Astratto
Cosa significa Ethernet industriale? L'Ethernet industriale svolge un ruolo fondamentale in quanto è in grado di supportare una varietà di protocolli di rete per implementare il controllo deterministico delle comunicazioni in tempo reale-.
"Industrial Ethernet" (IE) si riferisce all'uso di Ethernet in ambienti industriali, in particolare quelli che impiegano meccanismi di controllo predeterministici e in tempo reale-.
Hardware, software e servizi sono gli elementi più importanti quando si tratta di fornire soluzioni di comunicazione per l'automazione industriale e Industrial Ethernet viene utilizzato in un'ampia varietà di settori, tra cui petrolio e gas, aerospaziale e difesa, energia ed energia, elettrico ed elettronico, automobilistico e dei trasporti e chimico. All'interno di Industrial Ethernet, protocolli come TSN, OPC-UA, EtherCAT, Profinet, ethernet/IP, CC-link IE e Modbus vengono utilizzati in un'ampia varietà di applicazioni mirate.
Architettura Ethernet industriale
Le reti-sensibili al fattore tempo, spesso denominate TSN, sono una delle entità chiave che costituiscono il nucleo dei sistemi fisici-informatici dell'Industria 4.0, che è guidato dalla più deterministica Ethernet industriale (vedi Figura 2). Per raggiungere questo obiettivo, è necessario unire le reti di tecnologia operativa (OT) e le reti di tecnologia dell’informazione (IT) dei livelli più elevati di produzione e questi sistemi devono avere una sorta di presentazione nel cyberspazio per funzionare correttamente. Tuttavia, la stragrande maggioranza degli standard Ethernet industriali contemporanei richiede l’uso di hardware e protocolli proprietari, il che rende molto difficile la convergenza della rete. Per affrontare questi cambiamenti e requisiti, Renesas offre prodotti/soluzioni mirate relative al Time Sensitive Networking (TSN).
La task force TSN IEEE 802.1 ha integrato gli standard IEEE (vedi Figura 3) per supportare il comportamento prevedibile in tempo reale-e la scalabilità verticale e orizzontale della tecnologia TSN.
Il SoC Renesas R-IN32M4-CL3 è stato uno dei primi controller a supportare CC-Link IE TSN Classe B, mentre la famiglia di SoC R-IN32M2 e gli MCU RX72M dispongono anche di soluzioni che supportano CC-Link IE TSN Classe a. Queste soluzioni consentono comunicazioni ad alta-velocità e-capacità che possono essere realizzate senza sistemi operativi software in tempo reale e componenti esterni.
Per le comunicazioni M2M dell'automazione industriale viene utilizzata la Open Platform Communications Unified Architecture (OPC UA) creata dalla OPC Foundation. L'architettura è applicabile a tutti i componenti industriali, inclusi sensori e attuatori industriali, sistemi di controllo, utilizzati per il comando e il controllo dei processi industriali. Ed è un protocollo standard aperto, adattabile, affidabile e a più livelli.
L'architettura del sistema OPC UA modella client e server come partner interagenti e ciascun sistema può contenere più client e server. La Figura 4 di seguito illustra un'architettura contenente una combinazione di server e client.
Architettura OPC-UA Broad
EtherCAT
EtherCAT è un sistema bus di campo basato su Ethernet- gestito da EtherCAT Technology Group. Il protocollo viene utilizzato da e per dispositivi che eseguono simultaneamente l'acquisizione di dati ad alta-velocità e il controllo-in tempo reale. Grazie alle sue prestazioni elevate, al basso costo e alla topologia flessibile, EtherCAT è diventato uno dei protocolli leader del settore. Renesas ha ampliato il proprio portafoglio di controllo dei dispositivi e di rete con il nucleo proprietario di Renesas composto dalle nuove CPU RXv3 di terza generazione- e dagli MCU RX72M, RX72N e RX66N a 32 bit per l'automazione industriale che integrano il controllo dei dispositivi e le funzionalità di rete su un singolo chip (vedere la Figura 5).
Per soddisfare le esigenze dell'automazione industriale, Renesas ha introdotto una gamma di microcontrollori per la connettività EtherCAT. Tra questi, l'RX72M è dotato di un processore da 240 MHz, fino a 4 MB di memoria flash e 1 MB di RAM, con un'ampia gamma di periferiche e interfacce come Ethernet, USB, CAN, SPI, I2C e altro. Questo microcontrollore adattabile è diventato la prima scelta per molte applicazioni industriali.
Alcune caratteristiche chiave dei modelli RX72M, RX72N e RX66N
PROFINET
Lo standard PROFINET è un protocollo Ethernet industriale aperto e standardizzato per il trasferimento dati in ambienti di automazione che facilita la comunicazione tra controllori e dispositivi. I protocolli ciclici e aciclici di PROFINET definiscono diagnostica, sicurezza funzionale, allarmi e altre forme di scambio di dati. TPS-1 di Renesas Electronics è una soluzione PROFINET (IRT)-dispositivo PROFINET IO-on-chip che semplifica il processo di implementazione e fornisce ai produttori di apparecchiature un'integrazione rapida, semplice ed economica delle interfacce dei dispositivi PROFINET IO.
PROFINET è un protocollo bus di campo comunemente utilizzato nelle applicazioni di automazione industriale e supporta i protocolli Profibus DP (Periferica decentralizzata) e Profibus DP-V1 (Versione 1), ampiamente utilizzati nelle applicazioni di automazione industriale per la comunicazione tra PLC e altri dispositivi. organizzazione ombrello globale per le tecnologie Profibus e PROFINET Profibus & PROFINET INTERNATIONAL (PI) elenca l'MCU RX72M tra gli MCU/MPU/LSI consigliati per il supporto del bus di campo. Pertanto, l'MCU RX72M è una scelta versatile per le applicazioni di automazione industriale.
Ethernet/IP
Ethernet/IP è un protocollo che consente ai dispositivi di automazione industriale connessi tramite Ethernet-di interagire. È uno dei tre protocolli di automazione industriale basati su Ethernet-creati dalla Open DeviceNet Vendor Association (ODVA), gli altri due sono PROFINET ed EtherCAT. Ethernet/IP fornisce comunicazioni sia cicliche che acicliche e può essere comunicato tramite TCP/IP e UDP/IP. Ciò lo rende un protocollo versatile che può essere utilizzato nell'industria, dai piccoli sistemi di controllo ai grandi sistemi distribuiti. I dispositivi industriali come PLC, HMI, sensori e altri dispositivi di automazione possono essere comunicati e controllati in tempo reale utilizzando Ethernet/IP, che fornisce comunicazioni scalabili e ad alta-velocità utilizzando Ethernet e IP.
MAC Ethernet
Ethernet MAC (Ethernet Media Access Control) è un identificatore univoco per il controller di interfaccia di rete (NIC) di un dispositivo, utilizzato per abilitare le comunicazioni di rete Ethernet. Il supporto FSP (Flexible Package) basato su FreeRTOS- consente l'adozione di altri RTOS e middleware.
Inoltre, Renesas supporta un ecosistema di partner completo per fornire una gamma di componenti software e hardware che funzioneranno-pronto-all'uso-con gli MCU Renesas. Questo ecosistema contribuirà ad accelerare lo sviluppo delle applicazioni IoT, comprese le tecnologie chiave.
Come già sottolineato, gli odierni stabilimenti produttivi richiedono un framework Ethernet comune, robusto, deterministico e non-deterministico per consentire il massimo grado di connettività di rete industriale. In qualità di leader di mercato in questo settore, le soluzioni Renesas coprono un'ampia gamma di requisiti Ethernet industriali e sono note per le loro prestazioni, affidabilità e facilità d'uso. Per l'automazione industriale e altre applicazioni, questi sistemi sono progettati per il trasferimento dati ad alta-velocità, bassa latenza e basso consumo energetico. Per accelerarne l'adozione, Renesas offre una varietà di kit di soluzioni e sviluppo per aiutare gli ingegneri a creare rapidamente soluzioni Ethernet industriali a valore-aggiunto.