Adicionando Ethernet para E/S:Prós, Contras e Coisas Cruciais para o Projeto de Automação Industrial

Entrada/saída industrial (I/ O) dispositivos compõem o sistema nervoso central de muitas máquinas modernas e, por extensão, plantas industriais. Nos últimos dez anos, o uso da Ethernet como camada física tem sido um dos avanços mais importantes no projeto de automação industrial para dispositivos de E/S fieldbus.

Modern EtherNet/IP (Ethernet Industrial Protocol) combina a Ethernet tradicional com um protocolo de camada de aplicação industrial voltado para automação industrial. Ele foi criado para superar as deficiências do IEEE tradicional, que tinha dois grandes problemas:

O IEEE tradicional não era adequado para lidar com todos os processos complexos e com muitos dados envolvidos na automação moderna. Ele usa uma variedade de vários padrões que podem tornar a manutenção de E/S e usar um desafio
No passado, as organizações fieldbus criavam seus próprios padrões para conectores, protocolos e pilhas. Agora, a camada física pode ser tratada por organizações de padrões internacionais de base ampla que definem padrões Ethernet para ambientes industriais, de escritório e de consumo.

A conexão de dispositivos de E/S via Ethernet para controlá-los, coletar e analisar dados e monitorar status remotamente permitiu que muitas plantas melhorassem a confiabilidade, consistência e eficiência. E a Ethernet de E/S pode desempenhar um papel significativo para plantas que desejam atualizar suas linhas e processos de automação no futuro.

Mas, como qualquer tecnologia, existem prós e contras de adicionar Ethernet ao ambiente de projeto de automação industrial. Para ajudá-lo a tomar uma decisão informada à medida que procura melhorar sua produção, descrevemos os principais pontos para Ethernet de E/S abaixo:

Prós
Contras
Ethernet vs. Outras opções
Práticas recomendadas

PROS de Ethernet para E/S

A E/S em rede, usando Ethernet, forneceu melhor desempenho, topologia flexível e configuração mais simples, bem como uma série de outras vantagens.

Processamento mais rápido – A E/S Ethernet possibilita a execução de atualizações em tempo real em menos de um milissegundo. As velocidades de processamento mais altas criam eficiência na coleta e análise de dados, um alicerce crucial para a automação industrial com muitos dados.
Protocolos de comunicação aberta padronizados para projetos de automação industrial – A Ethernet é usada em combinação com protocolos padrão de código aberto, como EtherCAT, Profinet, EtherNet/IP, Powerlink e outros. E todos eles podem facilmente interagir com muitos dispositivos, como drives, encoders e controles industriais na rede de E/S. À medida que os fieldbus se tornaram mais abertos e dependentes de tecnologias físicas conhecidas, como Ethernet, as taxas de atualização da rede de E/S aumentaram a ponto de poderem acompanhar os eventos em tempo real no sistema de controle.
Menos cobre – custos mais baixos – A rede IEEE anterior exigia quantidades significativas de fiação de cobre para dispositivos industriais. Mas hoje, conectar dispositivos de E/S ao controlador requer apenas a conexão de rede de E/S, alimentação de controle e, no caso de dispositivos de alta energia, alimentação trifásica. Isso elimina loops de terra e bagunça de fio de cobre. Em vez disso, um cabo padrão conecta o controlador ao sistema operacional industrial, que pode ser localizado longe de seu controlador e ser distribuído.
Proteção contra obsolescência da plataforma – Como a Ethernet está disponível para praticamente todas as plataformas de hardware existentes, ela não está vinculada a nenhum fabricante ou mesmo classe de equipamento. Ele continuará funcionando no futuro próximo, fornecendo um investimento à prova de futuro em conectividade, que também tem o benefício de reforçar a segurança de longo prazo.
Confiabilidade – A Ethernet I/O funciona de forma confiável em ambientes hostis, como usinas de energia solar, refinarias de petróleo e gás, ferrovias, usinas eólicas e até instalações marítimas. As probabilidades são de que o projeto de automação industrial usando E/S Ethernet atenderá às necessidades exigentes do seu ambiente de produção.
Padrões comuns certificados e amplo suporte do fornecedor – A Ethernet industrial usa os protocolos de transporte e controle da Ethernet tradicional e as tecnologias de sinalização e acesso à mídia encontradas em placas de interface Ethernet prontas para uso. É um padrão robusto e certificável que permite grande flexibilidade no uso de equipamentos, garantindo que os dispositivos sejam certificados, testados e aprovados por laboratórios de teste EtherNet/IP para garantir sua qualidade e consistência. O núcleo do EtherNet/IP é o Control and Information Protocol (CIP) usado no ControlNet, DeviceNet e CompoNet. Este padrão organiza os dispositivos em rede como uma coleção de objetos, definindo acesso, comportamento de objeto e extensões. Isso fornece acesso a uma grande variedade de dispositivos usando um mecanismo comum e, como é um padrão amplamente usado, — todos os setores usam Ethernet — há amplo suporte do fornecedor para praticamente qualquer tipo de dispositivo de E/S.
Configuração simples e rápida – A Ethernet oferece aos produtores mais opções, seja segurança, fieldbus, menos programação ou servidores web. Ele permite que as plantas se movam entre protocolos ou implementem um fieldbus pela primeira vez de forma simples e plug-in. Muitos produtos são autoconfiguráveis, pois reconhecem automaticamente o protocolo mestre.
Outros benefícios – Alguns benefícios menores adicionais do projeto de automação industrial com Ethernet para E/S incluem:Interconexão única (ou par para alta disponibilidade) para E/S de rede e armazenamento; Redução de energia, refrigeração mais eficiente e uso do espaço e um ambiente de planta mais sustentável; Melhorias no desempenho do servidor, maximizando slots PCI e mezanino; Melhor dimensionamento da capacidade de E/S para lidar com necessidades de aplicativos clusterizados e de alto desempenho.

Contras de adicionar Ethernet para E/S

Agora que cobrimos extensivamente os benefícios da E/S Ethernet, discutiremos algumas das maiores desvantagens:

Limitações de largura de banda – A E/S Ethernet tem largura de banda limitada. Muitos PLCs só podem mover tamanhos de pacote de cerca de 500 bytes, o que às vezes pode ser um obstáculo significativo, potencialmente tornando as operações mais lentas.
O processamento é consumido pelas camadas TCP/IP – EtherNet/IP é um protocolo de camada de aplicação que é transferido dentro de um pacote TCP/IP. Isso significa que uma largura de banda significativa do processador vai para o processamento das camadas TCP/IP, novamente diminuindo o desempenho.
Sem modelagem de informações – Com a Ethernet, não há modelagem de informações verdadeira. Você pode criar objetos com atributos, mas não pode vincular objetos em nenhum tipo de hierarquia. Isso pode criar alguns desafios em implementações reais de projetos de automação industrial.
Variação de equipamento – Há funcionalidade limitada para Ethernet com determinados controladores, portanto, você ainda precisa ter cuidado ao selecionar o melhor equipamento.
Dominado – Em muitos casos, a Ethernet é melhor usada para aplicações de controle discreto. Ele pode funcionar no controle de processos, cenários, mas pode ser uma solução sobrecarregada que consome desnecessariamente muito orçamento. Em alguns casos, existem soluções mais práticas e menos dispendiosas.
Diagnóstico – Os diagnósticos genéricos não são incorporados a todos os dispositivos Ethernet. Cada dispositivo pode precisar ter seu próprio diagnóstico personalizado projetado e implementado, o que pode levar um tempo significativo.

Comparação de Ethernet com outras tecnologias

Atributo	Estratégia de E/S
Atributo	Hospedeiro residente	RS-232	RS-485/422	Ethernet
Tolerância de loop de aterramento	Pobre	Justo	Justo	Excelente
Camadas de protocolo ISO padronizadas	Nenhum	Camada 1	Camada 1	Camadas 1-3
Taxa de dados de comunicação	Excelente	115 Kbps	10 Mbps	10-1000 Mbps
Expectativa de vida da plataforma	Pobre	Bom	Bom	Bom
Expansibilidade	Pobre	Pobre	Justo	Excelente
Conector padronizado	Nenhum	DB9 ou DB25	Nenhum	RJ-45
Congestionamento de cabos do computador host	Pobre	Justo	Bom	Bom
Distância do sistema host para E/S	Pobre	Justo	Excelente	Excelente

Coisas cruciais para saber

Ao fazer a transição para E/S Ethernet, é fundamental avaliar uma ampla variedade de recursos para obter o tipo certo de Ethernet. Considere as seguintes arquiteturas Ethernet IOS:

Sistemas Ethernet por módulo
Sistemas de portadora de módulo
Sistemas de cluster de estrelas

Recursos essenciais

Além de sua arquitetura, todo IOS Ethernet possui características funcionais importantes que devem ser avaliadas. Todo IOS industrial deve fornecer algum nível de suporte para as seguintes funções comuns:

Monitoramento de energia
Distribuição de energia
Suporte de bloqueio
Proteção Ambiental

Nós podemos ajudar

A escolha do protocolo Ethernet depende de muitos fatores. Mas, na maioria das vezes, os PLCs usados em suas instalações e a demanda de seus clientes orientarão sua decisão. Se você usa Siemens, Profibus DP ou ProfiNet IO podem ser suas melhores opções. Se você estiver com Rockwell ControlLogix ou CompactLogix, EtherNet/IP ou DeviceNet são suas melhores escolhas. Seus requisitos de aplicativo e infraestrutura atual orientarão a tomada de decisões.

Na EPIC, temos profundo conhecimento em uma ampla variedade de sistemas e tecnologias e ajudamos fábricas em todo o mundo. Se você precisar de assistência especializada para selecionar as melhores tecnologias para o projeto de automação industrial de suas plantas, nós podemos ajudar.

Entre em contato conosco aqui ou ligue para 314-714-1580 para obter assistência.

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