Публикация пресс-релизов Поиск по компании
Решения, технологии, стандарты Рынок, отрасль, люди Основы
Отменить подписку Подписка
Производители Системные интеграторы Дистрибьюторы
Продукты месяца Поиск по категории Добавить продукт
Добавить мероприятие
Добавить вакансию Специалисты по АСУ ТП, КИП Специалисты по электротехнике, энергетике Главные инженеры, технологи, электрики Менеджеры по продажам, консультанты, другое
Технические требования Публикация статей Публикация пресс-релизов Media Kit 2014
 


 

Решения, технологии, стандарты - статьи Ua.Automation.com

CAN, промышленный Ethernet и CAN FD: сравнение систем для промышленной автоматизации

CAN, промышленный Ethernet и CAN FD: сравнение систем для промышленной автоматизации
Кент Леннартсон, Research Manager, Kvaser AB
 
Протокол Controller Area Network (CAN), основанный на сообщениях, позволяет микроконтроллерам общаться с устройствами без необходимости в хосте – подобно коммуникациям в сегодняшнем интернете вещей. Использование CAN началось в автомобильной отрасли, и оттуда проникло в многочисленные сектора. Однако CAN сам по себе не обладает функциями, необходимыми для управления процессами на сложном производстве. Для этих задач понадобился второй протокол, более высокого уровня.
 
В начале 1990-х, Allen-Bradley (теперь входит в Rockwell International), разработала DeviceNet, протокол более высокого уровня для систем управления, специально предназначенных для промышленной автоматизации. Это был не единственный протокол такого уровня, доступный в те времена, однако Allen-Bradley быстро внедрила спецификацию через Open DeviceNet Vendor Association (ODVA), благодаря чему она распространился шире других. Именно эта доступность позволила CAN стать жизнеспособным вариантом для задач промышленной автоматизации (сегодня есть несколько кастомизированных опций. Для сравнения самых популярных, нажмите здесь).
 
Классический CAN в промышленной автоматизации
 
Классический CAN используется практически в каждой промышленной отрасли, включая производственные и сборочные линии, тяжелое оборудование (краны, погрузчики), и даже несложные задачи управления вроде сортировщиков почты. Протокол остается отраслевым стандартом по целому ряду причин – но главная из них, это доказанная надежность. В промышленной автоматизации сегодня требуется слаженная работа различных систем управления. Для отрасли, которая полагается на спланированное и точное производство, скорость и эффективность являются необходимостью. Из-за этого ошибок должно быть минимальное количество, и они должны быстро обнаруживаться. В CAN-системах происходят постоянные коммуникации между устройствами. Сообщениям с высоким приоритетом дается преимущество над другими, что устраняет угрозу конфликта между сообщениями. Сообщениям об ошибках дается высокий приоритет, что позволяет быстро обнаруживать их и исправлять. За счет этого маленькие ошибки не превращаются в более крупные и дорогие. Несмотря на доминирование CAN в промышленной автоматизации, на горизонте – новые коммуникационные технологии.  
 
Возникновение Industrial Ethernet
 
Сегодня Ethernet является глобальным стандартом для сетевых коммуникаций. Разработанная в 70-х гг., эта технология подобна CAN в том, что позволяет двум устройствам общаться друг с другом без необходимости в центральном процессоре. Но только недавно эта технология стала обретать характеристики, необходимые для промышленной автоматизации.
 
Industrial Ethernet это просто Ethernet для промышленных приложений. Он отличается от технологии, используемой в наших домах и офисах тем, что в сообщениях, которыми обмениваются два устройства, используются детерминистические протоколы, обеспечивающие высокую вероятность желаемого исхода (к примеру такой, когда конечный продукт со сборочной линии отвечает первоначальным спецификациям). Некоторые из ключевых преимуществ системы по сравнению с традиционным CAN:
  • Более высокая скорость передачи данных (до 100 MB/с) на сетевых отрезках большей длины.
  • Более скоростная передача данных означает, что больше данных за единицу времени можно получить «из облака».
  • Больше специалистов знакомы с Ethernet по сравнению с CAN.
  • Больше поддержки по вопросам связанным с ПО доступно при использовании в среде Linux или Windows.
Кстати, хотя классический CAN ограничен скоростью 1 MB/с и длиной кабеля 40 м, эти показатели можно увеличить с помощью высокопроизводительного драйвера CAN в комбинации со стандартными кварцевыми генераторами. С другой стороны, хотя Industrial Ethernet предпринял несколько шагов в направлении повышения скорости, остается еще ряд серьезных опасений.
 
Недостатки Ethernet
 
В промышленной автоматизации скорости, достижимые через Ethernet, не означают повышенной эффективности, особенно по сравнению с классическим CAN. Минимальный размер фрейма в коммуникационном протоколе составляет 80 байтов, из них 46 байтов – это данные. В секторе, в котором передавать надо обычно 0–8 байтов, такая избыточность может сделать передачу данных менее эффективной, даже с учетом высоких скоростей. Безопасность протокола также находится под вопросом.
 
Поскольку промышленному Ethernet-у требуется IP-адрес, он по умолчанию является менее надежным способом передачи данных, по сравнению с классическим CAN. Это означает, что автоматизированные системы могут быть уязвимы к кибератакам. Хотя соединения можно сделать безопасными с помощью маршрутизаторов, мостов и файерволов, уязвимость системы все равно остается на уровне, с которой промышленной автоматизации не приходилось мириться в случае с классическим CAN. Кроме того, эти усилия по обеспечению безопасности означают дополнительные затраты в случае с Industrial Ethernet.
 
На первый взгляд, Industrial Ethernet и классический CAN могут показаться весьма близкими по стоимости. Однако есть несколько моментов, которые надо учесть при переходе на Ethernet. К примеру, поскольку все-таки CAN был и есть стандартом промышленной автоматизации, желающие внедрить другую сетевую технологию могут столкнуться с серьезными расходами на модернизацию систем. Во-вторых, дополнительные расходы потребуются на обеспечение безопасности систем. И наконец, в настоящий момент нет доминирующей системы промышленного Ethernet-а. Это означает, что если одна система станет доминировать над другими – пользователи могут обнаружить себя владельцами внезапно устаревшей системы.
 
CAN FD
 
CAN FD (CAN с изменяемой скоростью передачи данных) был создан для нужд автомобильной индустрии. Протокол изменяет скорость передачи данных при пересылке сообщений, вместо того, чтобы использовать одно стандартное значение. Эта новая, улучшенная версия классического протокола CAN позволяет передавать данные со скоростью до 8 MB/с, даже при длине кабеля превышающей 40 метров. CAN FD может передавать до 64 байтов данных в одном сообщении – без огромной неэффективности, часто свойственной промышленному Ethernet-у. Кроме того, затраты на модернизацию существующих протоколов CAN на CAN FD намного меньше (да и процесс проще) по сравнению с модернизацией всей системы для нужд Industrial Ethernet. CAN FD все еще находится в «детском возрасте», с точки зрения промышленной автоматизации, но его улучшенные характеристики уже обещают большую пользу сектору.   
 
Industrial Ethernet и CAN работают вместе
 
Хотя эти коммуникационные системы конкурируют друг с другом, они могут быть взаимно полезны. Шлюз CAN-Ethernet позволяет системам CAN общаться с помощью методов Ethernet. За многие годы эти шлюзы зарекомендовали себя как довольно сложные в использовании решения, однако в последние годы появились более простые варианты. К примеру, Ethercan, простой шлюз CAN-Ethernet, использовался с CAN-оборудованием повышенной надежности для организации управления портовыми кранами. Это использование CAN и Ethernet позволяет операторам в режиме реального времени получать информацию о крановых системах (к примеру, текущую нагрузку) с помощью порталов Ethernet. Надежность CAN гарантирует, что ошибки быстро исправляются, а использование Ethernet обеспечивает доступность данных, собираемых через CAN по всему миру.
 
Использование CAN в промышленной автоматизации – уже историческая традиция. Новые претенденты, вроде Industrial Ethernet, могут представлять угрозу доминированию этого коммуникационного протокола, однако его многочисленные преимущества, такие как надежность, безопасность и доступность, пока не могут быть оспорены новой технологией. Более того, потенциал CAN FD в повышении скорости передачи данных означает, что сторонникам CAN не понадобится сверхусилий для того, чтобы получить доступ к возможностям, сравнимым с Ethernet. А для тех, кто хочет скрестить два способа коммуникаций, шлюзы CAN-Ethernet могут стать выбором, который наконец-то представляется достаточно легким в использовании для того, чтобы получить широкое распространение в отрасли автоматизации.