V minulosti nebylo vůbec jednoduché umožnit přímou komunikaci mezi např. sensorem a informačním systémem zajišťujícím analýzu chování daného procesu. Když se podíváme na typickou architekturu většího řídicího systému, tak v ní nalezneme tři vrstvy – vrstvu senzorů a jednoduchých zařízení (jedná se např. o motorové startéry či elektronická ochranná relé), řídicí vrstvu s PLC, operátorskými panely či inteligentními frekvenčními měniči a vrstvu informačních systémů. Každá tato vrstva má rozdílné požadavky na objemy přenášených dat, rychlost a determinismus. Dřívější přístup byl tyto rozdílné požadavky řešit specializovanými sítěmi, obzvláště na úrovni spodních dvou vrstev. Navíc každý větší dodavatel technologie doporučoval jím preferovaný způsob integrace. V průmyslové praxi se tak dnes setkáme s mnoha různými datovými sítěmi a protokoly. Interoperabilita a rozšiřitelnost takto navržených a realizovaných systémů je, a ještě dlouho bude, noční můrou všech systémový integrátorů a koncových vlastníků takových řešení.

Tento stav byl již před nástupem Průmyslu 4.0 a IIoT neudržitelný. Co tedy s tím? Hledalo se univerzální řešení podobné tomu, které již léta existovalo na úrovni informačních a kancelářských systémů – Ethernet. Přičemž na samotný Ethernet se dlouho pohlíželo jako na standard (resp. rodinu standardů, viz níže), který díky svým vlastnostem (z principu nedeterministický, nepodporující předávání zprav v reálném čase, relativně drahý atd.) není do průmyslového prostředí vhodný.

Nicméně faktory jako nástup nových technologií (zejména inteligentních switchů), změny v topologii sítí (od stromové topologie k hvězdicové), plně duplexní provoz, vyšší přenosové rychlosti a lepší cenová dostupnost učinily časem z Ethernetu zajímavé řešení i pro komunikaci na úrovni spodních dvou vrstev řídicího systému.

Nemodifikovaný Ethernet a EtherNet/IP

Než se dostaneme k využití Ethernetu v průmyslových aplikací je dobré si ještě říci, co vlastně pojmem Ethernet rozumíme? Striktně vzato je Ethernet definován normou IEEE 802.3 a představuje realizaci dvou spodních vrstev referenčního komunikačního síťového modelu OSI (fyzickou a linkovou). V průmyslové praxi se jako fyzické medium nejčastěji používá metalická kroucená dvojlinka, případně optický kabel.

Ethernet je ale často chápán i trochu šířeji ve smyslu technologie umožňující připojení k Internetu, tedy včetně protokolů síťové a transportní vrstvy, zejména protokolů IP, TCP a UDP.

Již výše jsem naznačil, jaké důvody vedly k tomu, že se o Ethernetu začalo více uvažovat i pro použití v průmyslovém prostředí. Nicméně klíčové nedostatky Ethernetu, tedy chybějící podpora přenosu dat v reálném čase a nedeterminismus, se tím nepodařilo zcela vyřešit. Hledala se tedy řešení, která by tyto potřeby průmyslových aplikací zajistila. Dnes máme taková řešení principiálně tři. Vzhledem k omezenému prostoru se nebudeme moct detailněji zabývat rozdíly, ale na úvod postačí říci, že pouze jedno řešení, v literatuře označované jako „nemodifikovaný Ethernet“, využívá bez jakýchkoliv úprav standardu Ethernet i nadřazených protokolů TCP/IP a UDP. Ostatní dvě řešení vyžadují úpravu standardních protokolů či dokonce HW. Pouze tedy standardy pro přenos dat v průmyslovém prostředí stavějící na nemodifikovaném Ethernetu nevyžadují žádné úpravy infrastruktury (rozumějte např. speciální switche, routery apod.), mohou jednoduše koexistovat s ostatními existujícími protokoly, a co je nejdůležitější z pohledu IIoT, dovolují bezproblémovou integraci a interoperabilitu. Jedním z takových standardů, které vycházejí plně z principů nemodifikovaného Ethernetu, je i standard EtherNet/IP, což je otevřený standard spravovaný asociací ODVA. Podrobnosti o asociaci ODVA a další detaily o protokolu EtherNet/IP je možné nalézt na stránkách https://www.odva.org/.

Jan Bezdíček Autor článku působí na pozici Director of Research & Development ve společnosti Rockwell Automation, která je zakládajícím členem asociace ODVA a dlouhodobě podporuje a využívá všech výhod EtherNet/IP.