Moduły komunikacyjne w obudowach

Rys. 6. Ocena warunków biznesowych w pierwszym kwartale 2012 roku

Sprzęt w postaci "gołej" płytki drukowanej jest wyraźnie ukierunkowany na elektronikę i zastosowania OEM, dużą część rynku stanowią rozwiązania gotowe do użycia. Moduły ethernetowe dla przemysłu, układów automatyki i systemów pomiarowych dostępne są w obudowach przeznaczonych do montażu na szynie DIN lub do montażu w szafach instalacyjnych.

Mają one odpowiednio wysoki stopień odporności środowiskowej i szeroki zakres temperatur pracy. Są zasilane napięciem stałym z instalacji na obiekcie lub poprzez kabel ethernetowy (PoE). Urządzenia takie mają też złącza ułatwiające podłączanie kabli sygnałowych i nierzadko wyposażone są w kontrolki lub wyświetlacz sygnalizujący stan pracy i ułatwiający kontrolę ich działania.

W zakresie urządzeń komunikacyjnych jedną z większych części rynku tworzą serwery portów, czyli inaczej konwertery interfejsów sieciowych, wyposażone we własny komputer zapewniający możliwość programowania i ustawiania parametrów. Ogromna część dostępnych na rynku urządzeń pozwala na dodanie komunikacji przez Ethernet do sprzętu z portami RS232/422/485 (serial-to-ethernet i na odwrót).

Są one potrzebne do sterowania i zarządzania urządzeniem poprzez sieć oraz wydłużenia niewielkiego zasięgu RS-a. Dzięki odpowiednim sterownikom, z punktu widzenia oprogramowania, takie przedłużenie może być przeźroczyste dla danych i aplikacji software'owej. Nierzadko jeden serwer portów obsługuje kilka łączy RS, a po stronie Ethernetu obsługiwane są sieci z protokołem Modbus.

Serwery portów poza portami szeregowymi mają też wyprowadzone zwykłe linie IO, pozwalające na realizacje tradycyjnych układów sterowania. Oprócz wersji kablowych dostępne są urządzenia z interfejsem WLAN. Ich funkcjonalność jest podobna jak opisanych wyżej, z tym że łącze ethernetowe realizowane jest bezprzewodowo, ze wszystkimi popularnymi usługami związanymi z komunikacją za pomocą protokołu TCP/IP.

Rys. 7. Struktura odbiorców modułów komunikacyjnych w podziale na branże i sektory

Moduły ethernetowe są też dostępne w wersjach z liniami cyfrowymi na wyjściu, wyjściami przekaźnikowymi oraz z przetwornikami pomiarowymi. Linie cyfrowe mają w takim przypadku separację galwaniczną i mogą być wykorzystywane do podłączania do sieci dowolnego sprzętu lub tworzenia rozproszonych systemów pomiarowo-sterujących.

Wbudowany komputer sterujący pozwala na monitorowanie i rejestrację danych przepływających przez takie urządzenia, wizualizację ich na ekranie przeglądarki internetowej i podobne funkcje. Niektórzy producenci dodają nawet dodatkowo modem GSM, dzięki czemu możliwe jest monitorowanie działania przez SMS-y lub generowanie alarmów w sytuacjach krytycznych.

Rozwój rynku

Rys. 8. Funkcje użytkowe oczekiwane przez klientów od modułów ethernetowych

Zapotrzebowanie na moduły komunikacyjne do Ethernetu jest w największym stopniu konsekwencją uniwersalnych trendów rozwoju elektroniki i automatyki. Coraz więcej sprzętu wyposaża się w interfejsy sieciowe przewodowe i bezprzewodowe, gdyż w ten sposób zwiększa się prostota aplikacji i uniwersalność jej stosowania.

Modernizacja przemysłu często wiąże się z budową sieci komunikacyjnej, instalacją komputerów i oprogramowania do wizualizacji procesów, sterowania i monitoringu, co narzucają normy dotyczące zapewnienia jakości lub bezpieczeństwa produkcji. Połączenie możliwie wielu urządzeń z siecią jest tutaj naturalną konsekwencją spełnienia tych wymagań.

Produkcja w przemyśle coraz częściej jest także zdecentralizowana, a więc realizowana w różnych miejscach, ale w ramach wspólnej infrastruktury. Do takich zadań sieć komunikacyjna i podłączenie każdego sprzętu jest niezbędne. Łatwość stosowania dostępnych na rynku produktów komunikacyjnych i to nie tylko ethernetowych, ale wszystkich typów oraz wysoka szybkość łatwość ich wdrożenia i konfiguracji sprawiają, że na rynku widoczny jest mocny trend wzrostowy.

Korzyści te sprawiają, że sieć Ethernet systematycznie zastępuje inne sieci w przemyśle, m.in. szeregowe. Moduły komunikacyjne dla przemysłu mają dużą funkcjonalność, bazują na powszechnych standardach, i są elastyczne w stosowaniu i łatwe w uruchamianiu.

Cechy te w dużym stopniu przyczyniają się do coraz większej ich popularności i rozwoju tego sektora rynku. Po stronie modułów do zastosowań w systemach embedded czynnikami prorozwojowymi są głównie niska cena, łatwość stosowania i wykorzystania oraz szeroka oferta ułatwiająca ich aplikowanie.

Jeszcze kilka lat temu koszt dodania Ethernetu lub USB do własnej aplikacji był zauważalnie większy, ale coraz szersza oferta mikrokontrolerów z omawianymi interfejsami zbija ceny modułów. Wiadomo, że konstruktor mając do wyboru rozwiązanie gotowe i własny interfejs dokonuje wyboru, co mu się bardziej opłaca, posługując się wieloma kryteriami, m.in. ceną.

Gdy jest ona wysoka, może zdecydować się na inwestycję we własny projekt. Trudno jednoznacznie stwierdzić, gdzie leży granica pomiędzy rozwiązaniem własnym a gotowym, ale wydaje się, że użycie modułów preferowane jest przy małej skali produkcji, wymaganej dużej funkcjonalności interfejsu oraz szybkości realizacji projektu.

Rys. 9. Czego oczekują klienci od dostawców urządzeń komunikacyjnych

Skoro cena jest ważnym parametrem aplikacyjnym, głównym problemem związanym z modułami komunikacyjnymi są obecne na rynku tanie produkty o niskiej jakości i ograniczonej funkcjonalności. Wiele z nich zawiera w środku mikroprocesor i oprogramowanie, stąd od jego jakości zależy w dużej mierze stabilna i bezproblemowa praca tych urządzeń.

Produkty słabe pod tym względem niestety ograniczają zaufanie i chęć implementowania omawianych rozwiązań komunikacyjnych, gdyż problemy z nieprawidłowo działającą siecią są trudne w diagnozowaniu.

W aplikacjach przemysłowych, w których kluczowymi parametrami są niezawodność i pewność komunikacji, coraz większym zainteresowaniem cieszą się systemy zarządzania siecią, pozwalające na monitorowanie, konfigurowanie i zarządzanie urządzeniami pracującymi w oparciu o Ethernet lub sieć szeregową.

Pozwala to w sposób automatyczny wykrywać połączenia pomiędzy urządzeniami pracującymi w sieci. Na podstawie tych danych budowana jest graficzna wizualizacja topologii całej sieci, dzięki czemu zarządzanie i diagnostyka są bardziej intuicyjne, a wykrywanie awarii jest szybkie i proste.

Trendy

Rys. 10. Najbardziej istotne cechy oferty handlowej

Zastosowanie modułów komunikacyjnych w najbliższych latach powinno wzrastać i prawdopodobnie wzrośnie też udział rynkowy modułów bezprzewodowych. Takie są ogólne trendy na rynku, które widać w poszerzającej się tale ofercie i funkcjonalność produktów musi podążać tą ścieżką. WiFi w modułach ethernetowych staje się coraz popularniejsze i także należy oczekiwać, że bezprzewodowość w przemyśle będzie coraz silniej akcentowana.

W modułach USB powstają konwertery na RS232, SPI i inne standardy, ale w porównaniu do Ethernetu, USB jest wyraźniej mniej popularne. Ten standard raczej ukierunkowany jest na podłączanie urządzenia do peceta po to, aby odebrać dane pomiarowe, dokonać aktualizacji oprogramowania i przez to raczej wiąże się z elektroniką.

Rynek krajowy

Rys. 11. Chmurka najbardziej rozpoznawanych dostawców krajowych ethernetowych modułów komunikacyjnych

Rynek modułów komunikacyjnych bardzo szybko się rozwija, zarówno jeśli chodzi o liczbę klientów, ale także jeśli chodzi o liczbę producentów i dostawców tego typu rozwiązań. Liczba dystrybutorów omawianych produktów szybko rośnie, zwłaszcza w zakresie tańszych marek i sprzętu mniej renomowanych firm (rys. 1).

Opisywany sprzęt jest zbyt specjalistyczny i wyspecjalizowany, aby stał się główną osią firmy. Jest to zawsze dodatek i uzupełnienie szerszej oferty produktów, zarówno po stronie dystrybucji, jak i często dla producentów takich urządzeń, jak na przykład ICP DAS. Widać to wyraźnie w wersjach dostępnych w obudowie dla przemysłu.

W modułach OEM mamy kilku producentów dalekowschodnich, którzy wyspecjalizowali się w takich rozwiązaniach (Tibbo), ale ich wyroby pojawiają się u wielu dystrybutorów. Siatka sprzedaży bywa dość szeroka i widać to na rysunku 2, gdzie pokazujemy, jaką część sprzedaży dla dostawców z niniejszego zestawienia tworzą ethernetowe moduły komunikacyjne i USB.

Dla blisko trzech czwartych firm przynoszą one nie więcej niż 10% sprzedaży, nikt nie wskazał w ankiecie, że ma z nich więcej niż 50% obrotów, a więc innymi słowy są one dodatkiem i to zwykle o niewielkim znaczeniu biznesowym. Na rysunku 3 pokazujemy strukturę obrotów osiąganych przez dostawców ze sprzedaży tych urządzeń. Ponownie okazuje się, że dla połowy firm jest to produkt przynoszący do 100 tys. złotych rocznie, czyli dość mało.

Pocieszające jest, że co czwarta firma ma sprzedaż pomiędzy 1 a 5 mln, co jest wyraźnym potwierdzeniem tezy, że rynek rozwija się w dobrym tempie. Konsekwencją szybkiego rozwoju, wchodzących na rynek tańszych marek, większej liczby dostawców szukających klientów i obszarów zbytu jest dość duża konkurencja (rys. 4).

Zdaniem aż 57% specjalistów jest ona silna lub bardzo silna, co wskazuje, że nie jest to łatwy biznes. Wzrosty sprzedaży zanotowane na przestrzeni ostatnich trzech lat pokazane zostały na rysunku 5. Wyraźnie widać, że każdy kolejny rok od 2009 był coraz lepszy, bo liczba firm, które mogły pochwalić się większym wzrostem sprzedaży, cały czas wzrasta.

W 2009 roku 60% dostawców nie wyszło poza 15-procentowy wzrost roczny, w 2011 już tylko 26%. Jeśli chodzi o aktualne okres, to ocena tego, co się dzieje na rynku, pokazana została na rysunku 6. 60% ankietowanych specjalistów uważa, że pierwszy kwartał 2012 roku był dość dobry, a 12% nawet, że bardzo dobry. Oby takie warunki biznesowe utrzymały się jak najdłużej.