Guía para entender EtherNet/IP

En este momento, la automatización industrial representa un poco más de la mitad de Internet de las cosas (IoT), para el 2025, los dispositivos industriales consumirán casi tres cuartas partes del IoT.

Esa es una gran parte del total conectado, el asombroso ritmo de cambio requerirá que los dispositivos actualmente desconectados incorporen tecnología de conectividad y procesamiento, significa que habrá un gran salto en los dispositivos compatibles con Internet Protocol (IP).

EtherNet/IP es un protocolo de capa de aplicación que se transfiere dentro de un paquete TCP/IP, es simplemente la forma en que los datos se organizan en un paquete TCP o UDP.

Protocolo TCP / IP Layering

Todos los dispositivos en una red EtherNet/IP presentan sus datos a la red como una serie de valores agrupados llamados atributos, y en conjuntos con otros valores de datos son llamados Objetos.

Hay objetos requeridos por EtherNet/IP: como la identidad, TCP, enrutador que cada dispositivo debe tener. La especificación EtherNet/IP define esos objetos.

Hay objetos de aplicación EtherNet/IP que tienen los datos del dispositivo, por ejemplo, un dispositivo “drive” EtherNet/IP tiene un objeto motor, todos los dispositivos EtherNet/IP que admiten dispositivos específicos tienen el mismo conjunto de objetos de aplicación EtherNet/IP.

Hay dos tipos de mensajes que se transfieren entre un dispositivo de escáner EtherNet/IP (abre las conexiones e inicia las transferencias de datos) y los dispositivos adaptadores EtherNet/IP (proporcionan datos a los escáneres). Estos mensajes son mensajes explícitos (asíncronos, según sea necesario) y mensajes de E/S (mensajes de datos que se transfieren continuamente).

EtherNet/IP es parte de CIP, el Protocolo Industrial Común. CIP define la estructura del objeto y especifica la transferencia de mensajes, el protocolo CIP sobre CAN es DeviceNet, El protocolo CIP sobre Ethernet es EtherNet/IP.

Ahora para algunos detalles …

UN PEQUEÑO FONDO DE ETHERNET/IP

El cable Ethernet se conecta a diferentes dispositivos como: impresoras y servidores locales incluyendo paginas web, hay gran variedad de protocolos de comunicación, como: IP, TCP, y algunos propios de Microsoft, estos protocolos dan funcionalidades, por ejemplo en caso de una oficina, permite a los usuarios compartir archivos, acceder a impresoras, enviar correos electrónicos, buscar en Internet y realizar todas las demás comunicaciones utilizadas en el entorno de la oficina.

La precisión que requiere una fabrica, se solicita de accesos especiales a diferentes áreas, para dar solución, las comunicaciones deben ser en tiempo real, por ejemplo: Terminar la operación de llenado en una botella requiere comunicaciones mucho más precisas, al mismo tiempo que accede a la página siguiente de un sitio de Internet.

Anteriormente Ethernet no dominaba las industrias, esto sucedía por falta de conmutadores y enrutadores inteligentes, pero ahora por rebaja de precios, los dispositivos con capacidad Ethernet, son más requeridos cada vez más en las industrias.

ETHERNET/IP

Ethernet/IP (EIP) es el protocolo de capa de aplicación que puede enfrentar este desafío. Cuatro grupos independientes han unido sus fuerzas para desarrollar y promover el EIP como una capa de aplicación Ethernet de dominio público para la automatización industrial. Estos grupos incluyen a la ODVA, la Asociación Industrial de Ethernet Abierta (IOANA), ControlNet International (CI) y la Asociación de Ethernet Industrial (IEA). Los objetivos de este esfuerzo ilustran cómo EIP proporciona un estándar amplio, comprensible y certificable adecuado para una amplia variedad de dispositivos de automatización:

Ethernet/IP utiliza las herramientas y tecnologías de Ethernet tradicional.

Ethernet/IP utiliza todos los protocolos de control y transporte utilizados en Ethernet tradicional, incluido el Protocolo de control de transporte (TCP), el Protocolo de Internet (IP) y las tecnologías de acceso y señalización de medios que se encuentran en las tarjetas de interfaz Ethernet disponibles en el mercado. Al basarse en estas tecnologías de PC estándar, EIP funciona de manera transparente con todos los dispositivos Ethernet estándar disponibles en el mercado actual. También significa que el EIP se puede admitir fácilmente en PC estándar y todos sus derivados. Aún más importante, basar el EIP en una plataforma de tecnología estándar garantiza que el EIP avanzará a medida que las tecnologías de base evolucionen en el futuro.

Ethernet/IP es un estándar certificable. Los grupos que apoyan el EIP planifican asegurar un estándar integral y consistente prestando atención cuidadosa y de múltiples proveedores a las especificaciones y a través de laboratorios de pruebas certificados, como se ha hecho con DeviceNet y ControlNet. Los programas de certificación basados en los programas de DeviceNet y ControlNet garantizarán la consistencia y la calidad de los dispositivos de campo.

EIP se realiza dentro de un estándar en DeviceNet y ControlNet, estos estándares organizan un red de dispositivos como colección de objetos, definiendo el acceso, el comportamiento y las extensiones de un objeto, el protocolo CIP es muy usado entre los proveedores.

UNA VISIÓN GENERAL DE LA CIP

El Protocolo industrial común (CIP) es un protocolo de comunicaciones para transferir datos de automatización entre dos dispositivos. En el Protocolo CIP, cada dispositivo de red se representa a sí mismo como una serie de objetos. Cada objeto es simplemente una agrupación de los valores de datos relacionados en un dispositivo. Por ejemplo, se requiere que cada dispositivo CIP haga que un objeto de Identidad esté disponible para la red.

El objeto de identidad contiene valores de datos de identidad relacionados llamados atributos. Los atributos para el objeto de identidad incluyen la ID del proveedor, la fecha de fabricación, el número de serie del dispositivo y otros datos de identidad. CIP no especifica en absoluto cómo se implementan los datos de este objeto, solo qué valores o atributos de datos deben admitirse y que estos atributos deben estar disponibles para otros dispositivos CIP.

El objeto de identidad es un ejemplo de un objeto requerido. Hay tres tipos de objetos definidos por el protocolo CIP:

OBJETOS REQUERIDOS

La especificación requiere que los objetos requeridos se incluyan en cada dispositivo CIP. Estos objetos incluyen el objeto de identidad, un objeto de enrutador de mensajes y un objeto de red.

El objeto de identidad contiene valores de datos de identidad relacionados llamados atributos. Los atributos para el objeto de identidad incluyen la ID del proveedor, la fecha del fabricante, el número de serie del dispositivo y otros datos de identidad.

El objeto del enrutador de mensajes es un objeto que enruta mensajes de solicitud explícitos de un objeto a otro en un dispositivo.

Un objeto de red contiene los datos de conexión física para el objeto. Para un dispositivo CIP en DeviceNet, el objeto de red contiene el Mac ID y otros datos que describen la interfaz a la red CAN. Para los dispositivos EIP, el objeto de red contiene la dirección IP y otros datos que describen la interfaz al puerto Ethernet del dispositivo.

OBJETOS DE APLICACIÓN

Los objetos de aplicación son los objetos que definen los datos encapsulados por el dispositivo. Estos objetos son específicos para el tipo de dispositivo y la función. Por ejemplo, un objeto Motor en un sistema de accionamiento tiene atributos que describen la frecuencia, la clasificación de corriente y el tamaño del motor.

Un objeto de entrada analógica en un dispositivo de E/S tiene atributos que definen el tipo, la resolución y el valor actual de la entrada analógica. Estos objetos de la capa de aplicación están predefinidos para una gran cantidad de tipos de dispositivos comunes. Todos los dispositivos CIP con el mismo tipo de dispositivo (sistemas de control, control de movimiento, transductor de válvula, etc.) deben contener la misma serie de objetos de aplicación.

La serie de objetos de aplicación para un tipo de dispositivo en particular se conoce como el perfil del dispositivo. Se ha definido un gran número de perfiles para muchos tipos de dispositivos. La compatibilidad con un perfil de dispositivo permite a un usuario comprender y cambiar fácilmente de un proveedor de un tipo de dispositivo a otro proveedor con el mismo tipo de dispositivo. Un proveedor de dispositivos también puede agrupar objetos de capa de aplicación en objetos de ensamblaje. Estos súper objetos contienen atributos de uno o más objetos de la capa de aplicación. Los objetos de ensamblaje forman un paquete conveniente para el transporte de datos entre dispositivos.

Por ejemplo, un proveedor de un controlador de temperatura con múltiples bucles de temperatura puede definir ensamblajes para cada uno de los bucles de temperatura y un ensamblaje con datos de ambos bucles de temperatura. El usuario puede elegir el ensamblaje más adecuado para la aplicación y con qué frecuencia acceder a cada ensamblaje. Por ejemplo, un conjunto de temperatura puede configurarse para informar cada vez que cambia de estado, mientras que el segundo puede configurarse para informar cada segundo sin importar un cambio de estado.

Los ensamblajes generalmente están predefinidos por el proveedor, pero el CIP también define un mecanismo en el cual el usuario puede crear dinámicamente un ensamblado a partir de atributos de objeto de capa de aplicación.

OBJETOS ESPECÍFICOS DEL VENDEDOR

Los objetos que no se encuentran en el perfil para una clase de dispositivo se denominan específicos del proveedor. El proveedor incluye estos objetos como características adicionales del dispositivo.

El protocolo CIP proporciona acceso a estos objetos de extensión de proveedor en exactamente el mismo método que la aplicación o los objetos requeridos. Estos datos son estrictamente de la elección de los proveedores y están organizados en cualquier método que tenga sentido para el proveedor del dispositivo.

Además de especificar cómo se representan los datos del dispositivo en la red, el protocolo CIP especifica una serie de formas diferentes en las que se puede acceder a esos datos, como cíclicos, sondeados y cambio de estado.

VENTAJAS PARA EIP

Las ventajas de la capa de protocolo CIP sobre EIP son numerosas. El acceso consistente a dispositivos significa que una sola herramienta de configuración puede configurar dispositivos CIP en diferentes redes desde un único punto de acceso sin usar software específico del proveedor.

La clasificación de todos los dispositivos como objetos disminuye la capacitación y el inicio requeridos cuando los nuevos dispositivos se ponen en línea.

EIP proporciona un tiempo de respuesta mejorado y un mayor rendimiento de datos que DeviceNet y ControlNet. EIP vincula los dispositivos desde el nivel del bus del sensor, al nivel de control, al nivel empresarial con una interfaz de capa de aplicación consistente.

Existen numerosos competidores de la capa de aplicación para EIP, incluidos Modbus / TCP de Groupe Schneider, ProfiNet de Siemens, HSE Fieldbus de la fundación Fieldbus y otros proveedores. Desafortunadamente, el espacio impide una revisión detallada de cada uno de estos productos. Sin embargo, ninguno de estos competidores puede proporcionar soporte de proveedor, flexibilidad y soporte de arquitectura total que ofrece la implementación de CIP a través de Ethernet.

DESAFÍOS DEL USUARIO

La implementación de EIP no está exenta de desafíos. Dos de los desafíos más importantes para el primer usuario incluyen la capacitación y la configuración de la red. Un problema común es la falta de personal capacitado que entienda tanto los fundamentos de TI como la red de automatización. Se requiere un esfuerzo de colaboración entre el personal de TI y de automatización para implementar con éxito el primer sistema Ethernet/IP.

Un segundo desafío es la configuración adecuada de la red. La planificación de la infraestructura de automatización de su fábrica de Ethernet es esencial. La identificación cuidadosa de todos sus bucles de control, la selección de los enrutadores, conmutadores y rutas correctos y la documentación de su red de manera adecuada son requisitos para una red de comunicaciones que cumpla con sus objetivos de producción y requiera poco mantenimiento continuo.

Los detractores de las aplicaciones de Ethernet en la fábrica a menudo mencionan la falta de determinismo inherente en las comunicaciones de Ethernet para mantenerlo alejado de las aplicaciones de automatización. Si bien es cierto en el pasado, los desarrollos recientes en los conmutadores inteligentes han eliminado en gran medida este argumento. Estos conmutadores crean dominios de colisión separados que ofrecen el determinismo requerido de casi todas las aplicaciones de automatización, excepto las más exigentes.

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