A Ethernet está se tornando uma tecnologia de rede cada vez mais importante em aplicações industriais.
No domínio do controle de movimento, Ethernet, fieldbus e outras tecnologias-como Peripheral Component Interconnect (PCI)-têm historicamente competido para lidar com algumas das cargas de trabalho mais exigentes em automação industrial e sistemas de controle. Os aplicativos de controle de movimento exigem determinismo-a garantia de que a rede entregará cargas de trabalho aos nós designados em tempo hábil-o que é essencial para garantir a manutenção da posição, o que, por sua vez, garante paradas precisas do motorista, aceleração/desaceleração adequadas e outras tarefas.
A Ethernet padrão IEEE 802.3 nunca atendeu a esses requisitos. Embora a comutação full-duplex e os domínios de colisão isolados tenham substituído a desatualizada camada de enlace de dados CSMA/CD, o protocolo ainda carece de previsibilidade. Além disso, a alta complexidade do TCP/IP em uma pilha típica não é otimizada para a transmissão confiável do tráfego-em tempo real. Conseqüentemente, fieldbuses e arquiteturas de controle-baseadas em PC com placas PCI-baseadas em ASIC têm sido soluções comuns para controle de movimento.
As soluções Ethernet, que vão desde EtherNet/IP® até EtherCAT®, superam essas deficiências de maneiras próprias e exclusivas. Embora a Ethernet Industrial ofereça diversas outras vantagens sobre tecnologias alternativas, ainda está longe de dominar o mercado de controle de movimento. Vamos examinar três razões pelas quais ele pode-e irá-ganhar aceitação crescente nos próximos anos.
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Convergência em vez de maior complexidade
Com o tempo, a crescente interconexão entre a TI corporativa e o chão de fábrica levou a sistemas mais complexos, muitas vezes envolvendo uma combinação de tecnologias Ethernet padrão, Ethernet industrial e fieldbus. Por exemplo, uma máquina pode utilizar:
Essas redes são complexas e caras para configurar e manter. Cada protocolo requer seus próprios procedimentos de implementação, pessoal de instalação e treinamento. Por outro lado, a Ethernet oferece a possibilidade de convergir diferentes redes-como aquelas para controle de movimento e segurança-em uma infraestrutura-de custo efetivo que é mais fácil de conectar, amplamente suportada pelos fornecedores e adaptável a requisitos futuros.
A Ethernet oferece a possibilidade de convergir diferentes redes.
O protocolo EtherNet/IP exemplifica como a convergência pode ser totalmente aproveitada na prática. Ao usar tecnologias Ethernet padrão, como TCP/IP e UDP/IP, complementadas por recursos como CIP Sync (para obter sincronização precisa do protocolo de tempo por meio do relógio distribuído IEEE 1588), os sistemas comutados integrados podem acomodar aplicações comerciais e industriais simultaneamente.
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Determinismo para aplicações de controle de movimento
O controle de movimento depende de comunicação precisa. Essa precisão é suportada pelo agendamento baseado em-intervalo-de tempo, no qual cada dispositivo tem um agendamento dentro da política de agendamento para comunicação com outros dispositivos. Esses servoacionamentos e controladores calculam seu respectivo tempo, a partir do qual o valor ∆T da função de controle pode ser derivado. Contudo, se a transmissão de dados se tornar imprevisível, os resultados poderão ser perdidos; portanto, o determinismo é necessário para garantir a estabilidade do loop.
A Ethernet é capaz de suportar aplicações exigentes de controle de movimento na fábrica.
Em alguns casos, a implementação do IEEE 1588 em EtherNet/IP por meio de circuitos aceleradores diretamente integrados aos chips Intel® é apenas um mecanismo comum pelo qual as soluções Ethernet impõem o determinismo. O processamento de alta-velocidade-em tempo real do EtherCAT é outro exemplo de como o desempenho consistente e previsível é alcançado em aplicações de controle de movimento. O EtherCAT supera as limitações físicas estritas da comunicação centralizada-baseada em PCI, que requer comunicação rápida entre a unidade de processamento da máquina e o servoprocessador, mantendo uma distância curta.
Jason Goerges explicou em um artigo publicado na *Machine Design* em 2010:
A arquitetura de processador distribuído-baseada em EtherCAT oferece alta largura de banda, sincronização e flexibilidade física, rivalizando com os recursos de controle centralizado e ao mesmo tempo oferecendo as vantagens de uma rede distribuída.
Na verdade, alguns processadores que usam essa abordagem podem controlar até 64 eixos altamente coordenados-incluindo posição, velocidade e loops de corrente, bem como comutação-em taxas de amostragem e atualização de 20 kHz.
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Viabilidade-de longo prazo para a IIoT
Desde o seu início como uma tecnologia de rede local (LAN), a Ethernet passou por uma série de desenvolvimentos. Dado que os componentes tradicionais do fieldbus são atualmente produzidos em pequena escala e que o PCI corre o risco de se tornar uma arquitetura padrão industrial obsoleta, a Ethernet evoluiu até o ponto em que agora é totalmente capaz de servir a Internet das Coisas Industrial (IIoT) baseada em IP-.
Aprimoramentos futuros,-como redes-sensíveis ao tempo, que refinarão o IEEE 1588 e oferecerão suporte à possibilidade de convergência de rede-também tornam a Ethernet uma escolha ideal para aplicativos de controle de movimento atuais e futuros. Isso não quer dizer que os fieldbuses e o PCI irão desaparecer; em vez disso, à medida que a indústria de automação avança em direção à IIoT, as vantagens da Ethernet continuarão a crescer.