Komponenty sieci przemysłowych

Ethernet jest obecnie siecią, która znacznie wykroczyła od strony aplikacyjnej poza wąsko sprecyzowany obszar przemysłu, pojawiając się w elektronice konsumenckiej i aplikacjach domowych, systemach kontroli dostępu oraz monitoringu obiektów, w urządzeniach pomiarowych, transporcie szynowym i wielu innych obszarach techniki.

Standard ten cały czas wkracza też na nowe rynki współczesnej techniki i szybko staje się na nich standardem dominującym. Wyraźnie widać, że w ciągu ostatnich pięciu lat jego znaczenie znacznie się zwiększyło i jest to rozwiązanie wykorzystywane przez małe i duże firmy. Popularyzacji sprzyja uniwersalność i dobrze umocowany w normach standard zarówno dla komunikacji przewodowej, jak i bezprzewodowej.

Pozycja rynkowa Ethernetu jest też dowodem, jak bardzo pomaga w rozwoju rynku wspólne rozwiązanie techniczne. Takich standardów sięgających całej techniki jest w sumie niewiele, bo z reguły duże firmy starają się narzucić całej reszcie własne technologie i czerpać z tego zyski (rozwiązania własnościowe). Otwarte rozwiązania zwykle oznaczają dużą konkurencję, obecność wielu producentów i znacznie mniejsze marże handlowe na produktach. Z punktu widzenia dużych korporacji są one mniej atrakcyjne, dlatego Ethernet można postrzegać za taki sam fenomen współczesnej techniki jak peceta.

Zapotrzebowanie na produkty komunikujące się za pomocą Ethernetu to również efekt powiększającego się zapotrzebowania rynku na sieci przemysłowe. Coraz więcej rozwiązań komunikacyjnych w tym obszarze ma charakter rozproszony, a więc taki, gdzie poszczególne elementy pomiarowe, kontrolne i sterujące są rozmieszczone w wielu miejscach obiektów i spięte kablem (miedzianym lub optycznym) w spójną całość.

Dominujący odbiorcy w sektorze urządzeń komunikacji bezprzewodowej

Na liście branż i sektorów postrzeganych jako główni odbiorcy urządzeń i komponentów do komunikacji sieciowej na czołowym miejscu znalazły się zastosowania przemysłowe w systemach automatyki. Warto zauważyć, że kategoria ta została wskazana przez prawie wszystkich pytanych, a jej znaczenie przewyższa na wykresie znacznie całą resztę. Można to odczytywać w taki sposób, że aplikacje przemysłowe stanowią obecnie dla dostawców prezentowanych w tym opracowaniu główny obszar aktywności. Niższe wskazania energetyki, sektora ICT oraz aplikacji budynkowych to wynik tego, że są to rynki dojrzałe albo zbyt specjalistyczne w porównaniu do przemysłu. Zaskakująco, pozycja związana z ochroną mienia, a więc systemami monitoringu, które też bazują na sieciach ethernetowych i protokole TCP/ IP, nie wypadła rewelacyjnie. Być może jest to wynik hermetyczności tego sektora, bowiem potencjał strony technologicznej jest tu bezsprzecznie duży. Czasy, gdy kamery wykorzystywały zapis analogowy i były łączone kablem koncentrycznym, szybko odchodzą w przeszłość, a kabel UTP jest dzisiaj głównym wyposażeniem instalatora.

Sieć sięga też obiektów energetycznych, telekomunikacyjnych, kolejowych, gdzie łączy części rozległych systemów, pozwalając na monitoring i zdalne sterowanie działaniem. W ten sposób zapewnia się lepszą dostępność usług, skraca czas reakcji na zdarzenia i likwiduje konieczność wykorzystania pracy ludzkiej w obszarach i sytuacjach niekorzystnych (trudny dostęp, niebezpieczne warunki).

Kolejnym aspektem pozytywnym dla rozwoju związanym z Ethernetem jest łatwość zmiany fizycznego medium komunikacyjnego. Oprócz standardowego kabla UTP może to być kabel światłowodowy lub połączenie bezprzewodowe po Wi- Fi. Ta właściwość sprzyja tworzeniu sieci rozległych, a okablowanie optyczne nierzadko staje się bazą infrastrukturalną dla całego zakładu, od której odchodzą miedziane rozgałęzienia lub tworzone są bezprzewodowe lokalne komórki.

DUŻA PODAŻ I ASORTYMENT

Duża popularność Ethernetu przekłada się oczywiście na relacje rynkowe - przybywa na rynku producentów takich urządzeń, poszerza się portfolio produktów i rozszerza siatka dystrybucyjna. Urządzenia takie jak switche, punkty dostępowe lub serwery portów od strony koncepcyjnej wydają się dobrze zdefiniowane i nierzadko proste, ale po dodaniu do produktu określenia "przemysłowy" pojawiają się w nich też specyficzne parametry i funkcje związane z odpornością środowiskową, złączami, rozbudowanym oprogramowaniem, zasilaniem za pomocą PoE, opcjami montażu w stojaku, odporną obudową z metalu i podobnymi cechami.

Coraz większe znaczenie mają też certyfikaty, za pomocą których duże firmy bronią się przed agresywną konkurencją cenową. Potwierdzają one zgodność z popularnymi protokołami bazującymi na Ethernecie jak Modbus lub Profibus, są gwarancją bezpieczeństwa użytkowania (np. zgodność z UL) i korzystania z sieci związanego z szyfrowaniem transmisji. Istotna jest też zgodność z normami branżowymi określającymi wymagania stawiane urządzeniom stosowanym w systemach stacji energetycznych, systemach transportowych i kontroli ruchu, i innymi regulacjami.

Popularnym hasłem w zakresie markowych rozwiązań przemysłowych jest ponadto redundancja po stronie zasilania i komunikacji w sieci, funkcje ochrony jakości i kontroli przepływu danych (QoS), szeroki zakres temperatur pracy w zakresie -40…75°C (albo jeszcze szerszym), funkcje zarządzania siecią i diagnostyki, sygnalizacja alarmowa, modułowa konstrukcja i wiele innych podobnych aspektów. Bezsprzecznie najwięcej nowinek i funkcji pojawia się w switchach, bowiem to one stanowią ten najważniejszy i centralny punkt wielu instalacji, od którego sieci się rozwijają.

Poza uniwersalnością i możliwościami komunikacyjnymi ethernetowe urządzenia infrastrukturalne, za pomocą których buduje się sieci, dają wiele różnych mechanizmów zwiększających wydajność transmisji sieciowej, pozwalających na zarządzanie urządzeniami i samą komunikacją, jak filtrowanie pakietów, kontrolę dostępu, ograniczenia maksymalne na szybkość transmisji, stworzenie logicznej wydzielonej sieci prywatnej oraz na implementację usług komunikacji głosowej i wideo.

Najważniejsze trendy techniczne związane z urządzeniami sieciowymi

Komunikacja przemysłowa bazująca na Ethernecie staje się w coraz większym stopniu bezprzewodowa a tworzone sieci charakteryzują się dużą uniwersalnością i funkcjonalnością. Takie wnioski płyną z powyższego wykresu, gdyż na czołowych trzech pozycjach znalazły się funkcje niezbędne do zdalnego zarządzania, łączenia oraz zasilania sprzętu sieciowego. Wydaje się, że oczekiwania klientów kierują się w stronę tego, aby sieci komunikacyjne charakteryzowały się maksymalnie dużą prostotą instalacyjną oraz wygodą użytkowania. Duże znaczenie funkcji takich jak zdalna konfiguracja i diagnostyka to znak, że koszt obsługi technicznej i utrzymania systemu w sprawnym stanie ma dzisiaj duże znaczenie. Sieć musi się dać zbudować prosto i szybko, a eksploatować bez konieczności późniejszych wizyt serwisowych.

Możliwość zarządzania urządzeniami w sieci przemysłowej ma zasadnicze znaczenie w rozwiązywaniu potencjalnych problemów i jest kluczowa w tym, aby Ethernet był szeroko akceptowany w dużych i odpowiedzialnych systemach sięgających skalą całego przedsiębiorstwa.

BRAK WIEDZY NA TEMAT ZAGADNIEŃ SIECIOWYCH

Negatywnym zjawiskiem wynikającym z dużej konkurencji i podaży jest to, że wielu klientów poszukuje rozwiązań najtańszych. Takich, którzy patrzą na całość zagadnienia, rozumieją, co to jest TCO, czym są problemy serwisowe, z pewnością przybywa, ale ta zwiększająca się świadomość użytkowników i klientów nie przekłada się jakoś wyraźnie na sprzedaż.

Być może dlatego, że edukacja użytkowników jest zbyt wolna w porównaniu do tempa rozwoju rynku i szybkości ewolucji technicznej poszczególnych rozwiązań. Są to też zagadnienia niełatwe i nierzadko zanim pozna się dobrze jedno urządzenie, producent wypuści już na rynek kolejne.

Najbardziej palące problemy rynku urządzeń komunikacyjnych

Na liście największych problemów, z jakimi zmaga się krajowy rynek komponentów sieciowych, wyraźnie wybijają się dwie pozycje: ograniczenia w inwestycjach oraz silna konkurencja. Omawiane urządzenia są zwykle wykorzystywane do tworzenia nowych systemów i instalacji, modernizacji infrastruktury, a więc tzw. projektów – innymi słowy właśnie szeroko rozumianych inwestycji. Z nimi nie jest najlepiej, o czym świadczą nie tylko dane wynikające z przeprowadzonej ankiety, ale także wiele innych indeksów podawanych przez GUS lub organizacje gospodarcze, np. nastrojów przedsiębiorców, liczby wydawanych pozwoleń itp. Gorsze warunki w połączeniu z dużą konkurencją oraz dużą podażą tego typu produktów sprawiają, że biznes nie zalicza się do łatwych. Do tego wszystkiego dochodzi brak wiedzy u klientów, na skutek czego wybór dostawcy oraz produktu niekonieczne jest optymalny, a nierzadko skupiony wyłącznie na cenie lub jest efektem przypadkowej i nieprzemyślanej decyzji.

O ile wiele podstawowych urządzeń sieciowych działa praktycznie od włączenia zasilania, o tyle wykorzystanie możliwości bardziej zaawansowanego sprzętu wymaga od użytkowników wiedzy na tematy sieciowe, z czym często nie jest najlepiej. Szczegóły i niuanse na temat funkcjonalności to nierzadko tematy znane wyłącznie garstce specjalistów. Na dodatek dystrybutorom trudno promować nowe technologie, bo duża konkurencja ogranicza czas i możliwości finansowe w zakresie marketingu technicznego.

BEZPIECZEŃSTWO SPRZYJA PRODUKTOM MARKOWYM

Nadeszły takie czasy, że dzisiaj wszystko jest połączone, skomunikowane i obecne w sieci. A jeśli nie jest, to wkrótce będzie, bowiem na taki obrót wydarzeń wskazują wszystkie główne trendy rozwojowe na rynku związane z IoT i innymi obszarami z przedrostkiem "smart". Nietrudno dostrzec, że Ethernet w wykonaniu przewodowym lub bezprzewodowym jest jednym z głównych mediów transmisyjnych dla danych, a rozwiązania na nim się opierające cały czas zwiększają swoje udziały w rynku, niemniej ciemną stroną tej ekspansji jest wzrost zagrożeń związanych z bezpieczeństwem, cyberataków, przejęć, utraty danych i podobnych nadużyć.

Przegląd ofert dostawców komponentów sieciowych

Świadomość konieczności zapewnienia bezpieczeństwa jest coraz większa, bo każdy spektakularny atak daje do myślenia, zwłaszcza gdy jego wynikiem są straty finansowe dla przedsiębiorstw. Bezpieczeństwo sieci to nie tylko wysokiej jakości oprogramowanie w dołączanych urządzeniach, takie, które jest odporne na ataki, ale także solidny sprzęt sieciowy, z wbudowanymi mechanizmami ochronnymi, po to, aby chronić dane wrażliwe i przedsiębiorstwo przed szantażem.

W zakresie bezpieczeństwa liczy się kompleksowe podejście, bo wiadomo, że finalnie o jakości sieci decyduje najsłabszy komponent. Świadomość tych oczywistych zagadnień dociera do coraz większej liczby przedsiębiorców, którzy inwestują powoli w bezpieczeństwo posiadanych systemów. Na omawianym rynku oznacza to większe zapotrzebowanie na sprzęt markowy z rozbudowaną funkcjonalnością oraz, co jest także istotne, certyfikowany pod kątem bezpieczeństwa. Aspekty związane z bezpieczeństwem dodatkowo powiększają znaczenie certyfikatów, bo są one dokumentem potwierdzającym zapewnienia sprzedawcy przez trzecią stronę i specjalistów znających się na tej tematyce.

URZĄDZENIA PRZEWODOWE

Podstawowym elementem infrastruktury komunikacyjnej dla Ethernetu jest switch. Może on być prosty (niezarządzalny) lub złożony (zarządzalny) i o różnym wyposażeniu. Typowy switch ma od kilku do kilkunastu portów do podłączenia kabla miedzianego UTP, wersje złożone mogą mieć też port światłowodowy lub są zintegrowane z bezprzewodowym punktem dostępowym tak, że można do urządzania podłączyć się na różne sposoby. Obecnie sieci przemysłowe i te pracujące w mniej odpowiedzialnych zastosowaniach mają zwykle charakter mieszany i są uzupełniane komunikacją bezprzewodową, bo jedno urządzenie zapewniające oba typy połączeń jest wygodniejsze.

Funkcjonalność switcha obejmuje ponadto wiele funkcji związanych z transmisją danych, zarządzaniem dołączonymi urządzeniami, nakładaniem limitów, tworzeniem rozwiązań z redundancją, obsługą alarmów, szyfrowaniem transmisji oraz wsparciem dla protokołów przemysłowych opartych na Ethernecie. Switch jest też źródłem energii zasilającej w aplikacjach PoE, a niektóre wersje mają konstrukcję modułową pozwalającą na rozbudowę zasobów.

Trendem rozwojowym jest w przypadku omawianych urządzeń rosnące obecnie wykorzystanie sieci gigabitowych, a w przyszłości - spodziewana popularyzacja rozwiązań 10 Gb/s.

Do produktów zawierających się w omawianym obszarze należą też serwery portów szeregowych, mediakonwertery oraz karty sieciowe. Te pierwsze umożliwiają dostęp do portów szeregowych RS232/ 422/485 z poziomu Ethernetu (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 przezroczyste dla danych i aplikacji.

Te drugie to moduły służące do zmiany medium transmisyjnego - w szczególności Ethernetu miedzianego na światłowodowy oraz moduły wykorzystujące transmisję bezprzewodową. Natomiast karty komunikacyjne to fizyczna realizacja interfejsu w komputerach. Niemniej od kiedy port sieciowy stał się standardowym elementem płyt głównych, karty wypadły na specjalistyczny margines (głównie w systemach pomiarowych).

Najpopularniejsze typy urządzeń komunikacyjnych z obszaru Ethernetu

W statystykach sprzedaży urządzeń komunikacyjnych do Ethernetu zdecydowanie nad całą resztę wybijają się switche i routery. Nie jest to zaskakujące, gdyż urządzenia te stanowią główny element infrastrukturalny sieci determinujący jej główną funkcjonalność. Drugą pozycje stanowią moduły I/ O, a więc elementy pozwalające na dołączanie do sieci czujników i elementów wykonawczych. Liczą się także konwertery sieciowe, pozwalające spinać starsze i nowsze rozwiązania, a także te niebazujące na Ethernecie. Na dole wykresu znalazły się natomiast karty komunikacyjne. Ich niewielki potencjał to zapewne efekt tego, że większość komputerów, płyt głównych i sterowników ma już takie rozwiązanie zintegrowane i nie wymaga dodatkowego elementu. Coraz częściej integracja dotyczy też rozwiązań bezprzewodowych, zarówno po stronie switchy łączących porty przewodowe i bezprzewodowy punkt dostępowy, jak i końcowych urządzeń sieciowych.

Moduły IO to z kolei urządzenia zapewniające możliwość podłączenia fizycznych czujników, elementów wykonawczych, liczników, napędów do sieci. Dzięki nim za pomocą jednego połączenia ethernetowego można obsłużyć wiele takich komponentów, gdyż moduły IO dostępne są w bardzo szerokim asortymencie - zarówno z wejściami i wyjściami cyfrowymi, jak też analogowymi i zawierają od kilku do ok. 16 linii w różnych kombinacjach.

Są też wersje modułowe pozwalające na rozbudowę, dzięki czemu jeden moduł może obsłużyć wszystkie sygnały dostępne w maszynie, bez konieczności rozbudowy okablowania z przekaźnikami na wyjściu, optoizolacją oraz oczywiście wersje z komunikacją bezprzewodową i dostosowane do polowych standardów przemysłowych bazujących na Ethernecie (Profibus, Modbus, Profinet).

SPRZĘT BEZPRZEWODOWY

W zastosowaniach przemysłowych komunikacja bezprzewodowa to głównie Wi-Fi, pozwalająca na proste przedłużenie Ethernetu przez kanały radiowe. Obecnie produkty w tym standardzie w zasadzie zdominowały rynek konsumencki i profesjonalny, jeżeli chodzi o bezprzewodową transmisję danych w lokalnych sieciach informatycznych. Poza Wi-Fi komunikacja przemysłowa korzysta jeszcze z łączy komórkowych i radiomodemów do tworzenia zapasowych traktów komunikacyjnych. Bluetooth to w omawianym obszarze rzadkość, a ZigBee to już technologia wręcz egzotyczna.

Główną zaletą Wi-Fi jest duża przepustowość zwłaszcza w sprzęcie pracującym na 5 GHz, dobra stabilność połączenia i niezły zasięg. To wszystko otrzymuje się za niewielką sumę i w szerokim asortymencie, przez co rozwiązania bezprzewodowe szybko się popularyzują w przemyśle. Warto zauważyć, że funkcjonalność wielu urządzeń komunikacyjnych przenika się i wszystkie podziały stają się nieostre.

Switche przewodowe są integrowane z bezprzewodowym punktem dostępowym, porty przeznaczone do podłączenia kabla miedzianego uzupełnia się łączem optycznym. Bezprzewodowe są też serwery portów i moduły IO. Można też zauważyć, że wiele z omawianych produktów ma charakter komponentów standardowych, gdzie oferta rynku jest bardzo szeroka i praktycznie udaje się dobrać każdą kombinację.