Как работает протокол EtherNet/IP
EtherNet/IP – промышленный сетевой протокол, использующий стандартную технологию Ethernet и прикладную модель CIP, Common Industrial Protocol. Аббревиатура IP в названии EtherNet/IP расшифровывается как Industrial Protocol. При этом протокол действительно работает поверх обычного стека TCP/IP и UDP/IP.
Технология появилась в начале 2000-х годов и развивается организацией ODVA. EtherNet/IP относится к тому же семейству CIP, что DeviceNet и ControlNet, поэтому для этих сетей используются общая объектная модель устройств и похожие принципы представления данных.
В отличие от специализированных промышленных сетей с собственной физической средой, EtherNet/IP работает через коммутаторы, медные или оптические линии Ethernet. Это упрощает построение распределённых систем, их подключение к верхнему уровню предприятия и обмен данными между оборудованием разных производителей.
Протокол EtherNet/IP применяется в автоматизации производственных машин, сборочных и упаковочных линий, конвейеров, складских комплексов, систем водоподготовки, пищевых производств и технологических установок. Особенно часто протокол встречается в проектах на базе контроллеров Allen-Bradley и Rockwell Automation, но поддержка EtherNet/IP Scanner присутствует и в оборудовании других производителей.
Он используется для подключения: составляющих станции ввода-вывода, а также датчиков, измерительных приборов и систем машинного зрения, средств функциональной безопасности и синхронизации, если оборудование поддерживает соответствующие расширения CIP
Как происходит обмен по протоколу EtherNet/IP
В современной терминологии EtherNet/IP вышестоящий ПЛК обычно работает в роли Scanner, или инициатора соединения, а сетевой адаптер CREVIS — в роли Adapter. В старой документации эти роли могут называться Master и Slave.
Перед запуском системы файл EDS (Electronic Data Sheet) адаптера импортируют в среду программирования ПЛК. Он помогает инженерной системе распознать устройство и содержит сведения, необходимые для его настройки. Если использование EDS не поддерживается или файл отсутствует, каплер можно добавить как Generic Ethernet Module и вручную указать параметры из руководства CREVIS.
В проекте задаются IP-адрес каплера, номера Assembly Instances, размеры входной и выходной областей и интервал обновления RPI. После загрузки конфигурации контроллер устанавливает с адаптером CIP-соединение. Сам файл EDS в дальнейшем циклическом обмене не участвует. Это электронное описание устройства EtherNet/IP. В нём содержатся идентификаторы оборудования, поддерживаемые параметры и данные, необходимые инженерной среде для распознавания адаптера.
EDS для EtherNet/IP выполняет похожую задачу, что GSDML для PROFINET и ESI для EtherCAT, но эти файлы не взаимозаменяемы. Для каждого протокола и конкретной модели используется свой файл описания.
В некоторых ПЛК каплер можно настроить без EDS как Generic Ethernet Module. В этом случае номера Assembly Instances, размеры входной и выходной областей и формат данных задаются вручную по руководству CREVIS. Импорт EDS обычно снижает вероятность ошибки и упрощает диагностику.
Рабочий обмен данными
- Каплер опрашивает подключённые модули по внутренней шине станции.
- Состояния дискретных входов, значения аналоговых каналов и данные специальных модулей формируют входной образ процесса.
- Каплер передаёт входные данные контроллеру.
- ПЛК обрабатывает полученные значения в пользовательской программе и формирует данные для выходов.
- Каплер получает выходные данные и передаёт их соответствующим модулям станции.
- Обмен повторяется с интервалом, заданным параметром RPI.
Для регулярной передачи входных и выходных данных применяется неявный обмен (Implicit Messaging). Он работает преимущественно через UDP и используется для циклического обновления технологических данных.
Для чтения параметров, настройки и диагностики применяется явный обмен (Explicit Messaging). Такие запросы обычно передаются через TCP. Таким образом, EtherNet/IP разделяет циклическую передачу технологических данных и нерегулярные сервисные операции.
Что такое RPI
RPI, Requested Packet Interval — запрошенный интервал передачи данных между контроллером и устройством EtherNet/IP. Например, значение RPI 10 мс означает, что система должна обновлять соответствующие данные примерно один раз в 10 мс.
RPI не является скоростью Ethernet и не должен выбираться только по принципу «чем меньше, тем лучше». Слишком короткий интервал увеличивает нагрузку на ПЛК, каплер и промышленную сеть. Значение выбирают с учётом требуемой реакции оборудования, количества узлов и общего объёма трафика.
Типовая система удалённого ввода-вывода EtherNet/IP включает ПЛК с функцией EtherNet/IP Scanner, промышленный Ethernet-коммутатор, один или несколько каплеров и подключённые к ним модули ввода-вывода. Каждый каплер является отдельным сетевым узлом и получает собственный IP-адрес.
Состав модулей в физической станции должен соответствовать конфигурации, заданной в проекте ПЛК. При подборе корзины учитывают не только количество модулей, но и объём передаваемых данных, потребление по внутренней шине, ток полевого питания и необходимость горячей замены.
Сетевые адаптеры EtherNet/IP CREVIS
| Модель | Количество подключаемых модулей | Серия | Особенности |
|---|---|---|---|
| GL-9089 | До 16 модулей | G | Компактный каплер шириной 22 мм. Два разъёма RJ45, скорость 10/100 Мбит/с. До 256 байт входных и 256 байт выходных данных. Поддерживает EtherNet/IP и Modbus TCP/UDP. Питание внутренней шины: 1 А при 5 В DC. Без горячей замены модулей. |
| GN-9289 | До 63 модулей | G | Два разъёма RJ45, скорость 10/100 Мбит/с. Поддерживает EtherNet/IP и Modbus TCP/UDP. До 128 байт данных на один модуль расширения, общий объём до 6300 байт на ввод и 6300 байт на вывод. Питание внутренней шины: 1,5 А при 5 В DC. Без горячей замены. |
| M9289 | До 63 модулей | M | Два разъёма RJ45, скорость 10/100 Мбит/с. До 128 байт данных на один модуль расширения. Поддерживает EtherNet/IP, Modbus TCP/UDP и дополнительные Ethernet-протоколы. Питание внутренней шины: 2 А при 5 В DC. Поддерживает горячую замену модулей. |
| MD9289 | До 63 модулей | M | Дублированный сетевой адаптер для резервируемых станций. Два разъёма RJ45, скорость 10/100 Мбит/с. До 128 байт данных на один модуль расширения. Питание внутренней шины: 2 А при 5 В DC. Поддерживает резервирование и горячую замену модулей. |
| NA-9188 | До 32 модулей | S | Один разъём RJ45, скорость 10/100 Мбит/с. До 252 байт входных и 252 байт выходных данных. Питание внутренней шины: 1,5 А при 5 В DC. Серия снята с производства и применяется для обслуживания существующих систем. |
| NA-9288 | До 63 модулей | S | Два разъёма RJ45, скорость 10/100 Мбит/с. До 252 байт входных и 252 байт выходных данных. Предусмотрен сервисный порт RS-232. Питание внутренней шины: 1,5 А при 5 В DC. Серия снята с производства. |
Для новых проектов с обычными требованиями применяются адаптеры серии G. GL-9089 подходит для компактных станций, а GN-9289 позволяет подключить до 63 модулей. Если требуется горячая замена, выбирают M9289. Для ответственных систем с резервированием предназначен MD9289.
Модели NA-9188 и NA-9288 относятся к снятой с производства серии S. Они представлены в разделе для идентификации установленного оборудования, обслуживания существующих объектов и подбора современной замены.
Подключение и настройка каплера EtherNet/IP
- Проверить, что контроллер поддерживает роль EtherNet/IP Scanner.
- Подобрать каплер и совместимые с ним модули одной серии.
- Рассчитать потребление внутренней шины и при необходимости добавить модуль питания.
- Собрать станцию в той же последовательности, которая будет задана в проекте.
- Назначить каплеру уникальный IP-адрес, маску подсети и при необходимости адрес шлюза.
- Импортировать EDS или создать устройство вручную по руководству.
- Задать номера сборок данных, размеры входной и выходной областей и значение RPI.
- Загрузить проект, установить соединение и проверить сетевые индикаторы каплера.
- Убедиться, что значения входов поступают в ПЛК, а выходные команды передаются в модули.
В актуальных адаптерах CREVIS IP-адрес может назначаться DIP-переключателями, через DHCP/BOOTP или с помощью программы IOGuidePro. Точный способ зависит от модели и версии устройства.
Топология сети EtherNet/IP
EtherNet/IP поддерживает звездообразную, древовидную и линейную структуру сети. При звездообразном подключении каждая станция соединяется с коммутатором отдельным кабелем. Два Ethernet-порта на каплере позволяют последовательно подключать устройства и сократить количество кабелей и портов коммутатора.
Наличие двух RJ45 само по себе не означает поддержку кольцевого резервирования DLR. Для построения кольца все участвующие устройства должны поддерживать Device Level Ring, а функция должна быть указана в документации. Резервирование MD9289 относится к дублированию сетевого узла станции и не должно автоматически приравниваться к DLR.
Для медной линии Ethernet типовая длина одного участка между активными сетевыми устройствами составляет до 100 м. При больших расстояниях применяют дополнительные коммутаторы или оптические линии.
Что учитывать при проектировании
- Количество модулей. GL-9089 рассчитан на компактную станцию до 16 модулей, остальные актуальные модели позволяют подключить до 63 модулей.
- Объём данных. Ограничение в байтах показывает размер технологических данных, а не скорость сети.
- Горячая замена. Для замены модулей без отключения всей станции применяется серия M.
- Резервирование. Для дублированной архитектуры следует использовать MD9289 и проектировать резервирование всей системы, включая ПЛК, питание и сеть.
- Нагрузка на сеть. Количество соединений и значения RPI должны соответствовать возможностям контроллера и адаптеров.
- Коммутаторы. При использовании multicast-трафика рекомендуется применять управляемые промышленные коммутаторы с IGMP Snooping и корректно настроенным IGMP Querier.
- Сегментация. Сеть управления желательно отделять от офисного трафика с помощью VLAN, межсетевых экранов и правил доступа.
Частые вопросы об EtherNet/IP
Достаточно ли обычного Ethernet-порта у ПЛК?
Нет. Наличие RJ45 означает только физическую поддержку Ethernet. Контроллер должен уметь работать в роли EtherNet/IP Scanner. Порт, предназначенный только для программирования, Modbus TCP или PROFINET, не сможет автоматически обмениваться данными с каплером EtherNet/IP.
Чем отличаются EtherNet/IP и обычный Ethernet?
Нет. Ethernet определяет сетевую среду и правила передачи кадров. EtherNet/IP добавляет промышленный протокол CIP, модель устройств, соединения и стандартизированные способы обмена технологическими данными.
Чем отличаются EtherNet/IP и Modbus TCP?
Нет. Оба работают через стандартный Ethernet и используют IP-адреса, но организуют данные по-разному. Modbus TCP работает с регистрами и запросами чтения или записи. EtherNet/IP использует объекты CIP, сборки данных и соединения с заданным интервалом обновления.
Можно ли объединять модули серий G и M в одной корзине?
Нет. Модули станции подбираются в пределах одной аппаратной серии. При этом отдельные станции серий G и M могут одновременно работать в общей сети EtherNet/IP как разные сетевые узлы.
Что означают 252, 256 или 6300 байт в характеристиках?
Это максимальный объём входных и выходных технологических данных, а не скорость передачи. В этот объём входят состояния дискретных каналов, аналоговые значения, диагностические данные и данные специальных модулей.
Можно ли использовать два порта RJ45 для кольца?
Только если каплер и остальные устройства сети заявлены как поддерживающие DLR или другой выбранный механизм кольцевого резервирования. Два порта могут использоваться только как встроенный коммутатор для линейного подключения.
Какой адаптер выбрать для новой системы?
Для компактной станции до 16 модулей подходит GL-9089. Для обычной станции серии G до 63 модулей применяется GN-9289. Если требуется горячая замена, выбирают M9289, а для дублированной станции — MD9289. Модели серии S следует рассматривать преимущественно для обслуживания существующего оборудования.
Специалисты CREVIS помогут подобрать каплер EtherNet/IP, совместимые модули ввода-вывода, модули питания и сетевое оборудование, а также проверить состав станции, объём данных и совместимость с используемым ПЛК.