Ethernet beweegt zich richting fabrieksnetwerken

IEEE 1588, een standaard die in opkomst is, zorgt ervoor dat ethernetapparatuur interne klokken kan synchroniseren met behulp van een masterklok in het netwerk. Een andere technologische prestatie â€" ontwikkeld door meerdere leveranciers â€" is Ethernet Powerlink, dat gebruikmaakt van een standaard layer 2 ethernetprotocol, samen met een time stamp waarvan de werking lijkt op die van tdm.

Hierbij worden bepaalde tijdstippen â€" tot op de microseconde nauwkeurig â€" gereserveerd voor de overdracht van data. Bij dit soort technologie is er geen risico meer van botsende datapakketten, waardoor gegevens soms opnieuw worden verstuurd op gedeelde ethernet-lans. Ook wordt het probleem van vertraging (latency) in het netwerk opgelost, dat samenhangt met het bufferen van datapakketten in 'switched ethernet'.

De fabrikanten bekijken nu de controleprotocollen op ethernetnetwerken om kosten te besparen en de fabrieksprocessen binnen een algeheel ip-netwerk van het bedrijf onder te brengen.

"Als alles een ip-adres heeft, dan ken je in het totale productieproces de status van elke stukje machinerie, of van een systeem", zegt Bob Parker, analist bij IDC die zich bezighoudt met industriële trends. "Het is verstandig om voor fabrieksnetwerken te kijken naar kant-en-klare standaardapparatuur. Het is net als met een boot; als je er één koopt waar het woord 'marine' in voorkomt, dan is die meteen twee keer zo duur. Hetzelfde geldt voor industriële it-producten. Als je iets koopt waar het woord 'industrieel' voor staat, dan wordt het eveneens twee keer zo duur."

Hoewel de latency in ethernet in fracties van seconden kan worden uitgedrukt, is dit toch niet acceptabel voor uiterst nauwkeurige industriële processen, waarbij machines in een paar seconden soms honderden verschillende instructies ontvangen. Het kan rampzalig zijn als er één instructie wordt gemist, is de opvatting van Markus Sandhoefner, die zich bezighoudt met marketing bij B&R Industrial Automation, een maker van Ethernet Powerlink-software voor standaardnetwerkapparatuur.

Volgens Sandhoefner is 'ethernet een fantastische, voordelige technologie'. "Maar het is niet de meest deterministische. Als je twee real-time boodschappen in een ethernetswitch-wachtrij hebt staan, dan heb je een probleem bij het draaien van applicaties zoals motion control."

Ethernet Powerlink Standards Group

B&R is een onderdeel van de Ethernet Powerlink Standards Group, die 165 leveranciers van automatiseringsproducten omvat. De groep streeft ernaar om legacy-protocollen die in fabrieken worden gebruikt, zoals ModBus, te migreren naar ethernettechnologie.

Eagle Manufacturing heeft onlangs Ethernet Powerlink-apparatuur van B&R ingezet voor de bediening van de machines die auto-onderdelen maken â€" met name de frames van autoruiten en de afdichting daarvan.

Volgens Brent Short, de topman van het bedrijf, kunnen machines uit deze lijn ter plekke, en zeer snel, onderdelen aanpassen die dienen voor de verwerking van materialen voor verschillende typen auto's. Bij dit proces kan de fabrikant van kleine onderdelen een hele serie producten vervaardigen zonder dat de productie gestopt hoeft te worden om de machines bij te stellen.

Applicaties waarbij het tijdsverloop cruciaal is, zoals voip of video, kunnen gaan haperen als de vertraging van datapakketten boven de 100ms uitkomt. De machines van een fabrikant als Eagle snijden materialen in intervallen van precies 0,008 seconde en hebben een gang van 15 meter per seconde. Daarom mag de vertraging van de controleberichten die naar de apparatuur worden gestuurd, niet boven de 800 microseconden (800 miljoenste van een seconde) uitkomen. Het Ethernet Powerlink-netwerk biedt uiterste precisie.

Een andere factor in fabrieksnetwerken is de tijdsynchronisatie van machines die door netwerken en computers wordt bediend. Net als Ethernet Powerlink gebruikt ook IEEE 1588 time stamping protocollen om te zorgen dat de klokken zijn gesynchroniseerd.

Intel is één van de bedrijven achter IEEE 1588. De chipmaker vervaardigt netwerkprocessors met geïntegreerde time stamping technologie in ethernetcontrollers en switch silicon. Volgens Puneet Sharma, technical marketing engineer van Intels Digital Enterprise Group, zorgt de toepassing van IEEE 1588 in fabrieksnetwerkapparatuur voor een verlaging van de kosten, doordat er in de industriële automatisering geen zelfgemaakte software of software in licentie hoeft te worden gebruikt. Maar om dezelfde betrouwbaarheid te krijgen als de netwerktechnologie waar ethernet wellicht voor in de plaats zal komen, is er iets extra's nodig.

"Tijdsynchronisatieprotocollen, zoals network time protocol (ntp), zijn niet betrouwbaar genoeg en hebben onvoldoende resolutie om bruikbaar te zijn in industriële automatisering", aldus Sharma.

Dat betekent dat de IEEE 1588-technologie in de netwerkapparatuur naast de standaard 802.3 ook ethernet en een tcp/ip-stack zou moeten draaien. Met deze combinatie zou een layer 2/3 ethernet-lan werken als een precision control netwerk, waarmee de machines op de fabrieksvloer zouden kunnen worden bediend.

Bron: Techworld