Sieciowe moduły łączeniowe

Przemysłowe gatewaye to sieciowe moduły służące do łączenia różnych protokołów. Przetwarzają przesyłane informacje z jednego protokołu na drugi. Funkcjonalność ta może być wbudowana w mikroukład będący częścią urządzenia, zainstalowana na jego płycie głównej lub w oddzielnym, niezależnym module. Funkcje gatewaya mogą pełnić również inne urządzenia, jak komputery PC lub małe serwery. W opinii Helge Hornisa, specjalisty Pepperl+Fuchs dobry gateway musi w pełni rozpoznawać i rozumieć przesyłane informacje.

Gatewaye występują w różnych formach: małych pudełek, modułów, a nawet pojedynczych układów scalonych. Ten na zdjęciu to moduł Connectport X2 firmy Digi International.

Dzięki odpowiednim, inteligentnym algorytmom przetwarza je na dane zrozumiałe dla innego protokołu transmisyjnego. W aplikacjach przemysłowych gatewaye pełnią rolę typowych translatorów pomiędzy protokołami komunikacyjnymi. W sieciach komercyjnych często bywają również nazywane routerami. Wówczas postrzegane są przez użytkowników jako moduły ułatwiające łączenie z siecią Internet – przewodową lub bezprzewodową.

Dlaczego gatewaye?

Obserwując architekturę połączeń sieciowych we współczesnych zakładach przemysłowych, nie można dziwić się olbrzymiej popularności modułów łączeniowych typu gateway. Ich zastosowanie gwarantuje bowiem możliwość pozyskania danych z różnych obszarów zakładu czy przedsiębiorstwa w czasie rzeczywistym. A to zwiększa wiarygodność oraz skuteczność sterowania i monitoringu. Umożliwiają poza tym zdalne programowanie i serwisowanie systemów automatyki w różnych lokalizacjach w przedsiębiorstwie, pomimo różnorodności standardów i rozwiązań sieciowych.

Gatewaye umożliwiają wysyłkę danych z systemów poziomu produkcyjnego do innych poziomów hierarchii sieciowej, takich jak: systemy obsługi magazynów, dział serwisowania i obsługi klienta czy sfera zarządzania. Moduły takie mogą pracować również jako elementy łączące starsze systemy komunikacyjne, które bazują na łączach szeregowych lub nawet sygnałach analogowych z nowszymi, cyfrowymi układami sieciowymi. Niebagatelną rolę moduły te odgrywają również w kontekście wielości dostępnych ostatnio na rynku standardów tzw. Ethernetu przemysłowego.

Przesyłane z ich pomocą komunikaty różnią się między sobą strukturalnie i w celu ich wzajemnego skomunikowania niekiedy niezbędne okazują się właśnie gatewaye. Niektóre typy takich modułów służą również do przetwarzania informacji pomiędzy protokołami przewodowymi i bezprzewodowymi.

Jeden na jeden lub wiele na wiele Współczesne moduły gatewayów mogą przetwarzać dane z jednego standardu na inny bądź też z kilku standardów na kilka innych (gdy w jednym module zaimplementowano wiele standardów sieciowych). Chodzi tu przede wszystkim o różnice w warstwie fizycznej protokołów komunikacyjnych bazujących na wspólnym modelu ISO/OSI. Różnic tych nie ma w przypadku rozwiązań sieciowych bazujących na standardzie Ethernet.

Moduły różnią się też między sobą konstrukcją. Zazwyczaj zawierają jeden lub więcej procesorów z wbudowanym oprogramowaniem firmowym. Algorytmy programowe takich procesorów „wnikają” do struktury transmitowanych siecią komunikatów przychodzących z jednej sieci i dostosowują je do standardu i szybkości działania drugiej sieci. Ze względu na to, że sieci różnych standardów mogą pracować z różnymi prędkościami, moduły gatewayów wyposażone są zwykle w pamięć umożliwiającą przechowanie i buforowanie danych w trakcie ich przetwarzania i konwersji. Przykładem może być chociażby połączenie sieci komunikacji szeregowej z siecią standardu Ethernet 10/100 MB. W takim przypadku znajdująca się w gatewayu pamięć typu Flash czy RAM przechowuje dane z portu szeregowego. Skąd są sukcesywnie pobierane i przetwarzane do postaci pakietów danych dla komunikatów sieci Ethernet. Na podobnej zasadzie następuje ich „rozpakowywanie” w kierunku przeciwnym.

Eksperci branży sieciowej podkreślają przewagę technologiczną i cenową małych, nierozbudowanych funkcjonalnie modułów nad innymi, większymi urządzeniami, które mogą pełnić ich zadania – jak np. komputery PC. W ich opinii przewaga opiera się na tym, że dzięki brakowi części mechanicznych i niewielkim rozmiarom łatwiej jest umieścić je w tych lokalizacjach, gdzie są niezbędne.

Artykuł pod redakcją dra inż. Andrzeja Ożadowicza,
adiunkta w Katedrze Automatyki Napędu
i Urządzeń Przemysłowych
Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie