Aktuální vydání

celé číslo

12

2022

Automatizace výrobních, montážních a balicích strojů a linek

Elektrické, pneumatické a hydraulické pohony

celé číslo

Ethernet nahrazuje klasické průmyslové komunikační linky

číslo 7/2006

Ethernet nahrazuje klasické průmyslové komunikační linky

Přenos dat v automatizaci, zabezpečovací technice a měření má poněkud odlišný charakter než v jiných odvětvích. Požadavkem je spolehlivost, odolnost proti rušení, snadná instalace. Komunikační rozhraní také nesmí příliš prodražovat zařízení. Cena je důležitá zejména u jednoduchých členů, jako jsou snímače a některé zabezpečovací prvky. Přitom objem přenášených dat nebývá v porovnání s jinými obory velký.

Linky RS-232 a RS-485

V automatizaci se již velmi dlouho používají jednoduchá sériová komunikační rozhraní. Pro lokální přenosy dat z jednoho zařízení, typicky z měřicího přístroje, se ustálilo používání sériové linky RS-232. Pro větší rychlosti přenosu existuje i mnoho speciálních rozhraní, např. paralelní rozhraní GPIB. Pro přenosy v průmyslu se dlouhou dobu používá linka RS-485, která může mít délku až 1 000 m a může na ni být připojen větší počet zařízení. Rozhraní RS-485 se běžně používá i v zabezpečovací technice.

Linky RS-232 a RS-485 splňují výše uvedené požadavky, přesto však mají některá úskalí. Hlavní nevýhodou, která komplikuje život uživatelům a přináší problémy při propojování zařízení od různých výrobců, je neexistence jednotného komunikačního protokolu. Normy pro RS-232 i RS-485 definují jen fyzickou vrstvu (tedy provedení a elektrické parametry) a nejnižší komunikační vrstvu (přenos jednoho bytu), ale další vrstvy již nejsou definovány. Existují sice některé standardy definující komunikační protokol (Profibus, Modbus), ale přesto je v praxi třeba počítat s tím, že způsob přenosu dat je dán zvyklostmi jednotlivých výrobců.

Další nevýhodou je, že obvykle současně s montáží nového zařízení je třeba položit i kabely, protože rozvod linky RS-485 není obvyklé dělat např. při stavbě budovy. To je vždy nepříjemné a např. v obytných objektech a prostorech i komplikované.

Klady a zápory Ethernetu v automatizaci

Komunikace po Ethernetu byla vždy doménou počítačů a historicky bylo toto médium určeno k jejich propojení. Ethernet se postupně vyvíjel a vyvíjí. Je na něm definováno mnoho protokolů a také se změnila fyzická vrstva – koaxiální kabel byl nahrazen kroucenou dvoulinkou. Pro automatizaci se zdál dlouho nevhodný jako drahé rozhraní s kolizními protokoly, které sice má až zbytečně velkou rychlost přenosu, ale zato nedefinovanou dobu odezvy.

Obr. 1.

Obr. 1. Převodník GNOME485: Ethernet – RS-485

Přesto se Ethernet v automatizaci a zabezpečovací technice uplatňuje stále častěji. Obrovskou výhodou je jeho rozšíření. Ve výrobních objektech a v kancelářských i některých obytných budovách je rozvod strukturované kabeláže stejnou samozřejmostí jako rozvod elektrické energie. Při přidání nového snímače je často největším problémem natažení kabelu, zatímco mnohem jednodušší by bylo snímač připojit k nejbližšímu přepínači nebo rozbočovači.

Námitka o nedefinované době přenosu po Ethernetu stále zůstává. Je ovšem oslabena, a protože se automatizační členy stávají postupně inteligentnějšími, dokážou se alespoň částečně s tímto problémem vyrovnat. Data mohou ukládat do vyrovnávací paměti (buffer) a mnoho situací dokážou obsloužit lokálně. Moderní ethernetová síť je už směrována, rozbočovače jsou nahrazeny přepínači, a množství kolizí tak klesá. Že to s odezvami není až tak zlé, ukazuje i internetová telefonie (VoIP).

Poslední překážkou použití Ethernetu byly náklady na ethernetové rozhraní. Dříve vysoká cena způsobovala, že Ethernet byl vyhrazen jen drahým přístrojům, a i tam bylo často ethernetové rozhraní řešeno jako přídavný modul, který si uživatel musel dokoupit. V současné době už je však cena ethernetového rozhraní tak nízká, že je ho možné použít i pro jednoduchá čidla a členy. Důkazem může být oblíbený teploměr TME s rozhraním Ethernet (Automa č. 11/2005).

Volba správného protokolu

Jak již bylo uvedeno, na Ethernetu „běhá“ velké množství protokolů. Pro každou úlohu lze tedy zvolit ten vhodný. Nejpoužívanější je skupina protokolů TCP/IP. Výrobce si může navrhnout i vlastní aplikační protokol, třeba tak, jak byl zvyklý z linky RS-485 (data jsou pak přenášena přímo nad vrstvou TCP). Přesto má nižšími vrstvami zaručeno, že jeho data dorazí a zařízení bude zcela kompatibilní.

Obr. 2.

Obr. 2. Typické uspořádání měřicího řetězce s použitím Ethernetu (internetu)

Mnoho protokolů má pevně dané určení: např. FTP pro přenos souborů, HTTP pro přenos webových stránek, SMTP pro přenos e-mailů či zajímavý SNMP, původně určený jako servisní, ale vhodný pro přenos nejrůznějších stavů a veličin. Tyto protokoly jsou zcela standardizovány, zná je každý větší operační systém a celkem snadno se implementují. Z uvedeného je zřejmé, jaké obrovské možnosti se u zařízení s ethernetovým rozhraním otevírají: vnitřní webové stránky pro nastavování, zaslání kritických hodnot e-mailem, standardizovaný přenos souborů naměřených hodnot. To vše současně a snadno.

Jak připojit zařízení k Ethernetu

Vžijme se do situace uživatele, který má umístěnu skupinu snímačů s rozhraním RS-485 na jedné straně budovy a rád by data viděl v počítači na opačném konci budovy. Tahat kabel linky RS-485 přes celý objekt není ta nejlepší cesta, v budově je však počítačová síť. Řešením této situace je použití převodníku linky RS-485 na rozhraní Ethernet v blízkosti skupiny snímačů. Do počítače, na němž mají být data zobrazována, se nainstaluje tzv. virtuální sériový port, tedy program, který vytvoří další sériový port v operačním systému. Přes něj pak původní měřicí program komunikuje se snímači právě tak, jako by bylo spojení provedeno klasicky linkou RS-485. Vedlejším kladným efektem je i zisk dalšího sériového portu, kterých na počítačích ubývá.

Spolehlivým a levným převodníkem mezi Ethernetem a linkou RS-485 je modul Gnome485 (obr. 1). Celé zapojení pro danou úlohu je na obr. 2.

Převodník Gnome485 má tyto základní vlastnosti:

  • připojení k síti 10/100Base-T Ethernet konektorem RJ45,
  • vyvedení linky RS-485 na násuvnou svorkovnici,
  • horní mezní rychlost linky RS-232 od 300 Bd do 920 kBd,
  • automatické přepínání směru toku dat bez prodlevy,
  • zabezpečení před neoprávněným přístupem,
  • rozsah napájecího napětí 5 až 36 V DC,
  • indikace napájení, přenosu dat, připojení a aktivity sítě.

Převodník lze konfigurovat přes vnitřní webové rozhraní nebo při použití jednoduchého intuitivního konfiguračního programu. Modul Gnome485 dokáže komunikovat i protokolem DHCP, takže IP adresa mu může být přidělena automaticky. Převodníky Gnome485 je možné zapůjčit k vyzkoušení a technici společnosti Papouch jsou připraveni poradit s jejich aplikací.

Ing. Pavel Poucha,
Papouch, s. r. o.

Papouch s. r. o.
Strašnická 3164/1a
102 00 Praha 10
tel.: 267 314 267-8
fax: 267 314 269
e-mail: papouch@papouch.com
http://www.papouch.com