Ethernet/IP

Protocolo de camada de aplicação industrial para aplicações em automação industrial

A Ethernet está ganhando aceitação na área industrial. Computadores pessoais, impressoras e outros periféricos com interfaces prontas para Ethernet estão migrando para a área industrial e, quando usado com switches inteligentes e roteadores este padrão de rede ganha ainda maior aceitação no "chão-de-fábrica". Apenas a falta de normatização de uma camada de aplicação específica e conectividade específica para esta área têm sido barreiras para a aceitação definitiva da Ethernet no cenário industrial.

A Ethernet/IP é um protocolo de camada de aplicação industrial para aplicações de autmação. Construída sobre os protocolos TCP/IP, esta interface utiliza hardware e software já estabelecidos para definir um protocolo de camada de aplicação para a configuração, acesso e controle de dispositivos de automação industrial. A Ethernet/IP classifica nós de rede por tipos de dispositivos conforme prédefinidos por procedimentos específicos. O protocolo de camada de aplicação Ethernet/IP baseia-se no “Protocolo de Informação e Controle” (CIP, Control and Information Protocol) usado em ambos DeviceNet e ControlNet. Construída sobre estes protocolos a Ethernet/IP oferece um sistema integrado transparente desde o “chão-de-fábrica" até a rede corporativa.

História

O meio físico da Ethernet, cabos e conectores que interligam os PCs, impressoras, e outros periféricos lidam com uma série de protocolos de comunicação tais como IP (Internet Protocol), TCP (Transport Control Protocol) e vários outros protocolos de comunicação em redes. Este conjunto de protocolos e conectividade aplica-se também ao ambiente de escritório. Ele permite aos usuários compartilhar arquivos, acessar impressoras, enviar e-mails, consultar a Internet, bem com desempenhar outras atividades de comunicações usadas em um ambiente de escritório. As necessidades do "chão-de-fábrica" são muito mais exigentes e precisam atender a alguns requisitos especiais. Nestes ambientes, os controladores devem acessar os dados a partir de sistemas, estações de trabalho e dispositivos de entrada e saída de dados. Em operações normais o software faz com que um usuário aguarde enquanto uma tarefa está sendo executada. Os dados do “chão-de-fábrica”, por outro lado, são sensíveis ao tempo e requerem comunicação em tempo real. A parada de um robô ou de um sistema responsável pelo enchimento de garrafas em uma linha de produção no tempo correto requerem uma temporização muito precisa em relação ao aceso de um arquivo em um servidor remoto ou a abertura de uma página em um web site.

A Ethernet/IP é um protocolo de camada de aplicação que foi projetado para o ambiente industrial. Há quatro grupos de normatização que reuníram esforcos para desenvolver e promover a Ethernt/IP como uma aplicação publicamente disponível para automação: O ODVA (Open DeviceNet Vendor Association), a IONA (Industrial Open Ethernet Association), a CI (Control Net International) e a IEA (Industrial Ethernet Association). O objetivo comum a todos estes grupos é mostrar como a Ethernet pode se tornar um padrão comum apropriado para uma ampla escala de de dispositivos de automação. Estes mesmos grupos estão trabalhando em requisitos que são necessários aos ambientes hostís de “chão-de-fábrica”.

Tecnologia Ethernet/IP

A Ethernet/IP usa todos os protocolos de Ethernet tradicional incluindo o TCP (Transport Control Protocol), o IP (Internet Protocol) e as tecnologias de sinalização e acesso ao meio físico encontradas em todas as interfaces de rede Ethernet. Por basear-se em tecnologias padronizadas para Ethernet, a Ethernet/IP operará de modo transparente com todos os dispositivos padrão Ethernet disponíveis atualmente. Ainda mais importante, baseando-se em tecnologia Ethernet e em todas as outras envolvidas com Ethernet, a Ethernet/IP estará também envolvida com todas elas.

Os grupos que apoiam a Ethernet/IP estão trabalhando juntos pra escrever um padrão completo e consistente. O trabalho na interface Ethernet/IP está sendo desenvolvido pela participação de vários fabricantes e inclui a apresentação de uma especificação (norma), bem como a realização de testes por laboratórios certificados independentes.

Protocolo amplamente usado

A Ethernet/IP está sendo construída a partir de um padrão amplamente usado em DeviceNet e ControlNet conhecido como CIP (Control and Information Protocol). Este padrão organiza dispositivos em rede como uma coleção de objetos. Ele define acesso, procedimentos e extensões que permitem dispositivos diferentes serem acessados usando-se um protocolo comum. A Ethernet/IP está baseada em um padrão amplamente entendido e implementado.

CIP para Ethernet/IP

As vantagens do CIP (Control and Information Protocol) sobre Ethernet/IP são muitas; uma delas é oferecer meios de acesso que uma ferramenta de configuração possa ser usada para configurar dispositivos CIP em difrentes redes a partir de um único ponto de acesso sem um software proprietário. A classificação de todos os dipositivos como objetos diminui os custos de treinamento e start-up requeridos quando novos dispositivos forem incorporados à rede. A Ethernet/IP diminui os tempos de resposta e permite um maior throughput que DeviceNet e/ou ControlNet. A Ethernet/IP conecta dispositivos do nível de barramento ao nível de controle e ao nível corporativo por meio de uma interface de aplicação consistente.

Conectividade Industrial no “chão-de-fábrica”

Os produtos de conectividade tradicionais oferecem aos seus usuários anos de confiabilidade de serviço em ambientes de escritório típicos. No entanto, expor o mesmo cabo de cobre ou conectores de fibra a condições extremas como poeira, variações de temperatura, umidade, interferência eletromagnética e vibrações pode comprometer o desempenho e a confiabilidade do sistema. Em ambientes hostís onde a exposição a alguns ou todos estes fatores é uma ocorrência diária, a conexão casada típica (tomada e plugue RJ-45) pode sofrer corrosão, rachaduras, depósito de poeira e, enventualmente falhar. Por fim, os clientes encontrariam altos custos de manutenção com pesquisas de defeitos na rede e substituição de componentes.

Está entrando no mercado agora uma nova linha de conectores projetados para oferecer uma conexão robusta mesmo para aquelas aplicações em ambientes muito hostís. Trata-se de um conector mais robusto e mais resistente que o conector usado em Ethernet convencional. Esta nova interface é comumente referida como "Conector Industrial," porém sua aplicação não está limitada ao “chão-de-fábrica” apenas. Uma vez que este conector foi projetado para resistir às condições ambientais mais severas, as aplicações operarão em ambientes sujeitos a umidade, líquidos, contaminantes trazidos pelo ar, vibrações e/ou temperaturas extremas.

Soluções de Conectores Industriais disponíveis hoje

A The Siemon Company desenvolveu um conector industrial RJ-45 que atende aos requisitos pendentes da TIA e IEC e que foi reconhecido também pela ODVA. O Conector Industrial MAX da Siemon, bem como o plugue oferecem superior resistência ao ambiente severo do “chão-de-fábrica”.

A solução industrial da Siemon atinge uma proteção IP-67 por meio de um conjunto selado RJ- 45 - plugue e tomada. O corpo do plugue tem um invólucro único estilo baineta que com apenas um quarto de giro conecta o plugue à tomada e garante desempenho em Categoria 5e. Este conector pode ser terminado em campo e permite a confecção de patch cords em campo pelo instalador, em comprimentos diversos para aplicações de manutenção de emergência.

O conjunto tomada-plugue inibe o ingreso de poeira e contaminates líquidos nos contatos. Além disso, o conjunto pode ser submetido a vibrações fortes sem quaisquer danos aos seus contatos.

O Conector Industrial MAX da Siemon também usa materiais que são mais resistentes a contaminantes químicos e suportam uma variação grande de temperatura (desde -25°C a +85°C). Comparado com conectores de aplicação comercial este dispositivo suporta variações de temperatura superiores a 50%.

Finalmente, para ambientes com altos níveis de interferência eletromagnética a Siemon oferece sua solução industrial ScTP (Screened Twisted Pair) para garantir a integridade dos dados digitais. Ainda, o cabo blindado e o hardware de conexão ScTP oferecem uma blindagem de alta eficiência e baixa impedância de transferência para as transições entre o cabeamento horizontal e os equipamentos ativos da rede.

Desafios de instalação

A implementação da Ethernt/IP tem seus desafios. Um problema comum é a falta de pessoal treinado que conheça os fundamentos de TI (Tecnologia da Informação) e as redes de automação industrial. Ambas as equipes de TI e de automação devem trabalhar juntas para instalar e implementar sistemas Ethernet/IP. A configuração apropriada das redes representa um segundo desafio. O correto planejamento da infra-estrutura de automação de fábrica baseada em Ethernet é também crítica. A documentação cuidadosa de vias, espaços, dispositivos e conexão entre dispositivos é crítica para atender aos requisitos de operação das redes, bem como a escolha de roteadores e switches adequados. Por outro lado, uma rede Ethernet/IP corretamente instalada requer pouca manutenção.

Há muitos concorrentes no que diz respeito à Ethernet/IP como Modbus, ProfiNet, HSE Fieldbus e muitos outros protocolos proprietários. A oposição a Ethernet de “chão-de-fábrica” usa como argumentos a falta de suporte deste padrão a aplicações de automação, bem como confiabilidade e altas taxas de colisão. Estes argumentos podem ter sido verdade no passado, porém com switches inteligentes, estes argumentos podem ser deixados de lado. Estes switches oferecem a confiabilidade requerida por praticamente todas as aplicações de automação.

O movimento em direção a padronização da Ethernet Industrial e sua implementação no “chão-defábrica” depende apenas de nós.

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