Tutto quello che dovete sapere su EtherNet/IP e IIoT

Con la sempre maggiore diffusione delle reti wireless, il numero di dispositivi Ethernet sta diminuendo ma Ethernet rimane parte integrante della nostra vita quotidiana - che si tratti della connessione a Internet o della smart TV. Negli ambienti industriali, Ethernet rappresenta una significativa evoluzione. EtherNet/IP include la ormai ben nota sigla "IP", come quella che si usa per connettersi a Internet ma, in questo contesto, significa "Industrial Protocol" - un adattamento intelligente per applicazioni industriali.

Gli strumenti da campo possono connettersi tramite Ethernet utilizzando cavi e connettori simili a quelli che si trovano in ogni casa. Naturalmente, le applicazioni industriali richiedono versioni più robuste, in grado di resistere a condizioni gravose, ma il principio rimane lo stesso. In pratica, sappiamo già molto sul funzionamento di questi "nuovi" dispositivi Ethernet industriali. E ora che ne siamo consapevoli, vediamo di capire i dettagli che distinguono questa tecnologia.

Negli anni '90, un piccolo team di ControlNet International Ltd. ha iniziato a sviluppare quello che poi sarebbe diventata EtherNet/IP ma, prima di arrivare al 2000, i ricercatori si sono resi conto che, per far avanzare il progetto, era necessario un ulteriore supporto. A quel tempo, il crowdfunding non esisteva e quindi hanno dovuto seguire le strade tradizionali.

Hanno cercato la collaborazione di ODVA (Open DeviceNet Vendors Association), un'associazione di aziende di automazione fondata nel 1995, e ODVA ha accettato di collaborare allo sviluppo di EtherNet/IP. Nel 2009, gli sviluppatori originali hanno trasferito la piena responsabilità del protocollo a ODVA e ai suoi membri. Oggi, ODVA mantiene e promuove CIP™ (Common Industrial Protocol) e le relative tecnologie, tre cui ControlNet®, CompoNet® e DeviceNet®.

Oltre allo sviluppo del protocollo, ODVA garantisce l'interoperabilità tra fornitori e sistemi - una sfida complessa nell'automazione industriale. Per semplificare l'integrazione e l'adozione, l'organizzazione sostiene l'uso di componenti in commercio (COTS - Commercial Off-The-Shelf) e di tecnologie Internet ed Ethernet non modificate.

Basata su CIP, sul modello OSI (Open Systems Interconnection) e sulla suite standard TCP/UDP, EtherNet/IP è una rete Ethernet flessibile di prima categoria e uno standard IEC aperto. Permette di collegare sensori da campo, controller e sistemi di controllo nella stessa rete.

Il campo di applicazione è molto ampio e vi rientrano sistemi di controllo della potenza (motori, azionamenti, avviatori statici, ecc.) e sistemi di controllo discreto (I/O di sicurezza, robot, ecc.). Le possibilità sono davvero tante perché la rete è compatibile anche con telecamere IP, Wi-Fi e telefoni IP. Tutte queste caratteristiche dimostrano che EtherNet/IP è più che pronto alla diffusione di IIoT.

Anziché descrivere l'intero standard, riassumiamo qui gli aspetti principali che bisogna assolutamente conoscere:

• IEEE 802.3: Standard, Ethernet, Precision Time Protocol (IEEE-1588)
• IEC: International Electrotechnical Commission – IEC 61158
• ODVA: Common Industrial Protocol (CIP)
• IETF: Internet Engineering Task Force, Standard Internet Protocol (IP)

Inoltre, EtherNet/IP aggiunge CIP al livello di sessione ma segue anche il framework del protocollo del modello OSI. Date un'occhiata al grafico:

Infine, è possibile avere molti modi per comunicare. Lo strato fisico consente la connessione wireless o l'uso di cavi in ​​rame, in fibra e altro ancora. Quindi il livello di collegamento dati consente standard diversi, a seconda del livello fisico – ad es. IEEE 802.3 (fibra), IEEE 802.3 o 802.1 (rame) e IEEE 802.11 (WiFi).

Inoltre, il nuovo Advanced Physical Layer (Ethernet-APL) ha solo 2 fili in grado di gestire simultaneamente l'alimentazione e la comunicazione, anche nelle aree pericolose!

La tecnologia Ethernet ha subito una vera e propria evoluzione, passando da 10 Mbps, con topologia a bus/albero e comunicazione half-duplex a 100 Mbps e 1 Gbps, full duplex con topologia a stella basata su switch/router. Questa evoluzione ha dato alle reti Ethernet la capacità di supportare sistemi industriali critici.

EtherNet/IP è un'infrastruttura attiva, con segmenti di rete che utilizzano connessioni "da punto a punto" in una topologia a stella. Il fulcro di questa topologia è l'interconnessione degli switch di livello 2 e di livello 3. Questi switch supportano molti nodi punto-punto.

La rete EtherNet/IP può supportare anche topologie lineari ad anello tolleranti al singolo guasto. Per questo, utilizza switch integrati e la tecnologia DLR (Device Level Ring). Queste topologie alternative possono essere combinate per ottimizzare il percorso dei cavi e i layout di comunicazione.

Potremmo addentrarci nei dettagli tecnici della rete EtherNet/IP ma preferiamo essere brevi e concisi, riassumendo i punti principali nella risposta a tre domande. Queste risposte vi permetteranno di comprendere meglio la rete.

EtherNet/IP si basa sullo standard IP TCP/UDP ma che significa questo esattamente? TCP (Transmission Control Protocol) assicura un trasferimento dati affidabile ma lento, in un pacchetto o frame unicast. Le connessioni TCP si utilizzano, ad esempio, per le e-mail e la navigazione del web e sono utili per la trasmissione di dati diagnostici, mentre UDP è utile per i dati I/O nelle applicazioni di automazione o controllo.

Passando a UDP (User Datagram Protocol), la connessione è molto più veloce ma non c'è garanzia che i dati trasferiti arrivino al ricevente.  Pacchetti o frame sono unicast, multicast e broadcast, come per lo streaming di musica o video.

Sì, EtherNet/IP è stato sviluppato per consentire la coesistenza con altre applicazioni TCP/IP. Ecco alcuni esempi di applicazioni TCP/IP comunemente presenti sul mercato:

• HTTP - Hypertext Transfer Protocol
• SNMP - Simple Network Management Protocol
• Modbus/TCP
• OPC UA

La rete è composta da elementi cruciali che consentono la comunicazione tra i dispositivi e il sistema di controllo. EtherNet/IP ha tre classi che identificano i componenti e il modo in cui vengono utilizzati.

• Scanner: la classe scanner mappa le variabili di ingresso e uscita della rete in cicli, definiti attraverso il tempo di aggiornamento. Esempi: PLC e controller
• Messaging: la classe messaging supporta la messaggistica esplicita anziché i dati I/O in tempo reale. Esempi: diagnostica, strumenti di configurazione di rete, sistemi SCADA e HMI
• Adapter: la classe adapter offre funzionalità specifiche dei dispositivi con protocollo EtherNet/IP integrato. Esempi: sensori, valvole, gateway.

EtherNet/IP è un protocollo di comunicazione digitale che amplia gli orizzonti per l'integrazione e l'utilizzo dei dati. Seguendo il concetto NAMUR NOA, è possibile estrarre informazioni direttamente dalla rete, utilizzando un dispositivo edge, e inviarle a vari tipi di servizi cloud. L'ecosistema IIoT Netilion di Endress+Hauser, ad esempio, ora supporta i dispositivi EtherNet/IP in diversi modi; potete usarli nei servizi Analytics, Library, Health e Value e nei dispositivi di terze parti in Analytics e Library. Questi servizi migliorano i dati, fornendo le giuste informazioni ovunque ci si trovi. Ogni servizio ha vantaggi rilevanti per le attività quotidiane.

I servizi IIoT rappresentano un modo semplice per accedere alle informazioni provenienti dalla strumentazione da campo. Rappresentano un modo comodo e sicuro di integrazione con il cloud, permettono di fare un passo avanti nel proprio settore, accedere a nuovi livelli di manutenzione, migliorare la produzione e altro ancora.