transmisja realizowana jest w technologii RS-485.
Zgodnie z wynikami sondażu w czołówce najbardziej popularnych protokołów znalazł się także Modbus – opracowany ponad 30 lat temu przez firmę Modicon (obecnie firma ta jest własnością Schneider Electric). Protokół ten stosunkowo szybko stał się standardem przeznaczonym dla sieci automatyki przemysłowej, natomiast firma Modicon udostępniła go jako darmowy, otwarty protokół komunikacji.
Obecnie Modbus jest standardem przyjętym przez większość producentów sterowników przemysłowych dla asynchronicznej komunikacji pomiędzy urządzeniami wyposażonymi w interfejs zgodny z RS-232, takich jak RS-422, RS-485, modem. Mimo upływu czasu interfejsy Modbus są do dziś obecne we współczesnych modułach sieciowych, obok nowszych standardów, jak chociażby Ethernet czy Wi-Fi.
O popularności i rozpowszechnieniu Modbusa
zadecydowały takie cechy, jak: łatwość użycia (zarówno w fazie implementacji, jak i eksploatacji), jawność specyfikacji protokołu, zabezpieczenie przesyłanych komunikatorów przed przekłamaniami, skuteczne mechanizmy zabezpieczające przed zawieszeniem systemu, potwierdzanie wykonania rozkazów zdalnych i sygnalizacja błędów czy stały format ramki oraz zestaw standardowych funkcji służących do wymiany danych.
Protokół Modbus najczęściej współpracuje z interfejsem RS-485, który obecnie jest bazą dla wielu protokołów komunikacyjnych służących do zdalnego programowania, monitorowania, sterowania i akwizycji danych. Magistrala RS-485 umożliwia pracę w warunkach silnych zakłóceń (np. w przemyśle) oraz zapewnia uzyskanie znacznych zasięgów transmisji.
Przykładowymi aplikacjami Modbus są: zdalna akwizycja danych, kontrola procesów przemysłowych, systemy nadzoru oraz ochrony, zarządzanie energią, laboratoria automatyki itd. Co ważne, dzięki standardowi Modbus możliwa jest obsługa praktycznie wszystkich najpopularniejszych mediów transmisyjnych stosowanych w aplikacjach przemysłowych: pary skręconej – TP, komunikacji bezprzewodowej, Ethernetu, światłowodów, modemów telefonicznych, telefonii komórkowej i wielu inych.
Modbus RTU znalazł się na drugim miejscu wśród najbardziej znanych protokołów wyszczególnionych przez ankietowanych użytkowników, a tuż za nim pojawił się Modbus/TCP, często nazywany Modbusem przez Ethernet.
Ze względu na dużą popularność urządzeń z interfejsem szeregowym zaistniała potrzeba integracji urządzeń komunikujących się w standardzie Modbus RTU z nowymi urządzeniami mającymi interfejs Ethernet, a tym samym komunikującymi się w standardzie Modbus/TCP. Protokoły Modbus RTU oraz Modbus/TCP mogą być konwertowane za pomocą odpowiednich narzędzi, jakimi są bramki o oznaczeniu Mgate 3000,oferowane przez firmę Moxa.
W świecie Ethernetu
Jednym z najczęściej wybieranych standardów w szeroko pojętej automatyce przemysłowej jest z pewnością Ethernet, który szczególnie w ostatnich latach bardzo zyskał na popularności. Za jego stosowaniem w przemyśle przemawiają takie czynniki, jak: gwarancja szybkiej i pewnej komunikacji na poziomie urządzeń (np. między panelami HMI, sterownikami, modułami We/Wy, czujnikami i mechanizmami wykonawczymi) oraz łączność na poziomie informacyjnym między komputerami w zakładzie, szerokie pasmo transmisji danych, korzystny współczynnik ceny do możliwości Ethernetu.
Ponadto jedną z największych zalet Ethernetu jest jego otwartość i elastyczność, na co zwraca uwagę Krzysztof Getko, Product Manager z firmy Schneider Electric Polska.
– Architektury tworzone na bazie Ethernetu zapewniają łatwą integrację wielu typów urządzeń od różnych producentów poprzez układy zarządzalnych switchy lub gatewayów. Ta cecha jest szczególnie ważna dla integratorów systemów automatyki. Systemy te łatwo również rozszerzyć o nowe urządzenia, co jest bardzo istotne dla klientów finalnych, którzy planują w przyszłości rozbudowę swoich zakładów. W dodatku każdą architekturę sieci opartej na Ethernecie możemy zaprojektować na kilka sposobów. Zaczynając od prostych i tanich magistral szeregowych, przez bardziej zaawansowane gwiazdy czy struktury rozgałęzione, aż po struktury pierścieniowe (Ring) i najbardziej niezawodne pierścienie redundantne (Redundant Ring). Pozwala to na optymalizację kosztów oraz osiągnięcie wymaganego poziomu funkcjonalności i niezawodności – tłumaczy Krzysztof Getko.
Niekwestionowanym liderem w otwartych sieciach przemysłowych Ethernet jest obecnie EtherNet/IP (Industrial Protocol), zdefiniowany przez firmę Rockwell Automation i wspierany przez zrzeszającą kilkuset członków organizację ODVA. Dzięki EtherNet/IP możliwe jest wykorzystanie protokołu przemysłowego CIP (Common Industrial Protocol) przez klasyczną sieć Ethernet. Gwarantuje to kompatybilność z używanym dotychczas sprzętem Ethernet oraz dostęp do wszelkich danych na poziomie urządzeń, nawet z Internetu – dzięki sieci Ethernet i protokołom TCP/IP oraz UDP/IP.
Poza tym EtherNet/IP doskonale sprawdza się w przypadku dużej ilości danych, a to za sprawą dużej szybkości transmisji (10/100 Mb/s). Transmisja danych może przebiegać na dwa sposoby – cyklicznie albo acyklicznie.
Warto dodać, że protokół EtherNet/IP jest promowany przez takie firmy, jak Parker Hannifin, Phoenix Contact, Rockwell Automation, Sick, Omron czy Bosch.
Inną popularną przemysłową siecią ethernetową jest Profinet, stworzony przez międzynarodową organizację Profibus International. Dzięki modułowej strukturze Profinet znajduje szerokie zastosowanie we wszystkich gałęziach przemysłu, a w szczególności: w branży motoryzacyjnej, przy budowie maszyn, w przemyśle spożywczym czy logistyce. Rozwiązania bazujące na sieci Profinet mogą być wdrażane przy automatyzacji produkcji i procesów, w aplikacjach bezpieczeństwa, a także wszelkich technologii napadów, włączając w to izochroniczne systemy pozycjonowania.
Standard Profinet-IO został uznany przez osoby biorące udział w ankiecie za najbardziej dynamicznie rozwijający się protokół komunikacyjny (wykres 4). Stanowi on połączenie prostego w obsłudze modułu Profibus DP ze standardową warstwą fizyczną Ethernet, umożliwiając kompatybilność zarówno z klasycznymi urządzeniami ethernetowymi, jak i z dawniej używanymi urządzeniami automatyki przemysłowej. Profinet-IO ze względu na wiele zalet jest chętnie stosowany przez wielu integratorów systemów oraz producentów sprzętu i maszyn. Do jego atutów można zaliczyć: zwiększenie szybkości działania i ułatwienie w zarządzaniu rosnącą ilością danych, możliwość integracji w przekazywaniu standardowych danych Ethernet.
Ponadto standardowe funkcje parametryzacji, diagnostyki i alarmów dostępne w Profinet-IO są bardziej rozbudowane niż w konwencjonalnych systemach magistralowych.
Z protokołu Profinet korzystają m.in. takie firmy, jak: Phoenix Contact, Siemens, Beckhoff, Danfoss, Bosch Rexroth.
Warto nadmienić, że wśród protokołów komunikacyjnych cieszących się największą popularnością pod hasłem „inne” zostały wyszczególnione m.in.: Foundation Fieldbus, DNP3, Uni-Telway, ControlNet oraz IEC 61850 (znalazł się on również wśród „innych” najbardziej dynamicznie rozwijających się protokołów).
Ethernetowa przyszłość?
W związku z rosnącym zainteresowaniem protokołami ethernetowymi zapytaliśmy naszych respondentów, czy w ich ocenie zastąpią one w przyszłości pozostałe rozwiązania. Okazuje się, że aż 76% użytkowników oraz 61% dostawców uważa, że jest to jak najbardziej realna wizja przyszłości (wykres 2). Przesądzić mają o tym takie czynniki, jak: coraz większe możliwości oraz coraz niższe ceny rozwiązań ethernetowych, prosta implementacja, możliwość przesyłania większej ilości danych, rosnąca szybkość transmisji, duża przepustowość (dzięki czemu jeden kabel może być wykorzystany przez wiele systemów), większa elastyczność w stosunku do protokołów, które nie bazują na Ethernecie, niezawodność oraz pewność połączenia.
Pozostała grupa ankietowanych uważa, że mimo wielu zalet oraz dużej popularności prawdopodobieństwo dominacji protokołów ethernetowych nad innymi jest bardzo niewielkie. – Wynika to przede wszystkim z bardzo szerokiej i zróżnicowanej bazy zainstalowanych urządzeń w zakładach przemysłowych, ograniczeń technicznych tych protokołów czy choćby specjalizacji niektórych standardów komunikacyjnych dla wybranych branż przemysłu, np. AS-i, HART – tłumaczy Krzysztof Getko.
Natomiast zdaniem Piotra Gocłowskiego, Product Managera z firmy Elmark Automatyka, migracja producentów i odbiorców do sieci opartych na Ethernecie to tylko kwestia czasu. Jest to nieuniknione, ale może jeszcze potrwać dłuższy czas, ponieważ w wielu obiektach systemy oparte na magistralach szeregowych (Modbus RTU, Profibus) będą działać jeszcze długo, nie wymagając unowocześnienia. – Dodatkowo bramy komunikacyjne/konwertery protokołów zapewniają „kontakt” z takim sieciami za pomocą protokołów opartych naEthernecie. W pewnych dziedzinach przejście na Ethernet przemysłowy nie jest konieczne i nie niesie ze sobą dużych korzyści. Przykładowo sieć CAN jest bardzo optymalna dla aplikacji, w których jest wykorzystywana – w komunikacji peryferiów, mikrokontrolerów i czujników w pojazdach. Są więc pola, na których komunikacja szeregowa jest jak najbardziej korzystna i wystarczająca. Integracja sieci przemysłowych z LAN i WAN niesie ze sobą dużo korzyści, ale druga strona medalu to łatwiejszy dostęp osób niepowołanych do takich sieci i niebezpieczeństwo ataków hakerów. Przykładem takiego ataku na sieć bardzo dobrze zabezpieczoną i bez dostępu do sieci WAN był wirus Stuxnet. Był tak zaawansowany, że potrafił przenosić się na pendrive’ach i infekować oprogramowanie Siemensa do konfiguracji sterowników PLC, co z jasnych względów było bardzo niebezpieczne dla obiektu. A więc łączenie sieci przemysłowych z Internetem lub nawet z sieciami lokalnymi niesie ze sobą pewne ryzyko – przestrzega Piotr Gocłowski.
O problemie związanym z bezpieczeństwem i nieautoryzowanym dostępem wspomina również Piotr Mendera, specjalista automatyk z firmy RAControls, wymieniając słabe strony rozwiązań opartych naprotokołach ethernetowych. Jego zdaniem rozwiązania te, obok licznych zalet, mają także – oprócz ww. wady – jeszcze jeden duży minus, jakim jest wysoka cena infrastruktury sieciowej (zarządzalne switche, VPN, technologia światłowodowa itd.) niepotrzebnie stosowanej w miejscach, gdzie z powodzeniem wystarczyłby zwykły kabel dwuprzewodowy.
Zdaniem Piotra Adamczyka, menedżera produktu z firmy ASTOR, jedyny słuszny kierunek rozwoju to sieci bazujące na standardzie Ethernet. Możliwości, jakie oferuje ten standard spełniają obecne oczekiwania klienta, zapewniając dodatkowo łatwą i szybką rozbudowę systemu o kolejne elementy.
– W mojej ocenie trend zmian w kierunku Ethernetu utrzyma się. W kolejnych latach Ethernet powinien zdobywać szybciej obszar zdominowany dotychczas
przez protokoły deterministyczne, jak szybkie I/O i układy synchronizowania osi. Kolejnym krokiem będzie częstsze wykorzystanie łączności bezprzewodowej w komunikacji przemysłowej. Protokoły szeregowe nadal będą używane do połączenia z urządzeniami starszymi lub budżetowymi – uważa Krzysztof Hajzyk, Regional Sales Manager z firmy ProSoft Technology.
Z obserwacji Marcina Marcińczyka, konsultanta handlowo-technicznego z firmy InduProgress wynika, że mimo kierowania się rynku w stronę protokołów opartych na rozwiązaniach ethernetowych mniejsze przedsiębiorstwa – ze względu na nadal wyższe koszty – decydują się na prostsze i zarazem tańsze rozwiązania.
Dostawca PLC oraz parametry techniczne
Jak wynika z przeprowadzonego badania, głównymi kryteriami branymi pod uwagę przy wyborze protokołu komunikacyjnego są przede wszystkim dostawca PLC oraz parametry techniczne (wykres 3).
Na kolejnych pozycjach znalazły się takie czynniki, jak wymagania klientów końcowych oraz cena protokołów komunikacyjnych, która w opinii ponad połowy (57%) ankietowanych jest adekwatna do oferowanych przez nie możliwości.
Dodatkowo wśród odpowiedzi udzielonych przez dostawców w obszarze „inne” znalazły się takie czynniki, jak: dotychczasowa infrastruktura sieciowa w zakładzie, prosta konfiguracja z jednego miejsca, możliwość łączenia urządzeń różnych dostawców w jeden spójny system sterowania, szybkość i ilość przesyłanych danych, bezpieczeństwo przesyłanych danych oraz niezawodność komunikacji.
Plany zakupowe a wizja sprzedaży
Aż 71% ankietowanych użytkowników planuje w ciągu najbliższych miesięcy zwiększyć wydatki na zakup rozwiązań opartych na ethernetowychprotokołach komunikacyjnych. Zgodnie z odpowiedziami sondowanych osób wynika to głównie z faktu, że Ethernet stał się obecnie standardem w przemyśle, najbardziej uniwersalnym medium sieciowym, cechującym się łatwością zastosowania i dużą elastycznością, wydajnością oraz relatywnie niskimi kosztami implementacji.
Dla uzupełnienia warto dodać, że 19% osób uważa, iż wydatki na ten cel pozostaną bez zmian, a 10% twierdzi, że ulegną zmniejszeniu.
Natomiast jeśli chodzi o wydatki planowane na zakup protokołów komunikacyjnych, które nie bazują na Ethernecie, to okazuje się, że według 43% użytkowników w ciągu najbliższych miesięcy nie ulegną one zmianie. Pozostała część respondentów uważa, że zwiększą się (33%) lub zmniejszą (24%).
Co na ten temat mają do powiedzenia ankietowani dostawcy? Jak wynika z przeprowadzonego badania, wszyscy są przekonani, że w najbliższych miesiącach zwiększy się sprzedaż rozwiązań opartych na ethernetowych protokołach komunikacyjnych.
Natomiast jeśli chodzi o przewidywaną sprzedaż rozwiązań niebazujących na Ethernecie, to zdaniem dostawców (56%) w ciągu najbliższych miesięcy nie należy spodziewać się większych zmian. Pozostała część respondentów dzieli się równo na dwie grupy, z których jedna uważa, że najbliższy czas przyniesie wzrost sprzedaży, druga natomiast prognozuje jej spadek.
Raport powstał w oparciu o dane uzyskane z ankiety przeprowadzonej we wrześniu 2013 r. wśród czytelników miesięcznika Control Engineering Polska. Oprócz tego przy tworzeniu raportu bazowano na informacjach pochodzących od dostawców protokołów komunikacyjnych. Raport nie odzwierciedla pełnego obrazu rynku.
CE

Bartłomiej Besz, Product Manager, Turck
Protokoły na bazie Ethernetu oraz rozwiązania polowe będą ze sobą koegzystowały
Urządzenia dla sieci polowych od ponad 20 lat stanowią podstawę rozwiązań w automatyce. Standard Ethernet dzięki poprawie parametrów oraz unifikacji topologii sieci, jakie wiążą się z jego stosowaniem, staje się coraz bardziej dominująca technologią. Obecnie coraz trudniej znaleźć na rynku urządzenia niemające funkcji wspierających ten standard. Producenci widzą potencjał, jaki drzemie w integracji urządzeń na bazie Ethernetu – stąd zapewne za parę lat rozwiązania polowe staną się domeną aplikacji specjalistycznych, a Ethernet będzie podstawowym sposobem komunikacji w automatyce. Niemniej jednak nie oczekiwałbym dominacji tylko jednego z wymienionych standardów. Wręcz przeciwnie, wydaje się pewne, że protokoły na bazie Ethernetu oraz rozwiązania polowe będą ze sobą koegzystowały.

Robert Wypich, dyrektor ds. rozwoju, Tekniska Polska
Oprócz ceny liczy się coś więcej
Przyszłość protokołów komunikacyjnych czy szerzej technologii będzie zależała od stopnia ich otwartości w systemach teletransmisyjnych oraz – co staje się obecnie najważniejszym aspektem – od poziomu ich zabezpieczeń.
Podobnie jest z produktami hardware’owymi: producenci tworzą zbliżone technologicznie urządzenia, które poza wymiarami czy rodzajem obudowy praktycznie nie różnią się od siebie.
Kluczem do sukcesu staje się szybkość transmisji, zakres temperaturowy, swoista ergonomiczność pracy systemu operacyjnego oraz poziomy zabezpieczeń.
Wydaje się, że na polskim rynku nadal dominuje jedyne kryterium, jakim jest cena. Natomiast coraz większa świadomość inżynierska i odpowiedzialność za aplikację – począwszy od projektu po jej implementację – powoduje, że wygrywają argumenty dotychczas mniej brane pod uwagę, takie jak: zużycie energii, zimny start urządzeń, rodzaj MTBF oraz pochodzenie produktu. W obliczu kryzysu ekonomicznego nauczyliśmy się bowiem doceniać produkcję europejską, umiejętnie licząc własne koszty,gdyż – jak pokazują dane – ceny urządzeń azjatyckich już dawno dogoniły poziomy cenowe Europy. Nie oznacza to bynajmniej zmierzchu importu z Azji, natomiast środowisko inżynierskie zauważyło już niebezpieczną próbę uzależnienia od produktów z Azji, a – jak powszechnie wiadomo – interoperacyjność w szeroko rozumianej telekomunikacji lepiej funkcjo-nuje, gdy stosujemy różne technologie, nie będąc od nich uzależnionymi.

Piotr Adamczyk, menedżer produktu, ASTOR
Wiele zależy od aplikacji…
Spójność systemu sterowania wymaga, aby wszystkie elementy wchodzące w jego skład mogły wymieniać ze sobą dane. To z kolei wymusza obsługę tego samego protokołu przez wszystkie urządzenia, aby możliwa była komunikacja.
Od lat w automatyce przemysłowej w sieciach szeregowych najpopularniejszym protokołem komunikacyjnym jest Profibus DP oraz Modbus RTU i nic nie wskazuje na to, aby się to zmieniło. Bardzo duża popularność protokołu Modbus RTU to zasługa przede wszystkim otwartej definicji protokołu, która zapewnia implementowanie go w urządzeniach każdego producenta wyposażającego swoje produkty w port RS. Sukces standardu Profibus DP to z kolei zasługa przede wszystkim możliwości, jakie oferuje oraz wyposażenia w ten właśnie port komunikacyjny urządzeń polowych. Dzięki temu mamy nad nimi pełną kontrolę, co pozwala lepiej zarządzać całym systemem.
W sieciach bazujących na standardzie Ethernet wskazanie najpopularniejszego protokołu nie jest już tak oczywiste. Wiele zależy bowiem od aplikacji. Bardzo często w urządzeniach przemysłowych wyposażonych w port Ethernet spotyka się wbudowaną obsługę standardu Modbus/TCP. Jest on bardzo często wykorzystywany do komunikacji warstwy aplikacyjnej (systemy wizualizacji i kontroli) z warstwą sterowania (sterowniki PLC, kontrolery PAC). Ostatnio można zaobserwować bardzo dynamiczny rozwój i coraz większą popularność sieci Profinet. Wymiana informacji opiera się tutaj na modelu komunikacji asynchronicznej gwarantującej dostarczanie danych w ściśle zadeklarowanym czasie (nawet 1 ms). Profinet staje się przez to popularny w systemach bardziej złożonych, wymagających wysokiej dostępności. Często spotykany jest również standard EtherCAN (rozwiązanie maszynowe) oraz EtherNet/IP.

Zbigniew Piątek, prezes zarządu, Beckhoff Automation
Sukcesywna ekspansja różnych odmian Ethernetu przemysłowego
Rynek protokołów komunikacyjnych w Polsce odzwierciedla dość dobrze tendencje w tym obszarze na rynku europejskim czy światowym. Nadal popularne są miejscowe sieci komunikacyjne typu fieldbus. Od kilku lat możemy jednak zaobserwować sukcesywną ekspansję rynku przez różne odmiany Ethernetu przemysłowego. Głównymi czynnikami, które zadecydowały o wyborze Ethernetu do wykorzystania w instalacjach przemysłowych są: jego kompatybilność, efektywność, uniwersalność i elastyczność konfiguracji oraz minimalizacja kosztów. Ciągła migracja rynku automatyki w kierunku IT była dodatkowym katalizatorem wykorzystania sieci tego typu w systemach sterowania. Oczywiście mówimy tu o rozwiązaniach transmisji z pełnym determinizmem czasowym przesyłanych danych (real time). Dodatkowe kryteria, które muszą być spełnione to: praca w trudnych warunkach, duża odporność elektromagnetyczna, możliwość komunikacji w sieciach rozległych oraz zapewnienie redundancji.
Kolejny krok w rozwoju protokołów komunikacyjnych to, moim zdaniem, pełna integracja poziomu transmisji pomiędzy stacjami z poziomem sygnałów obiektowych. Chodzi o likwidację drugiego wąskiego gardła systemów automatyki, jakie stanowią dziś szeregowe magistrale I/O. Niektóre standardy komunikacyjne, jak EtherCAT, zapewniają już dziś wspólną platformę transmisji danych na poziomie węzłów sieci oraz sygnałów obiektowych We/Wy w poszczególnych stacjach.

Daniel Oszczęda, Balluff
Wzrost znaczenia Ethernetu
Obecnie możemy zaobserwować bardzo dynamiczny wzrost protokołów sieciowych bazujących na sieci Ethernet. Większość przemysłowych sieci przemysłowych ewoluuje w stronę Ethernetu. Przykładem może tu być np. sieć Profinet, która w coraz większej liczbie aplikacji zastępuje popularny Profibus DP.
Coraz szersze zastosowanie Ethernetu w przemyśle spowodowało duży przyrost liczby protokołów sieciowych wykorzystujących Ethernet jako medium transmisyjne. Z punktu widzenia użytkownika nie jest z pewnością łatwo zdecydować, który standard będzie w jego przypadku najlepszy. Wybór często jest wynikiem wyboru dostawcy systemu sterowania.
Nie oznacza to jednak końca protokołów niebazujących na Ethernecie. Będą one z pewnością jeszcze przez wiele lat stosowane w aplikacjach. Wynika to często z faktu, że użytkownicy preferują stosowanie rozwiązań sprawdzonych, które dobrze znają i z których obsługą i diagnostyką nie mają problemów.
Bardzo duże możliwości w zakresie wymiany informacji, i to do najniższego poziomu sterowania, daje użytkownikom interfejs IO-Link, który jest niezależny od rodzaju wykorzystywanego protokołu. Punktem łączącym urządzenia takie jak moduły I/O, systemy RFID, wyspy zaworowe i czujniki z siecią przemysłową są jednostki master IO-Link, które obsługują większość popularnych standardów sieciowych, takich jak Profinet, EtherNet/IP, EtherCAT czy CC-Link.

Krzysztof Getko, Product Manager, Schneider Electric Polska
Dynamiczny rozwój protokołów
Popularność protokołów komunikacyjnych w automatyce przemysłowej jest ściśle związana z popularnością sterowników PLC, które często determinują sposób wymiany danych na obiekcie. Na rynku polskim najczęściej wykorzystywany jest więc Modbus, Profibus, CANOpen, DeviceNet.
Oczywiście nie są to jedyne protokoły dostępne na rynku. Oferta producentów jest bardzo szeroka – w sumie można by doliczyć się kilkunastu czy nawet kilkudziesięciu różnych protokołów. Tak silne zróżnicowanie bardzo często powoduje problemy w komunikacji pomiędzy urządzeniami różnych producentów.
Rozwiązaniem tego problemu jest stosowanie jednego, uniwersalnego standardu komunikacyjnego. Obecnie taki „złoty środek” jeszcze nie powstał. Jest jednak standard, z którego korzysta większość producentów. Chodzi oczywiście o protokoły oparte na sieci Ethernet, a w szczególności Modbus/TCP i EtherNet/IP.
Oprócz Ethernetu drugim dynamicznie rozwijającym się protokołem jest CANOpen. Protokół ten, znany z branży samochodowej, szczególnie dobrze wpasował się w rynek napędów. Zawdzięcza to swojej elastyczności, odpornej warstwie fizycznej oraz otwartości komunikacyjnej. To właśnie ta ostatnia cecha sprawia, że rozwiązania oparte na CANOpen przyjmują w praktyce formę plug and play czy związaną z techniką napędową plug and move, zwłaszcza w połączeniu ze sterownikiem, który ma wbudowane złącze CANOpen.
Obecnie można zaobserwować również coraz większą popularność bezprzewodowych protokołów komunikacyjnych, takich jak Wi-Fi, GPRS czy Bluetooth. Powoli rośnie zaufanie klientów do tej formy komunikacji – przede wszystkim ze względu na wzrost bezpieczeństwa sieci, poprawę prędkości transmisji oraz możliwość zdalnej obsługi urządzeń znajdujących się na obiekcie.

Bartłomiej Ekiert, Key Account Manager end User/System Integrator, B&R Automatyka Przemysłowa
Protokoły ethernetowe – podobne, lecz jednak różne
Stale rosnące wymagania stawiane przed maszynami i procesami przyczyniły się do dynamicznego rozwoju protokołów komunikacyjnych czasu rzeczywistego opartych na przemysłowym Ethernecie. Wśród najbardziej popularnych protokołów ethernetowych możemy wyróżnić Profinet, Powerlink, EtherNet/IP, EtherCAT czy Sercos III. O ile w przypadku prostych aplikacji, zawierających od kilku do kilkunastu osi, osiągi poszczególnych protokołów są do siebie zbliżone, to przy większych i bardziej skomplikowanych systemach, wymagających pełnej synchronizacji, detale różniące powyższe protokoły stają się niezwykle istotne.
W rozbudowanych systemach, z dużą ilością napędów, niezwykle ważną rolę pełni odporność na zakłócenia EMC oraz możliwość zastosowania redundancji procesorów czy okablowania bez dodatkowych urządzeń typu switch. Spośród wymienionych sieci wszystkie te wymagania najlepiej spełnia Powerlink. Dodatkowo jest to jedyne rozwiązanie, które jest w pełni otwarte (na SourceForge.net dostępny jest stos dla stacji master i slave z licencją BSD), nie wymaga specjalizowanych układów ASIC oraz wykorzystuje standardowe komponenty infrastruktury sieciowej (hub, switch).

Krzysztof Hajzyk, Regional Sales Manager, ProSoft Technology
Protokoły ethernetowe – najczęściej wykorzystywane w nowych projektach
ProSoft Technology od ponad 20 lat tworzy rozwiązania wykorzystujące różneprotokoły przemysłowe, dzięki czemu posiadamy pełniejszy obraz sytuacji na rynku protokołów komunikacyjnych. Analizując sprzedaż w ostatnich 5 latach obserwujemy, że w nowych projektach klienci częściej wybierają protokoły ethernetowe. Wynika to zapewne z dobrej znajomości zasad budowy takich sieci i z posiadania narzędzi instalacyjnych. Sieć ethernetowa umożliwia jednocześnie zdalny dostęp i łatwość przejścia na inne media komunikacyjne, jak światłowód czy łączność bezprzewodowa. W ostatnich latach obserwujemy również dynamiczny wzrost sprzedaży urządzeń z protokołami energetycznymi z rodziny IEC, DNP i protokołami automatyki budynkowej.
Mimo popularności protokołów ethernetowych nadal najlepiej sprzedają się produkty wykorzystujące transmisję szeregową, jak Modbus RTU i protokoły dedykowane, jak Profibus, HART.

Za pomoc w opracowaniu raportu szczególnie dziękujemy firmom: ASTOR, B&R Automatyka Przemysłowa, Balluff, Beckhoff Automation, ProSoft Technology, Schneider Electric Polska, Tekniska Polska oraz Turck. Dziękujemy również wszystkim czytelnikom Control Engineering Polska, którzy wzięli udział w ankiecie.