AS INTERFACE

UM POUCO DE FUNDO SOBRE

ETHERNET/IP

Vamos dar um passo atrás no protocolo EtherNet/IP. A maioria das pessoas que trabalha em um escritório associa o termo “Ethernet” ao cabo físico atrás de sua mesa. Este cabo conecta o PC do escritório às impressoras e servidores da rede local e aos infinitos sites da Internet. Este cabo é apenas a parte física da Ethernet, a mídia que transporta mensagens Ethernet para o seu PC. Neste fio está toda uma série de protocolos de comunicação, como o Protocolo da Internet (IP), o Protocolo de Controle de Transporte (TCP) e vários protocolos da Microsoft, como o NetBEUI. Este conjunto de protocolos funciona bem para o ambiente de escritório. Ele permite aos usuários compartilhar arquivos, acessar impressoras, enviar e-mail, pesquisar na internet e realizar todas as demais comunicações utilizadas no ambiente de escritório.

As necessidades do chão de fábrica são diferentes, com requisitos especiais. Controladores acessam dados nos sistemas de acionamento, estações de trabalho e dispositivos de E/S. Comunicação em tempo real é crucial. Enchimento de garrafas exige comunicações precisas. Ethernet tinha aceitação limitada na automação industrial. Despesas e falta de switches e roteadores inteligentes impediam aceitação. Agora, com preços caindo e PCs com Ethernet, Ethernet está ganhando aceitação. Falta uma camada de aplicação flexível para automação.

As 7 coisas que você deve saber sobre o protocolo EtherNet/IP

Seu guia para entender a Ethernet/IP

Frequentemente me perguntam: “O que é EtherNet/IP?” Ou, “Você pode me dar uma rápida introdução ao protocolo de comunicação EtherNet?” Aqui estão as 7 principais coisas que você precisa saber sobre EtherNet/IP. (Nota: David Letterman teve seu Top Ten, mas sou apenas 65% tão bom quanto David Letterman.)

EtherNet/IP é um protocolo da camada de aplicação que é transferido dentro de um pacote TCP/IP. Isso significa que EtherNet/IP é simplesmente a forma como os dados são organizados em um pacote TCP ou UDP. Para obter informações sobre o que é TCP ou UDP, obtenha meu livro Industrial Ethernet .
Todos os dispositivos em uma rede EtherNet/IP apresentam seus dados à rede como uma série de valores de dados chamados atributos agrupados com outros valores de dados semelhantes em conjuntos de atributos chamados objetos.
Existem objetos necessários de EtherNet/IP – identidade, TCP, roteador – que todo dispositivo deve ter. A especificação EtherNet/IP define esses objetos.
Existem objetos de aplicativo EtherNet/IP que possuem os dados para seu dispositivo específico. Por exemplo, um dispositivo de inversor EtherNet/IP tem um objeto motor. Todos os dispositivos EtherNet/IP que suportam dispositivos específicos têm o mesmo conjunto de objetos de aplicação EtherNet/IP.
Existem dois tipos de mensagens que são transferidas entre um dispositivo scanner EtherNet/IP (abre conexões e inicia transferências de dados) e dispositivos adaptadores EtherNet/IP (fornece dados aos scanners). Essas mensagens são mensagens explícitas (assíncronas, conforme necessário) e mensagens de E/S (mensagens de dados que são transferidas continuamente).
EtherNet/IP faz parte do Protocolo Industrial Comum (CIP). O CIP define a estrutura do objeto e especifica a transferência da mensagem. O protocolo CIP sobre CAN é DeviceNet. O protocolo CIP sobre Ethernet é EtherNet/IP.
Nossa empresa, Real Time Automation (RTA), é fornecedora líder de tecnologia EtherNet/IP. A RTA pode fornecer pilhas de código-fonte EtherNet/IP isentas de royalties (para leitores e adaptadores), PCBs e módulos EtherNet/IP.

Ethernet/IP

O padrão EtherNet/IP (muitas vezes abreviado para E/IP ou EIP) é o protocolo da camada de aplicação que pode fornecer o que a indústria está procurando. Quatro grupos independentes uniram forças para desenvolver e promover o EIP como uma camada de aplicação Ethernet de domínio público para automação industrial. Esses grupos incluem ODVA, Industrial Open Ethernet Association (IOANA), Control Net International (CI) e Industrial Ethernet Association (IEA). O objetivo de seus esforços é ilustrar como o EIP fornece um padrão certificável amplo, abrangente e adequado a uma ampla variedade de dispositivos de automação.

1. Ethernet/IP usa as ferramentas e tecnologias da Ethernet tradicional. A Ethernet/IP usa todos os protocolos de transporte e controle usados na Ethernet tradicional, incluindo TCP, IP e as tecnologias de sinalização e acesso à mídia encontradas nas placas de interface Ethernet disponíveis no mercado. Construir sobre essas tecnologias de PC padrão significa que o EIP funciona de forma transparente com todos os dispositivos Ethernet padrão encontrados no mercado atual. Isso também significa que o EIP pode ser facilmente suportado em PCs padrão e todos os seus derivados. Ainda mais importante, basear o EIP em uma plataforma de tecnologia padrão garante que o EIP avance à medida que as tecnologias básicas evoluem no futuro.
2. Ethernet/IP é um padrão certificável. Os grupos que dão suporte ao EIP planejam garantir um padrão abrangente e consistente por meio de atenção cuidadosa e de vários fornecedores à especificação e por meio de laboratórios de teste certificados, como foi feito com DeviceNet e ControlNet. Os programas de certificação modelados após os programas para DeviceNet e ControlNet garantirão a consistência e a qualidade dos dispositivos de campo.
3. O EIP é construído em uma camada de protocolo amplamente aceita. O EIP é construído a partir de um padrão amplamente implementado usado em DeviceNet e ControlNet chamado CIP (mencionado anteriormente) e é ilustrado no desenho anexo. Este padrão organiza dispositivos em rede como uma coleção de objetos. Ele define o acesso, o comportamento do objeto e as extensões que permitem que dispositivos amplamente diferentes sejam acessados usando um mecanismo comum. Centenas de fornecedores agora suportam o protocolo CIP em produtos atuais. O uso dessa tecnologia no EIP significa que o EIP é baseado em um padrão amplamente compreendido e amplamente implementado que não requer um período de revisão da nova tecnologia.

Uma visão geral do CIP

O Protocolo Industrial Comum é um protocolo de comunicação para transferência de dados de automação entre dois dispositivos. No protocolo CIP, cada dispositivo de rede se representa como uma série de objetos. Cada objeto é simplesmente um agrupamento dos valores de dados relacionados em um dispositivo. O CIP não especifica como esses dados de objeto são implementados, apenas quais valores ou atributos de dados devem ser suportados e que esses atributos devem estar disponíveis para outros dispositivos CIP.

Existem três tipos de objetos definidos pelo protocolo CIP.

1. Objetos Necessários EtherNet/IP

Os objetos necessários são exigidos pela especificação a serem incluídos em cada dispositivo CIP. Esses objetos incluem o objeto de identidade, um objeto de roteador de mensagem e um objeto de rede.

A. O objeto de identidade contém valores de dados de identidade relacionados chamados atributos. Os atributos para o objeto de identidade incluem o ID do fornecedor, a data do fabricante, o número de série do dispositivo e outros dados de identidade.

B. O objeto roteador de mensagem é um objeto que roteia mensagens de solicitação explícita de objeto para objeto em um dispositivo.

C. O objeto de rede contém os dados de conexão física para o objeto. Para um dispositivo CIP no DeviceNet, o objeto de rede contém o MacID e outros dados que descrevem a interface para a rede CAN. Para dispositivos EIP, o objeto de rede contém o endereço IP e outros dados que descrevem a interface para a porta Ethernet no dispositivo.

Objetos CIP Comuns
CLASSE DE OBJETO DE IDENTIDADE 0x01	OBJETO NECESSÁRIO
O objeto de identificação fornece as informações de identificação para o nó CIP e inclui a ID do fornecedor, o código do produto, as informações de revisão do software, o número de série e o nome do produto, entre outros itens. O objeto de identidade é um objeto obrigatório e geralmente há apenas uma única instância.
CLASSE DE OBJETO DE ROTEADOR DE MENSAGEM 0x02	OBJETO NECESSÁRIO
O objeto do roteador de mensagem fornece um mecanismo para dispositivos externos acessarem objetos em um dispositivo CIP. As mensagens enviadas por conexões explícitas são direcionadas ao objeto de destino pelo objeto do roteador de mensagens.9
CLASSE DE OBJETO DE CONEXÃO 0x05	OBJETO NECESSÁRIO
O objeto de conexão é onde as características de uma conexão são mantidas em um dispositivo CIP. Uma instância do objeto de conexão é gerada para cada conexão. Essa instância identifica a conexão como explícita ou implícita, define a taxa de pacotes em conexões implícitas e contém outras informações descritivas sobre a conexão. Um objeto de conexão é removido quando a conexão é fechada.
CLASSE DE OBJETO DE MONTAGEM 0x04	OPCIONAL
O objeto de montagem fornece a interface para dispositivos CIP que se comunicam com um dispositivo por meio de uma conexão implícita. As instâncias de um objeto de montagem organizam os dados que são trocados com dispositivos externos. Uma instância de montagem de entrada organiza os dados que são transferidos para dispositivos externos. Uma instância de montagem de saída organiza os dados que são transferidos de dispositivos externos. Múltiplas instâncias de montagem podem ser definidas e um dispositivo externo pode escolher (por ID de instância) qual instância de montagem usar na transferência. Um dispositivo apenas de mensagem explícita não tem instâncias de assembly.
CLASSE DE OBJETO DE PARÂMETRO 0x0F	OPCIONAL
Um objeto de parâmetro fornece um mecanismo padrão para um dispositivo CIP tornar seus parâmetros de configuração publicamente disponíveis para dispositivos externos. Ele fornece informações de identificação completas para os parâmetros de configuração de um dispositivo CIP.
CLASSE DE OBJETO DE LINK ESPECÍFICO DE REDE 0xNN	OBJETO NECESSÁRIO
O objeto de link específico da rede fornece informações sobre o link específico (DeviceNet, EtherNet/IP, ControlNet) usado para implementar o dispositivo CIP. O objeto especifica atributos que descrevem o link, como endereços de nó e taxas de dados. Consulte o Capítulo sobre operação EtherNet/IP sobre CIP para obter mais detalhes sobre o objeto Link para EtherNet/IP.
IDs de CLASSE DE OBJETO DE APLICAÇÃO 0x64 a 0Xc7	OPCIONAL
Os objetos de aplicativo organizam os dados e serviços específicos de um dispositivo. Os fornecedores que constroem dispositivos CIP podem optar por não implementar nenhum objeto de aplicativo, um objeto de aplicativo com todos os dados de um dispositivo ou qualquer número de objetos de aplicativo.

2. Objetos de Aplicação

Objetos de aplicativo são os objetos que definem os dados encapsulados pelo dispositivo. Esses objetos são específicos para o tipo e função do dispositivo. Por exemplo, um objeto de motor em um sistema de acionamento possui atributos que descrevem a frequência, classificação de corrente e tamanho do motor. Um objeto de entrada analógica em um dispositivo de E/S possui atributos que definem o tipo, resolução e valor atual para a entrada analógica.

Esses objetos da camada de aplicativo são predefinidos para um grande número de tipos de dispositivos comuns. Todos os dispositivos CIP com o mesmo tipo de dispositivo (sistemas de acionamento, controle de movimento, transdutor de válvula, etc.) devem conter uma série idêntica de objetos de aplicação. A série de objetos de aplicativo para um determinado tipo de dispositivo é conhecida como perfil do dispositivo. Um grande número de perfis para muitos tipos de dispositivos foi definido. O suporte a um perfil de dispositivo permite que um usuário entenda e mude facilmente de um fornecedor de um tipo de dispositivo para outro fornecedor com o mesmo tipo de dispositivo.

Um fornecedor de dispositivo também pode agrupar objetos de camada de aplicativo em objetos de montagem. Esses superobjetos contêm atributos de um ou mais objetos da camada de aplicativo. Objetos de montagem formam um pacote conveniente para transportar dados entre dispositivos. Por exemplo, um fornecedor de um controlador de temperatura com vários loops de temperatura pode definir conjuntos para cada um dos loops de temperatura e um conjunto com dados de ambos os loops de temperatura. O usuário pode escolher o assembly mais adequado para o aplicativo e com que frequência acessar cada assembly. Por exemplo, um conjunto de temperatura pode ser configurado para relatar toda vez que muda de estado, enquanto o segundo pode ser configurado para relatar a cada um segundo, independentemente de uma mudança de estado.

Os conjuntos geralmente são predefinidos pelo fornecedor, mas o CIP também define um mecanismo no qual o usuário pode criar dinamicamente um conjunto a partir dos atributos do objeto da camada de aplicativo.

3. Objetos Específicos do Fornecedor

Objetos não encontrados no perfil para uma classe de dispositivo são denominados específicos do fornecedor. Esses objetos são incluídos pelo fornecedor como recursos adicionais do dispositivo. O protocolo CIP fornece acesso a esses objetos de extensão do fornecedor exatamente da mesma forma que o aplicativo ou os objetos necessários. Esses dados são estritamente de escolha do fornecedor e são organizados em qualquer método que faça sentido para o fornecedor do dispositivo. Além de especificar como os dados do dispositivo são representados na rede, o protocolo CIP especifica várias maneiras diferentes pelas quais esses dados podem ser acessados, como cíclico, pesquisado e mudança de estado.

Vantagens para EtherNet/IP

As vantagens da camada de protocolo CIP sobre Ethernet são inúmeras. O acesso consistente ao dispositivo significa que uma única ferramenta de configuração pode configurar dispositivos CIP em diferentes redes a partir de um único ponto de acesso sem usar software específico do fornecedor. A classificação de todos os dispositivos como objetos diminui o treinamento e a inicialização necessários quando novos dispositivos são colocados online. EtherNet/IP oferece melhor tempo de resposta e maior throughput de dados do que DeviceNet e ControlNet. A EtherNet/IP conecta dispositivos do nível do barramento do sensor ao nível de controle e ao nível corporativo com uma interface de camada de aplicação consistente.

Existem vários concorrentes da camada de aplicação para o protocolo EtherNet/IP, incluindo Modbus/TCP do Groupe Schneider, Profinet da Siemens e EtherCAT da Beckhoff. Infelizmente, o espaço impede uma revisão detalhada de cada um desses produtos. No entanto, nenhum desses concorrentes pode fornecer o suporte do fornecedor, a flexibilidade e o suporte total à arquitetura oferecidos pela implementação do CIP sobre Ethernet.

Desafios do usuário de EtherNet/IP

A implementação do protocolo EtherNet/IP não é isenta de desafios. Dois dos desafios mais importantes para o usuário iniciante incluem treinamento e configuração de rede. Um problema comum é a falta de pessoal treinado que entenda tanto os fundamentos de TI quanto a rede de automação. Um esforço colaborativo entre as equipes de TI e automação é necessário para implementar com sucesso o primeiro protocolo Ethernet/IP.

Um segundo desafio é a configuração de rede adequada. Planejar sua infra-estrutura de automação de fábrica Ethernet é essencial. A identificação cuidadosa de todos os seus loops de controle, a escolha dos roteadores, switches e caminhos corretos e a documentação adequada da sua rede são requisitos para uma rede de comunicações que atenda às suas metas de produção e exija pouca manutenção contínua.

Os detratores dos aplicativos Ethernet no chão de fábrica geralmente citam a falta de determinismo inerente no protocolo de comunicação Ethernet para mantê-lo fora dos aplicativos de automação. Embora verdadeiro no passado, desenvolvimentos recentes em interruptores inteligentes eliminaram amplamente esse argumento. Esses switches criam domínios de colisão separados que oferecem o determinismo necessário para quase todas as aplicações de automação, exceto as mais exigentes.