Incotro se indreapta comunicatia Ethernet?

Asistam la o crestere rapida a cantitatii de date care trebuie comunicate in contextul revolutiei industriale 4.0. Companiile industriale aleg din ce in ce mai mult solutii de conectare Ethernet care trebuie sa indeplineasca cerinte diferite fata de cele din birou. Viteza nu este cel mai important factor iar cererea de solutii simple si eficiente din punct de vedere al costurilor creste, precum si cererea de conexiuni hibride. Comunicatia wireless ramane un segment de nisa in fabrici, spune Guido Ege, seful Managementului si Dezvoltarii Produselor la LAPP.

Guido Ege

Centrul de Cercetare Palo Alto al companiei Xerox este considerat locul de nastere al multor tehnologii informatice revolutionare. In Xerox Parc, pionierii au dezvoltat prima interfata grafica utilizata de mouse si imprimanta laser. Robert Metcalfe a fost unul dintre pionierii primelor zile. Ca doctorand in cercetare a fost rugat sa conecteze intre ele computerele companiei. Din 1973, inginerul electric a lucrat la dezvoltarea unei tehnologii de retea care trimitea date in "eter", ceea ce nu era complet corect, deoarece era o tehnologie legata de fir, chiar daca deriva din tehnologia radio. Numele Ethernet a ramas totusi utilizat si a devenit una dintre cele mai mari povesti de succes din istoria calculatorului.


Incepand cu anii 1990, Ethernet a fost liderul indiscutabil in retelele locale de date (LAN: Local Area Network). In timp ce datele lui Robert Metcalfe puteau fi transmise cu o viteza maxima de 3 Mbit / s, viteza maxima a crescut in prezent la 10 Gbit / s, iar conform noilor standarde poate ajunge chiar si la 400 Gbit / s in anumite conditii. Institutul de Inginerie Electrotehnica si Electronica (IEEE) monitorizeaza conformitatea standardelor pentru Ethernet. Acest lucru este foarte eficient pentru aplicatiile dintr-un mediu de birou, de exemplu, pentru conectarea PC-urilor intre ele. Cand conectati un cablu LAN la un computer, puteti fi, in general sigur ca acesta va comunica perfect cu un alt computer sau cu un router de Internet.

Cablurile Ethernet cu o singura pereche sunt mai compacte, mai usoare, mai usor de instalat si mai ieftine decat cablurile traditionale Ethernet cu patru perechi   si sunt suficiente pentru multe aplicatii la nivel de camp.

Cablurile Ethernet cu o singura pereche sunt mai compacte, mai usoare, mai usor de instalat si mai ieftine decat cablurile traditionale Ethernet cu patru perechi si sunt suficiente pentru multe aplicatii la nivel de camp.

Proliferarea standardelor Ethernet


Este o poveste diferita pentru fabrici. Exista acum mai mult de 20 de sisteme industriale Ethernet si toate acestea difera in termeni de detalii tehnice ceea ce le face incompatibile. In plus, exista mai mult de 50 de sisteme fieldbus, cum ar fi PROFIBUS sau CAN BUS, care au fost dezvoltate de producatorii de tehnologie de automatizare. Acestea tind, de asemenea, sa fie incompatibile intre ele. Sistemele Fieldbus sunt utilizate pe scara larga in fabrici, deoarece sunt considerate mai robuste. Ei transmit pachete de date mai mici decat Ethernet, dar sunt capabile de transmitere in timp real. Acest lucru este important pentru procesele critice de timp, de exemplu, atunci cand o unitate trebuie sa reactioneze in microsecunde la un semnal provenit de la un senzor. De exemplu, butonul ciuperca pentru avarie trebuie sa garanteze oprirea imediata a unui utilaj. Pana in prezent, acest lucru a fost posibil numai intr-o masura limitata cu Ethernet, desi IEEE a facut incercari de standardizare pentru a implementa in standard capacitatea de transmitere in timp real in Ethernet.


Datele de piata ofera motive sa credem ca viitorul apartine retelelor Ethernet in fabrici. Ethernetul industrial creste in prezent cu 22% pe an, comparativ cu o crestere de doar sase la suta in sistemele fieldbus. In 2018, numarul de retele Ethernet din fabrici va depasi, pentru prima data, pe cele ale retelelor fieldbus. Motivul acestei cresteri este cresterea numarului de retele si digitalizarea din industrie de 4 ori, rezultand o alta rezolutie a piramidei de automatizare. Aceasta se refera la nivelurile de comunicare din fabrica cu nivelul campului cel mai mic. Deasupra nivelului de camp, exista nivelul de control, nivelul de control al procesului, nivelul de control al operatiunilor si, la nivel de companie, nivelul cu sistemele sale ERP, in special SAP. Pana in prezent, aceste niveluri aveau functii diferite si, prin urmare, au functionat programe diferite, datele senzorilor trebuind sa treaca de la un nivel la altul si viceversa, datele de planificare fiind, de asemenea, filtrate in jos. Acest lucru face ca controlul fabricii sa fie complicat si nu foarte versatil; lumea clasica de automatizare nu este facuta pentru productia flexibila cu o dimensiune mica a lotului de produse finite.


Ierarhii plate in comunicarea industriala


Odata cu rezolvarea piramidei de automatizare, aceste niveluri dispar si comunicarea are loc in ierarhii plate. Toate elementele comunica intre ele - sistemele ERP pot, de exemplu, sa acceseze direct senzorii direct de pe o masina si sa stabileasca daca poate aparea o defectiune care ar afecta capacitatea de livrare. Acest lucru este posibil numai daca tehnologia de conectare poate fi gandita sa functioneze ireprosabil si in afara biroului. Prin urmare, nu este surprinzator faptul ca Ethernet-ul stabilit in mediul de birou isi gaseste acum drumul spre productie si logistica, bineinteles cu componente mai robuste.
LAPP are astfel de componente in portofoliul sau. In mod traditional, produsele pentru sistemele fieldbus au dominat piata, dar clientii pot gasi acum tot ceea ce au nevoie pentru a se conecta cu Ethernet industrial - de la cabluri si conectori pana la cabluri premufate gata de instalat din gama ÖLFLEX® CONNECT. Printre cablurile performante se numara, de exemplu, ETHERLINE® PN Cat.6A FC cu 10 Gbit / s la o latime de banda de 500 MHz. Este capabil de conectare rapida si sigura datorita absentei ecranarii, datorita mantalei interioare si a unui separator central in forma de cruce. In plus, cablul este certificat si pentru piata din America de Nord. Printre produsele destinate Ethernetului se numara modulul de date EPIC® MH Gigabit, un conector dreptunghiular cu design modular, care permite transmiterea datelor . De asemenea, robustul switch ETHERLINE® ACCESS este destinat pentru distribuirea datelor in conditii industriale dificile. "Produsele noastre nu sunt dependente de un anume producator si sunt intotdeauna adaptate aplicatiei. Asta inseamna ca pot fi utilizate pentru toate sistemele de comunicatii obisnuite ", subliniaza Guido Ege, seful Managementului si Dezvoltarii Produselor la LAPP.


Mai multe cabluri, o singura manta


LAPP examineaza piata Ethernet destinat mediului industrial de multi ani si a identificat doua tendinte care vor deveni din ce in ce mai importante in viitor. O tendinta este utilizarea cablurilor hibride, asa-numitele solutii intr-un singur cablu. Acestea sunt cabluri care combina diferite functii intr-o manta exterioara unica si sunt, in mod normal, cabluri de conectare pentru servomecanisme cu cabluri de reactie integrate pentru monitorizarea senzorilor. LAPP furnizeaza astfel de cabluri hibride pentru sistemul Hiperface DSL® Motor-Feedback-System de la Sick sau pentru ACURO®link de la Hengstler.

A doua tendinta este reducerea diametrului cablurilor de date. In timp ce Ethernet-ul precedent a necesitat doua sau patru perechi de fire, Ethernet cu o singura pereche poate transmite pana la 1 Gbit / s printr-o pereche de conductori. Utilizatorul beneficiaza de manopera redusa la instalare si are avantaje atat pentru spatiu, cat si pentru costuri. Dezvoltarea hardware-ului necesar pe partea de echipament a progresat in industria auto si poate fi adaptata si in celelalte ramuri industriale. Costurile, robustetea si lungimile mai mari care sunt posibile datorita ratelor scazute de transmitere a datelor indica faptul ca Ethernet cu o singura pereche va castiga importanta in industrie. Pe de alta parte utilizatorii sunt constienti de faptul ca nu fiecare senzor trebuie conectat la un cablu de 10 Gbit / s. Desi un cablu Ethernet cu o singura pereche atinge doar 1 Gbit / s, aceasta viteza este suficienta pentru multe aplicatii la nivel de camp. Marea majoritate a senzorilor furnizeaza cantitati mici de informatii, iar unii dintre ei sunt de tip contact si isi schimba starea din cand in cand.


Micsorarea dimensiunilor cablurilor


Potrivit consultantei de management Roland Berger, cererea de senzori va creste cu 17% pe an pana in 2020, in timp ce preturile vor scadea cu opt la suta anual. Acest lucru va stimula cererea de solutii de conectare eficiente din punct de vedere al costurilor. Cablurile Ethernet cu o singura pereche nu sunt totusi disponibile, cel putin pentru utilizarea in industrie. Industria de automobile utilizeaza deja cabluri similare in vehicule, insa nu exista inca standarde pentru aplicatiile industriale. Grupurile de lucru infiintate in prezent lucreaza in acest sens. "Primele produse seriale pentru Ethernet cu o singura pereche vor fi disponibile in doi sau trei ani, de asemenea, de la LAPP, desigur", promite Guido Ege.

In ceea ce priveste cresterea, Ethernet se situeaza pe locul al doilea pentru solutii de conectare pentru industrie. Cu o rata de crestere de 32%, tehnologiile wireless ocupa primul loc, chiar daca cota lor de piata este scazuta la sase la suta. WLAN, Bluetooth sau alte tipuri de comunicatii fara fir au avantaje atunci cand vine vorba de flexibilitate si mobilitate, de exemplu senzorii din statii de distributie apa potabila, in industria chimica sau in aplicatiile mobile. In ceea ce priveste raza de actiune, robustetea conexiunii , eficienta energetica si in special intarzierea semnalului, tehnologiile fara fir nu pot concura cu tehnologiile de transmitere a datelor prin cabluri. Cablurile sunt, de asemenea, mai putin sensibile la perturbari malware sau atacuri hacker. Acest lucru nu se va schimba prin aplicarea unor noi standarde, cum ar fi 5G. Guido Ege spune: "Wireless are justificarea sa, dar nu reprezinta o amenintare la adresa sistemelor legate de fir, ci este un supliment pentru cerinte speciale".