أصبحت Ethernet تقنية شبكات ذات أهمية متزايدة في التطبيقات الصناعية.
في مجال التحكم في الحركة، تنافست Ethernet وfieldbus والتقنيات الأخرى-مثل Peripheral Component Interconnect (PCI)-تاريخيًا للتعامل مع بعض أحمال العمل الأكثر تطلبًا في أنظمة الأتمتة والتحكم الصناعية. تتطلب تطبيقات التحكم في الحركة الحتمية-الضمان بأن الشبكة ستسلم أحمال العمل إلى العقد المعينة في الوقت المناسب-وهو أمر ضروري لضمان الثبات على الموضع، والذي بدوره يضمن توقف السائق بدقة، والتسارع/التباطؤ المناسب، ومهام أخرى.
معيار IEEE 802.3 Ethernet لم يلبي هذه المتطلبات مطلقًا. على الرغم من أن-التبديل المزدوج الكامل ونطاقات التصادم المعزولة قد حلت محل طبقة ارتباط بيانات CSMA/CD القديمة، إلا أن البروتوكول لا يزال يفتقر إلى القدرة على التنبؤ. علاوة على ذلك، فإن التعقيد العالي لـ TCP/IP في المكدس النموذجي لم يتم تحسينه من أجل النقل الموثوق لحركة المرور في الوقت الفعلي-. وبالتالي، فإن ناقلات المجال وبنيات التحكم المستندة إلى الكمبيوتر الشخصي- مع بطاقات PCI المستندة إلى ASIC-كانت منذ فترة طويلة حلولًا شائعة للتحكم في الحركة.
تتغلب حلول Ethernet، بدءًا من EtherNet/IP® إلى EtherCAT®، على أوجه القصور هذه بطرقها الفريدة. على الرغم من أن شبكة إيثرنت الصناعية توفر العديد من المزايا الأخرى مقارنة بالتقنيات البديلة، إلا أنها لا تزال بعيدة عن السيطرة على سوق التحكم في الحركة. فلنتفحص ثلاثة أسباب وراء إمكانية-حصوله على-قبول متزايد في السنوات القادمة.
1
التقارب بدلا من زيادة التعقيد
مع مرور الوقت، أدى الترابط المتزايد بين تكنولوجيا المعلومات في المؤسسة وأرضية المصنع إلى أنظمة أكثر تعقيدًا، غالبًا ما تتضمن مزيجًا من تقنيات Ethernet القياسية، وEthernet الصناعية، وfieldbus. على سبيل المثال، قد تستخدم الآلة:
وهذه الشبكات معقدة، كما أن إعدادها وصيانتها مكلف. يتطلب كل بروتوكول إجراءات التنفيذ الخاصة به وموظفي التثبيت والتدريب. في المقابل، توفر شبكة Ethernet إمكانية تقارب الشبكات المختلفة-مثل شبكات التحكم في الحركة والسلامة-في بنية أساسية فعالة من حيث التكلفة-سهلة التوصيل، ومدعومة على نطاق واسع من قبل الموردين، وقابلة للتكيف مع المتطلبات المستقبلية.
توفر شبكة Ethernet إمكانية التقارب بين الشبكات المختلفة.
يجسد بروتوكول EtherNet/IP كيفية الاستفادة الكاملة من التقارب في الممارسة العملية. باستخدام تقنيات Ethernet القياسية مثل TCP/IP وUDP/IP، المكملة بميزات مثل CIP Sync (لتحقيق تزامن دقيق لبروتوكول الوقت عبر الساعة الموزعة IEEE 1588)، يمكن للأنظمة المحولة المتكاملة استيعاب التطبيقات التجارية والصناعية في وقت واحد.
2
الحتمية لتطبيقات التحكم في الحركة
يعتمد التحكم في الحركة على الاتصال الدقيق. يتم دعم هذه الدقة من خلال الجدولة المستندة إلى الفترة الزمنية--، حيث يكون لكل جهاز جدول زمني ضمن سياسة الجدولة للاتصال بالأجهزة الأخرى. تقوم محركات الأقراص المؤازرة ووحدات التحكم هذه بحساب التوقيت الخاص بها، والذي يمكن من خلاله استخلاص قيمة ∆T لوظيفة التحكم. ومع ذلك، إذا أصبح نقل البيانات غير متوقع، فقد يتم فقدان النتائج؛ ولذلك، الحتمية مطلوبة لضمان استقرار الحلقة.
إن شبكة Ethernet قادرة على دعم تطبيقات التحكم في الحركة المطلوبة في المصنع.
في بعض الحالات، يعد تطبيق IEEE 1588 في EtherNet/IP من خلال دوائر التسريع المدمجة مباشرة في شرائح Intel® مجرد آلية واحدة شائعة تعمل من خلالها حلول Ethernet على فرض الحتمية. تعد معالجة الوقت الفعلي-السريعة-في EtherCAT مثالًا آخر على كيفية تحقيق الأداء المتسق والمتوقع في تطبيقات التحكم في الحركة. يتغلب EtherCAT على القيود المادية الصارمة للاتصالات المركزية المستندة إلى PCI-، والتي تتطلب اتصالاً سريعًا بين وحدة معالجة الجهاز والمعالج المؤازر مع الحفاظ على مسافة قصيرة.
وأوضح جيسون جورجيس في مقال نشر في *تصميم الآلة* في عام 2010:
توفر بنية المعالج الموزعة المستندة إلى EtherCAT- عرض نطاق ترددي عاليًا ومزامنة ومرونة مادية، مما ينافس إمكانات التحكم المركزي مع تقديم مزايا الشبكة الموزعة.
في الواقع، يمكن لبعض المعالجات التي تستخدم هذا الأسلوب التحكم في ما يصل إلى 64 محورًا عالي التنسيق-بما في ذلك الموضع والسرعة والحلقات الحالية بالإضافة إلى التبديل-بمعدلات أخذ العينات والتحديث البالغة 20 كيلو هرتز.
3
صلاحية -الاستخدام على المدى الطويل لـ IIoT
منذ بدايتها كتقنية شبكة محلية (LAN)، خضعت شبكة Ethernet لسلسلة من التطورات. نظرًا لأن مكونات ناقل المجال التقليدية يتم إنتاجها حاليًا على نطاق صغير وأن PCI قد يصبح بنية معيارية صناعية قديمة، فقد تطورت شبكة Ethernet إلى الحد الذي أصبحت فيه الآن قادرة تمامًا على خدمة إنترنت الأشياء الصناعية (IIoT) المستندة إلى IP-.
إن التحسينات القادمة-مثل الشبكات الحساسة للوقت-والتي ستعمل على تحسين IEEE 1588 ودعم إمكانية تقارب الشبكات-تجعل من Ethernet خيارًا مثاليًا لتطبيقات التحكم في الحركة الحالية والمستقبلية. هذا لا يعني أن نواقل المجال وPCI سوف تختفي؛ بدلاً من ذلك، مع تحرك صناعة الأتمتة نحو إنترنت الأشياء الصناعية، ستستمر مزايا شبكة إيثرنت في النمو.