Спецпроекты

Что мешает Ethernet стать стандартом в промышленности

1778
Интеграция

Вот уже более десятка лет Ethernet активно внедряется на производстве, становясь фактическим стандартом промышленных сетей. Благодаря гибкости, совместимости с множеством различных технологий и высокой скорости Ethernet сегодня — вариант номер один при выборе интерфейса обмена данными между производственными цехами и другими системами. Однако ввиду распространенности более старых промышленных сетей семейства Fieldbus пройдут еще годы, прежде чем Ethernet станет господствующей сетевой технологией на производстве.

Индустрия 4.0 и унаследованные системы

Роль информационных технологий на промышленных предприятиях стремительно растет, переход к Индустрии 4.0 невозможен без цифрового преобразования сферы производства на основе современных «общепринятых» технологий.

Пока в заводских цехах доминируют проприетарные сети, однако постепенно их сменяют сети на основе протоколов Ethernet. Это происходит в рамках инициатив, связанных с четвертой промышленной революцией и цифровизацией, снижение цен на Ethernet-решения подстегивает процесс перехода.

Цель проектов перехода на Ethernet — получить возможность передавать больший объем данных о работе предприятия в форматах, «понятных» аналитическим системам.

В 2016 г. Automation World провел опрос, касающийся внедрения Ethernet на производственных предприятиях, а в конце 2019 г. повторил его, чтобы понять, что изменилось за три года. В частности, в связи с ростом интереса к интернету вещей.

Чтобы убедиться в том, что полученные результаты соответствуют действительности, дополнительно был проведен опрос среди экспертов, представляющих крупных поставщиков систем промышленной автоматизации. Представители этих компаний предложили несколько объяснений полученным данным.

Ничего не изменилось?

Первый вопрос в анкете касался устройств, вообще не подключенных с помощью какой-либо разновидности Ethernet (включая Ethernet с TCP/IP и Fieldbus поверх Ethernet). Судя по полученным данным, за последние три года в этом отношении ситуация не слишком изменилась. Это можно было бы отнести на счет погрешности, однако результат может указывать и на то, что со времени первого опроса действительно мало что произошло. Более того, в некоторых областях произошло снижение проникновения Ethernet на производство.

Какое оборудование на вашем предприятии не подключено к Ethernet?

Источник: Automation World, 2019

По мнению многих экспертов, отсутствие радикальных изменений, скорее всего, свидетельствует о том, что переход на Ethernet, массово начавшийся в 2000-х, уже завершился еще до начала первого опроса. В частности, сегодня проприетарные устаревшие интерфейсы наподобие DeviceNet и Profibus уже практически не встречаются.

При этом особенности и уровень внедрения Ethernet значительно варьируется от клиента к клиенту в зависимости от масштаба и уровня сложности предприятия, но не от отрасли. В некоторых случаях инженерам АСУ удается подготовить экономическое обоснование перехода на Ethernet путем демонстрации того, что такое внедрение позволит увеличить объем производства. Но чаще всего на предприятиях медлят с внедрением Ethernet до тех пор, пока не окончится срок службы оборудования, использующего другие коммуникационные технологии. Часто на предприятиях работают системы, созданные 15–20 назад. В подобных случаях переход на Ethernet позволил бы улучшить пропускную способность и другие характеристики, однако работающее оборудование обычно не заменяют только для того, чтобы внедрить более новую сетевую технологию.

Что важнее — прогресс или защищенность?

Рост спроса на Ethernet-решения есть. Один из его двигателей — все более широкое распространение интернета вещей и желание задействовать в производственных процессах облачные системы.

Переход на сетевой стандарт позволит получить больше возможностей с точки зрения обмена информацией: по одному и тому же кабелю можно передавать данные различных типов, к тому же Ethernet — это открытость, совместимость, скорость, надежность и встроенные средства резервирования, плюс обеспечивать техническую поддержку одного протокола проще, чем нескольких.

И тем не менее, промышленный ландшафт еще не целиком завоеван Ethernet. В частности, сохраняется устойчивый спрос на системы с шиной Databus. Помимо прочего, как полагают эксперты, «производственники» могут опасаться, что с переходом на Ethernet увеличится риск кибератак на критически важные заводские сети.

Сети Databus более просты, при этом они более защищены и лучше подходят для работы в производственных условиях. Многие из тех, кто отвечает на предприятиях за эксплуатационные технологии, стремятся сохранить то, что уже есть, особенно в компаниях малого и среднего бизнеса.

Если предприятие небольшое, применяемый там «старый» интерфейс, например, DeviceNet, надежно работает и нет нужды в высокой пропускной способности для передачи видео или в установке точек доступа Wi-Fi, то нет смысла заменять работоспособную сеть с налаженной схемой обслуживания на сеть Ethernet.

По какой причине вы воздерживаетесь от подключения производственного оборудования к Ethernet?

Источник: Automation World, 2019

А вот среди предприятий в отраслях, где простои чреваты большими потерями, оказалось наибольшее количество тех, кто внедрил Ethernet раньше других. К таким отраслям, в частности, относятся автомобильная, пищевая, производство товаров народного потребления и нефтегазовая. Многие их представители уже давно завершили переход на Ethernet и, соответственно, сведения о них не нашли отражения в результатах опроса, посвященного планам внедрения. Это и может быть одной из причин того, что цифры кажутся низкими.

Ethernet пока не применяется для датчиков

Стоит отметить, что сегодня по-прежнему просто нет смысла подключать абсолютно все промышленное оборудование к Ethernet. Главный фактор, который играет при этом роль, — стоимость. Считается, например, что слишком дорого подключать по Ethernet на витой паре производственные датчики. Результаты опросов 2016 и 2019 года подтверждают это: в обоих опросах около половины датчиков на предприятиях респондентов подключены через сети других стандартов.

Существует еще одно препятствие: в большинстве решений для организации промышленных сетей на основе Ethernet не предусмотрено использование технологий подачи электропитания по одному кабелю с данными (Power over Ethernet, PoE). Поэтому для всех устройств, подсоединяемых к сети Ethernet, понадобится отдельные линии для подведения электроэнергии. Это означает что и сама техника будет более громоздкой, и расходы на интеграцию увеличатся.

Вместе с тем, влияние данного фактора, похоже, начинает уменьшаться. Ряд стандартов связи уровня устройств, например, IO-Link, обеспечивают и передачу данных, и электропитание по стандартному кабелю, что позволяет встраивать их без лишних затрат. Благодаря развитию этих технологий интеграция Ethernet-устройств упрощается, появляется возможность расширения сетей в дальнейшем, когда на предприятии будут готовы к последующим этапам внедрения Ethernet-сетей в системах АСУТП.

Постепенно Ethernet-устройства, поддерживающие PoE, дешевеют и к сетям Ethernet станут подключать гораздо больше датчиков и других небольших устройств.

И, судя по результатам последнего опроса, респонденты выражают большую степень готовности перейти на Ethernet, чем три года тому назад.

Через какое время вы планируете внедрить сеть Ethernet или перейти на оборудование с поддержкой Ethernet?

Источник: Automation World, 2019

Сейчас целый ряд поставщиков активно развивают направление, связанное с «последним метром», — технологиями соединения датчиков с сетью. Внедрение Ethernet с поддержкой PoE позволяет обойти многие препятствия. Так что когда по этой технологии начнут подключать даже датчики, можно ожидать начала масштабных внедрений. Можно предположить, что именно этим обусловлено приближение планов внедрения в последнем опросе.

Есть и извечная движущая сила модернизации — перспектива утратить поддержку устаревшего сетевого оборудования, поскольку , например, поставщики контрольно-измерительного оборудования часто перестают обновлять драйверы для старых устройств, побуждая клиентов переходить на Ethernet-решения.

По большому счету, учитывая рост количества новой техники с поддержкой Ethernet и господство проприетарных технологий обмена данными, которое по-прежнему сохраняется в промышленности, три года можно считать относительно коротким периодом, чтобы за это время успели появиться планы новых внедрений. Вместе с тем можно с уверенностью прогнозировать, что в ближайшие годы масштаб внедрения Ethernet-технологий на заводах существенно вырастет по ряду причин — прежде всего по соображениям сохранения конкурентоспособности, для чего будут внедряться средства мониторинга условий производства, аналитики данных, отслеживания состояния оборудования и прогнозного техобслуживания.