V závislosti na době a použití, technika pro průmyslovou automatizaci byla od 80. let 20. století ovlivňována nejrůznějšími druhy sběrnic a protokolů, určenými k propojení jednotlivých zařízení s řídicím systémem. Do dnešního dne se pro různé účely využívají specifické sběrnice, které jsou však vzájemně nekompatibilní.
V oblasti IT se dominantním nástrojem pro přenos dat ethernet stal, v dnešní podobě ustanovený standardem IEEE 802.3 z roku 1983. Vrstva 1 (fyzická) a vrstva 2 (linková) jsou tak definovány v souladu se síťovým referenčním modelem OSI (open systems interconnection). Dobře známými způsoby přenosu jsou např. přenos prostřednictvím kabelů LAN o rychlosti 100 Mb/s, 1 Gb/s a 10 Gb/s, dále WLAN (wireless local area network dle IEEE 802.1) nebo optickými vlákny.
Až dosud bylo zvykem držet IT (informační technologie) odděleně od OT (operačních nebo také provozních technologií), neboli vrstvy průmyslové automatizace. Na prahu Průmyslu 4.0 a IoT (internetu věcí) prochází tento přístup radikální revizí. IT a OT musejí zapadnout do sebe za účelem pokrytí jak fyzického, tak i virtuálního světa. To je jediný způsob, jak zaznamenávat a zpracovávat klíčová data ze senzorů a procesů v systémech pro big data a v cloudových aplikacích a následně cíleně zdokonalovat produkci. Přirozeně to svádí k myšlence použít ethernet k přenosu dat v obou světech, bohužel však současný (standardní) ethernet nesplňuje nároky na reálný čas, protože odesílání datových bloků je realizováno na principu best-effort, tedy nezaručeně. To vylučuje přenos časově synchronizovaných dat.
Proto se do popředí zájmu dostává přenosový standard nazývaný Time-sensitive networking (TSN). Ten je specifikován v IEEE 802.1 Working Group (viz http://www.ieee802.org/1/pages/tsn.html). TSN je založen na (standardním) ethernetu a umožňuje deterministický přenos dat z OT s garantovanou latencí a QoS (quality of service zajišťující vyhrazení a dělení dostupné přenosové kapacity tak, aby pokud možno nedocházelo zahlcením sítě ke snížení kvality síťových služeb), paralelně ke konvenčnímu IP (internet protocol) provozu (např. z IT) po stejném médiu, čímž klestí cestu ke splynutí těchto dvou světů.
PŘEHLED KOMUNIKACE V REÁLNÉM ČASE
V době, kdy byl vyvinut, úspěch prvního ethernetového standardu nebyl hotová věc. Ostatně, kdo si ještě dnes vzpomene na Fiber sistributed data interface (FDDI), Asynchronous transfer mode (ATM) nebo Token ring?
Ethernet dnes dominuje ve všech oblastech lokálního přenosu dat. Ne však ve všech, neboť tam, kde je vyžadována komunikace v reálném čase, ethernet neobstál a nahradil ho například protokol EtherCAT. Ten však využívá speciální hardware, který není pro ethernet vhodný oba protokoly tak nelze provozovat na stejném vedení. S datagramy protokolu EtherCAT je nakládáno způsobem "on-the-fly", takže přístup každého zařízení ke čtení a zápisu je vždy omezen na malou část kompletního „telegramu", který je vzápětí postoupen následujícímu zařízení EtherCAT. Rámce jsou zpracovávány výhradně v jednom směru a postupně předávány všem dalším zařízením. Poslední účastník vrátí „telegram" masteru druhou dvojlinkou v kabelu po směru předávání. Tímto způsobem EtherCAT vždy vytváří logický kruh, nezávisle na zvolené topologii. Proto je EtherCAT samostatnou sběrnicí, kterou nelze přímo integrovat do ethernetu nebo do čím dál více se prosazujícího standardu TSN (Time-sensitive networking). Ale o tom až v příštím díle.
Více se o komunikačních protokolech, ale i konkrétních jednotlivých síťových prvcích dozvíte v dokumentu
Síťové technologie: Zjednodušení konektivity v průmyslovém poli switche, konektorové kabely a panelová rozhraní,
který je ke stažení zde.