Ethernet

Ethernet je súbor štandardov pre káblové lokálne siete, ktoré sa používajú v kanceláriách aj priemyselných prevádzkach. Medené alebo optické káble a switche prenášajú IP pakety medzi zariadeniami s vysokou prenosovou kapacitou a nízkou latenciou. V závode takto gateway, priemyselné počítače, servery a rozvádzače zvyčajne komunikujú cez existujúcu lokálnu sieť v správe IT tímu alebo cez oddelenú výrobnú sieť s priemyselnými switchmi.

V projektoch RTLS a digitálneho dvojčaťa s aktuálnymi dátami Ethernet takmer vždy slúži na prenos dát, nie ako rádiová technológia na určovanie polohy. Gateway využívajúca LoRa, mobilnú sieť, Wi-Fi alebo proprietárnu technológiu môže na okraji siete zbierať pakety zo sledovacích zariadení. Z gateway potom dátový tok často vstupuje cez Ethernet do podnikových systémov, ako sú MES a WMS, alebo do API digitálneho dvojčaťa. Kábel polohu neurčuje. Prenáša dáta, ktoré už obsahujú súradnice alebo udalosti v zónach.

Priemyselný Ethernet s odolnými switchmi, tienenými káblami a niekedy aj protokolmi v reálnom čase funguje popri starších sériových priemyselných zberniciach. Závody používajú obe možnosti: priemyselnú zbernicu alebo priemyselný Ethernet na riadenie strojov a štandardný Ethernet na komunikáciu IT a aplikácií. twinzo a podobné platformy sa zvyčajne pripájajú cez IP, keď má edge gateway prístup do siete.

Hlavné súčasti

Fyzické spojenie: Medený kábel s krútenými pármi vodičov (napríklad Cat5e / Cat6) alebo optické vlákno medzi zariadeniami a switchmi. Optické vlákno pokrýva dlhšie vzdialenosti a v náročnom prostredí priemyselných hál lepšie odoláva elektrickému rušeniu.

Switch: Preposiela rámce medzi portmi. Priemyselné switche navyše ponúkajú montáž na DIN lištu, širší rozsah prevádzkových teplôt a často aj spravované VLAN na oddelenie OT siete.

IP protokoly: Adresovanie a smerovanie (IPv4 / IPv6, DHCP alebo statické adresy), vďaka ktorým môžu gateway a servery navzájom komunikovať v lokálnej sieti závodu alebo cez firewall do podnikovej siete.

Edge gateway: Zariadenie, ktoré prijíma dáta z rádiového spojenia (LoRa, LTE, Wi-Fi) a odovzdáva upravené pakety cez Ethernet podnikovému softvéru.

Segmentácia a bezpečnosť: VLAN, firewally a pravidlá OT / IT, ktoré bránia voľnému miešaniu komunikácie RTLS a digitálneho dvojčaťa s kancelárskymi alebo riadiacimi sieťami.

Využitie vo výrobe a logistike

RTLS v halách a areáloch často používa Ethernet na posledný úsek prenosu zo súkromnej LoRaWAN gateway alebo gateway mobilnej siete do závodu. Pakety s polohou prichádzajú do digitálneho dvojčaťa rovnako ako ostatné telemetrické dáta IoT. Pevné stropné lokalizačné zariadenia UWB alebo BLE sa tiež bežne pripájajú cez Ethernet alebo PoE, keď sa napájanie a dáta prenášajú tou istou kabelážou.

Okrem lokalizácie prenášajú priemyselné varianty Ethernetu komunikáciu PLC a SCADA, dodávajú dáta systémom na ukladanie historických údajov a prepájajú skladové skenery a tlačiarne s WMS. Logistické tímy by si pri posudzovaní dopytu na cenovú ponuku mali overiť, či Ethernet slúži na prenos dát do digitálneho dvojčaťa, alebo si niekto zamieňa sieť s rádiovou technológiou, ktorá určuje polohu. Rozdiel vysvetľuje prehľad v článku Technológie RTLS na trhu.

Prínosy a úskalia

Výhodou je vysoká prenosová kapacita, vyspelé nástroje a sieť, ktorú tímy v závode už vedia navrhnúť, monitorovať a zabezpečiť. Káblové spojenia zostávajú stabilné aj pri rádiofrekvenčnom rušení, ktoré môže zhoršiť Wi-Fi. PoE dokáže napájať edge zariadenia cez tú istú káblovú prípojku.

V existujúcich prevádzkach si ťahanie káblov, zabezpečenie voľných portov na switchoch a schvaľovanie zmien v OT vyžadujú čas. Na sledovanie pohyblivých objektov, ktoré opúšťajú dosah kabeláže, je aj tak potrebná rádiová alebo iná lokalizačná technológia. Ethernet pri určovaní polohy nenahrádza BLE, UWB, fázové meranie vzdialenosti VHF ani GPS. Zmiešať „pokrytie Ethernetom“ a „presnosť RTLS vo vnútorných priestoroch“ do jednej položky pri nákupe je chyba.

Súvisiace pojmy

Popri Ethernete sa na prenos dát RTLS do siete závodu bežne používa aj LTE (4G / 5G). Rádiová sieť LoRaWAN zase často odovzdáva dáta Ethernetu v gateway. Staršou sériovou vrstvou, ktorú mnohé stroje používajú dodnes, je priemyselná zbernica. Polohu určujú technológie RTLS, napríklad BLE, UWB, RFID alebo SLAM. Súvislosti s digitálnym dvojčaťom približujú heslá digitálne dvojča a IIoT.

Časté otázky

Je Ethernet technológiou RTLS? Nie, Ethernet prenáša pakety. Na určenie polohy v budove alebo areáli je potrebné riešenie na meranie vzdialenosti alebo detekciu prítomnosti. Ethernet môže výsledok preniesť do MES, WMS alebo digitálneho dvojčaťa.

Čím sa Ethernet líši od priemyselných protokolov Ethernetu? Základný Ethernet je káblová lokálna sieť. Priemyselný Ethernet pridáva odolný hardvér a v niektorých prípadoch aj riadiace protokoly v reálnom čase. Obe siete môžu používať spoločné switche a kabeláž, riadiaca komunikácia je však zvyčajne oddelená od kancelárskej komunikácie a dát digitálneho dvojčaťa.

Kedy závody používajú Ethernet namiesto LTE na prenos dát RTLS? Keď je gateway v budove, na switchi je voľný port a IT oddelenie takéto pripojenie povolí. LTE sa hodí na vonkajšie plochy, do vzdialených prístreškov a na miesta, kde je ťahanie kábla pomalšie alebo drahšie ako použitie SIM karty.

Potrebuje twinzo vyhradenú ethernetovú prípojku? Keď sa prenosová cesta z edge zariadenia spojí s platformou, twinzo prijíma dátový tok s polohou cez IP. Táto cesta často vedie cez Ethernet z gateway v závode. Výber rádiovej technológie v hale je súčasťou návrhu RTLS.