Komunikacja sieciowa w przemyśle - Ethernet i komunikacja bezprzewodowa zapewniają szybki rozwój

Głównymi odbiorcami urządzeń komunikacyjnych są w Polsce przedsiębiorstwa związane z szeroko rozumianym przemysłem. W tym przypadku sieci tworzą systemy komunikacyjne linii technologicznych, maszyn, stosowane są do przesyłania danych z oraz do obszaru hali produkcyjnej. Jeżeli chodzi o dokładniejszy podział odbiorców, to ich grupa obejmuje zarówno zakłady produkcyjne, producentów maszyn, jak też integratorów systemów.

Oprócz tego komunikacja przemysłowa to także aplikacje w różnych innych sektorach gospodarki, jak transport i zastosowania infrastrukturalne. Pochodną atrakcyjności i szerokiego rynku jest duża konkurencja wśród firm na nim działających. Komponenty sieciowe stosunkowo łatwo jest dodawać do oferty dystrybucyjnej, występuje ich duża podaż zarówno ze strony producentów markowych, jak też dostawców "ekonomicznych", przez co bariery wejścia na rynek są stosunkowo niskie.

Ethernet stale się umacnia

Preferencje polskich klientów są niezmiennie takie same. Dla odbiorców urządzeń sieciowych kluczowymi cechami tych ostatnich są cały czas jak najniższe ceny, dobre parametry techniczne, a następnie marka oraz jakość. Warto dodać, że urządzenia przemysłowe "domyślnie" spełniać muszą wymagania co do odporności środowiskowej, co oznacza możliwość ich pracy w dużym zakresie temperatur, przy dużej wilgotności, a także w miejscach, gdzie występującą drgania i wibracje oraz przepięcia w sieci zasilającej. W przeciwieństwie do sieci domowych, gdzie w przypadku problemów z połączeniem można zazwyczaj łatwo sprawdzić stan urządzeń, infrastruktura stosowana w przemyśle musi działać wysoce niezawodnie i cechować się bezobsługowością.

Ostatnia dekada bez wątpienia przyniosła na naszym rynku kolosalny wzrost popularności Ethernetu, który będąc powszechnie wykorzystywaną technologią transmisji danych, spopularyzował się również w przemyśle. Wykorzystywany jest on zarówno jako sieć szkieletowa, ale też służy do komunikacji pomiędzy sterownikami, HMI, komputerami przemysłowymi, a nawet urządzeniami wykonawczymi i napędami.

Poza licznymi zaletami, które Ethernet zapewnia "w standardzie", a więc skalowalnością, bezpieczeństwem, relatywnie niskimi kosztami infrastruktury i możliwościami łatwej integracji z systemami informatycznymi, elementy przemysłowe charakteryzują się wieloma dodatkowymi cechami. Poza odpornością środowiskową i niezawodnością, o czym była już mowa, różnice występują przede wszystkim w obszarze funkcjonalnym.

Taką jest przede wszystkim możliwość pracy w czasie rzeczywistym (lub zbliżonym do rzeczywistego), co jest niezbędne w sterowaniu pracą maszyn wymagających synchronizacji pracy osi oraz w kontroli robotów. Do tego typu aplikacji producenci automatyki zaproponowali własne standardy bazujące na Ethernecie i odpowiednio rozszerzające jego funkcjonalność. Obecnie pięć z nich jest kluczowych - są to: Profinet, Modbus TCP/IP, Ethernet/IP, Ethernet POWERLINK oraz EtherCAT.

W przemyśle coraz częściej korzysta się też z funkcjonalności Power over Ethernet (obecnie najczęściej w wersji PoE+ o większej wydajności prądowej). Jest ona chętnie używana w przypadku modernizacji maszyn i systemów automatyki, gdzie stosowane są konwertery protokołów mogące być zasilane wprost z kabla sieciowego, a także w przypadku tworzenia systemów np. z kamerami, czujnikami czy innymi urządzeniami zasilanymi przez Ethernet.

Inne standardy trzymają się mocno

Pomimo powyżej omówionych zalet Ethernetu na rynku funkcjonuje równolegle wiele innych standardów sieciowych, np. w sektorze procesowym. Ich popularność determinują te, które są albo wspierane przez duże firmy, albo rozwijane przez organizacje branżowe. Przykładami tych ostatnich są EtherCAT Technology Group, Modbus Organization czy świętująca niedawno dwudziestolecie działalności Fieldbus Foundation. Na polskim rynku kluczową rolę odgrywają obecnie dwie sieci polowe, którymi są Modbus i Profibus, oraz przemysłowe sieci Ethernet, w tym szczególnie Profinet.

Warto dodać, że użycie konkretnego standardu sieciowego zależy najczęściej od już stosowanych w danym przedsiębiorstwie technologii, do których kolejna sieć jest zwykle dopasowywana. Wyjątkiem są tutaj producenci maszyn, którzy tworząc nową aplikację, wykorzystywać mogą różnorodne standardy, nieraz te wskazane przez klienta.

Takim firmom, co przyznają dostawcy, łatwiej jest też zaproponować nową, nawet mniej popularną technologię komunikacyjną - ważne jest, aby spełniała ona wymogi co do szybkości przesyłu danych, niezawodności czy innych warunków postawionych przez klienta.

W przemyśle mamy również do czynienia z rosnącą popularnością sieci bezprzewodowych. Dotyczy to tych wykorzystywanych w aplikacjach w branży procesowej, w sieciach czujnikowych czy w typowej hali produkcyjnej. Sieci takie wypierają wersje przewodowe przede wszystkim tam, gdzie są one bardziej optymalne aplikacyjnie oraz kosztowo - np. w instalacjach rozproszonych.

Szerokie spektrum urządzeń

Profile rynkowe dostawców komponentów sieci przemysłowych

Switche przeżywają renesans również dzięki ciągłemu rozwojowi technologicznemu i rozbudowie oferty po stronie dostawców. Większość producentów oferuje dziś zarówno wersje niezarządzalne (najbardziej popularne), zarządzalne o dużych możliwościach konfiguracji, jak też te wyposażone w porty pozwalające zasilać odbiorniki bezpośrednio przez sieć Ethernet (technologia PoE, a właściwie zwykle PoE+).

Klienci branżowi coraz częściej "domyślnie" korzystają również z sieci gigabitowych miedzianych, wyposażając w tego typu przełączniki swoje linie produkcyjne czy wytwarzane maszyny. Jeżeli zaś chodzi o technologię Power over Ethernet, to wykorzystywana jest ona w licznych zastosowaniach takich jak zasilanie kamer (monitoring), czytników, w ochronie mienia, ale też w aplikacjach w automatyce i robotyce.

Przykładem tych ostatnich jest użycie przełączników z PoE w robotach marki Epson, gdzie za pośrednictwem sieci Ethernet zasilane są systemy wizyjne. Kolejnym czynnikiem jest wzrost wykorzystania switchy w zastosowaniach infrastrukturalnych, budynkowych, a także ich sprzedaży do klientów poza przemysłem. Trafiają one do aplikacji związanych z kontrolą dostępu i ochroną mienia, a także systemów kontroli wejść w budynkach użytku publicznego, w zakładach i podobnych obiektach.

Ważną odmianą przełączników sieciowych są wersje z interfejsami do sieci światłowodowych. Tego typu łącza stają się coraz powszechniejsze nie tylko ze względu na możliwość zwiększania odległości transmisji, ale też zapewniania odporności na zaburzenia elektromagnetyczne czy różnice potencjałów pomiędzy dwoma punktami w sieci - a o takie w przemyśle nietrudno.

Dostawcy oferują tu zarówno switche z portami światłowodowymi, jak też oddzielne moduły SFP do instalacji w przełącznikach. Uzupełnieniem są routery w wersjach przemysłowych - zwykle o funkcjonalności znanej z typowych routerów, aczkolwiek wytwarzane jako konstrukcje wzmocnione mechanicznie i odporne środowiskowo.

Urządzeniami niezmiennie cieszącymi się dużą popularnością są konwertery protokołów (media konwertery). Służą one do zamiany jednego standardu komunikacyjnego (lub sygnału) na inny, wykorzystywane są jako bramy pomiędzy sieciami, używane do modernizacji maszyn i instalacji.

Podobnymi produktami są serwery portów, które zapewniają interfejsy do różnych sieci komunikacyjnych - np. mogą mieć jeden lub więcej portów szeregowych (RS-232/422/485) czy USB. Te ostatnie są przykładowo stosowane w przypadku konieczności użycia sprzętowego klucza USB zabezpieczającego oprogramowanie zainstalowane na wielu komputerach włączonych do sieci Ethernet.

Nieco odmienną grupę produktów tworzą moduły wejść/wyjść. Takimi są zarówno te stanowiące elementy modułowych sterowników programowalnych, a więc ich lokalne rozszerzenia, jak też wersje zdalne, które są oddalone od systemów sterowania i montowane bezpośrednio na liniach produkcyjnych i w instalacjach technologicznych.

Kluczowe są te ostatnie, które z układem nadrzędnym komunikują się z wykorzystaniem protokołów sieciowych. Tego typu moduły I/O stosowane są do podłączania czujników, elementów sterujących, wykonawczych i innych, zapewniając możliwość decentralizacji systemów automatyki i ekonomicznego przesyłania sygnałów oraz danych z wielu oddalonych źródeł jednocześnie.

Do najpopularniejszych na rynku układów we/wy należą niezmiennie te z wejściami i wyjściami cyfrowymi oraz wersje z wejściami analogowymi. Asortyment dostępnych produktów jest o wiele szerszy i obejmuje m.in. moduły z wejściami termoparowymi (i inne czujnikowe), licznikowymi, służące do podłączania napędów, zaworów, itd., w tym występujące w wersjach jedno- i wielokanałowych.

Popularne marki

Najpopularniejsze, najczęściej sprzedawane w kraju komponenty przemysłowych sieci komunikacyjnych. Na pierwszym miejscu znalazły się przełączniki i routery w wykonaniu przemysłowym, zaś drugie miejsce, co może być pewnym zaskoczeniem, zajęły konwertery sieciowe. Urządzenia te, mogłoby się wydawać, mają swoje najlepsze lata już za sobą - przynajmniej w przypadku tych typu RS-Ethernet, aczkolwiek dzisiaj nie tylko sprzedają się one całkiem nieźle, ale też ich producenci regularnie wprowadzają na rynek nowe modele. Najbardziej zaskakujące jest jednak trzecie miejsce, na którym znalazły się moduły we/wy, które kiedyś były postrzegane jako bardziej istotne.

Pomimo że w sektorze działają tacy znani dostawcy sprzętu sieciowego jak Linksys czy Cisco, nie oni są liderami w branży, jeżeli weźmiemy pod uwagę obszar przemysłu. Zdecydowanie największą popularnością cieszą się tu bowiem produkty firm wytwarzających urządzenia dedykowane, przeznaczone właśnie do przemysłu, do aplikacji infrastrukturalnych, energetyki, transportu i podobnych.

Takimi przedsiębiorstwami są zarówno firmy zachodnioeuropejskie - często dostawcy szerokiego asortymentu automatyki, jak też specjalistyczne firmy dalekowschodnie - np. oferenci komputerów przemysłowych. Do pierwszej z wymienionych grup zaliczają się m.in. Siemens, Hirschmann, Phoenix Contact, HARTING oraz Antaira, zaś druga grupa to przede wszystkim Moxa, Advantech oraz ICPDAS.

Mało który z dostawców oferuje tylko jeden, wybrany rodzaj urządzeń. Tworząc ofertę podzespołów sieciowych, stawia się zazwyczaj na jak największą kompletność, która pozwala na zaoferowanie klientom wersji do budowy różnego rodzaju infrastruktury sieciowej w optymalny sposób. Nieodzownym elementem procesu tworzenia wartości jest zapewnianie wsparcia technicznego dla klientów.

Obejmuje ono m.in. pomoc w doborze produktów, nieraz też tworzenie aplikacji na bazie wymagań odbiorców. Wiele firm rozszerza ofertę o urządzenia do komunikacji bezprzewodowej, a więc punkty dostępowe, routery bezprzewodowe (np. do zastosowań typu M2M) i inne. Warto zaznaczyć, że w części aplikacji stanowią one nie tylko alternatywę dla sieci przewodowych, ale też są używane jako sieci redundantne dla tych ostatnich.