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ETHERNET INDUSTRIAL / IEEE 1588

publicado em 23/02/2010 - 09:48:09hs

TENDÊNCIAS PARA O CHÃO DE FÁBRICA – Ethernet Industrial

 

 

 

 

 

OBS: PATCH-PANEL BLINDADO COM TERMINAL PARA ATERRAMENTO

 

 

 

      

(FIGURAS ACIMA) - Componentes de um Sistema de Cabeamento Estruturado Blindado.

 

 

 

ARC says Industrial Ethernet Market will hit $955 million by 2011

 

   



Dedham, Massachusetts - September 20, 2007 - The market for hardened industrial Ethernet switches and other types of industrial Ethernet network infrastructure will grow to nearly a $1 billion market during the next 5 years, according to a new ARC Advisory Group study, “Industrial Ethernet Infrastructure Worldwide Outlook.”

The ARC report notes the strong recent growth and predicts that there is no barrier in sight that will bring this above-market growth to a halt.

The industrial Ethernet infrastructure market was measured in an earlier ARC report at $124 million in 2004. This latest ARC study finds that the market grew to over $260 million in 2006. The report forecasts that the market will continue to grow at a 29% annual clip and will reach $955 million in 2011.

Ethernet has captured a growing share of the global automation network-ing market, but ARC’s market research has shown that many other types of industrial networks have also been expanding during the past 2-3 years. Growing markets for many manufactured products and the huge expansion of new manufacturing capacity in China and other parts of Asia have resulted in growth among manufacturing automation companies.

Some, and perhaps many, of the applications now served by the various industrial device networks and motion control networks will eventually migrate to industrial Ethernet. As machine automation system designs evolve to use more Ethernet-based devices, the market for industrial Ethernet switching will grow as well. Presently, Ethernet reaches only a fraction of the devices that use industrial device networking.

Industrial Ethernet Switches Far Different from IT
Industrial Ethernet switches are built quite differently from the type of Ethernet switches that are found in office wiring closets. Industrial switches usually feature rail mounting options that make them easy to mount in factory or field enclosures. Sometimes the switches are rugged enough to be mounted directly on production machinery. The switches also feature passive cooling schemes and are protected against the dusts and spills that can be found in manufacturing areas. They also may use different and more rugged connectors than office Ethernet networks. As Ethernet penetrates “down” the automation ladder into more simple devices, network reliability and performance become critical in the production process. This is most evident when Ethernet is used to directly control the motion of machine elements, which is beginning to happen now.

Harry Forbes, a Senior Analyst at ARC Advisory Group and the principal author of the new report, notes that “Ethernet continues to grow into a greater number of application areas within manufacturing. While Ethernet will never entirely replace device networks, it will continue to pick up more applications over time. We also see a trend for devices to embed some form of Ethernet switching internally, especially in motion control applications. This may blur the distinction between an industrial device and an Ethernet switch at some point in the future. Regardless, ARC expects this kind of double-digit growth for industrial Ethernet switching to be sustained going forward.”

About ARC:
Founded in 1986, ARC Advisory Group has grown to become the Thought Leader in Manufacturing and Supply Chain solutions, offering market research, advisory services, and consulting. No matter how com-plex your business issues, our analysts have the expert industry knowledge and first-hand experience to help you find the best answer. We focus on simple yet critical goals: improving your return on assets, operational performance, total cost of ownership, project time-to-benefit, and shareholder value.

 

 

   
   

 

 

 

   

 

http://www.arcweb.com(FIGURA 1)- Estudo ARC ADVISORY GROUP.

 

     

Será que Robert Metcalf (Inventor da Ethernet – Centro de Pesquisas Xerox - Palo Alto/USA-1972) um dia imaginou que a ETHERNET estaria também presente no chão das fábricas do mundo inteiro, com um crescimento de 29% ao ano desde 2007 representando mai s de 1bilhão de dólares entre os anos de 2007 -2011?

 

“Não vou chover no molhado, este protocolo veio pra ficar, pela facilidade de configuração, por ser um meio de comunicação democrático, pela facilidade de encontrarmos o meio físico tão conhecido “o cabo de par trançado”, como muita gente conhece como” o cabo azul”, para fugir das vultosas quantias em dólares pagas para as licenças dos protocolos proprietários, a ETHERNET agora vem sendo utilizada em larga escala inclusive em áreas de extrema confiabilidade, nas subestações, com o protocolo IEC-61850, que iremos estudar também nos próximos artigos.

 

As redes Ethernet não foram desenvolvidas especificamente para operação em subestações e outros ambientes desfavoráveis. Por quê  há tanto interesse na aplicação de redes ETHERNET nesses locais ? A resposta é similar à pergunta de por que os computadores pessoais são agora utilizados em muitas aplicações de sistemas industriais e de potência. A ETHERNET é tão popular em outras aplicações que é mais simples empregar e reforçar a ETHERNET , do que criar alguma coisa nova.Há apenas 15 anos atrás , a maioria das interfaces HOMEM-MÁQUINA ( IHMs)operavam em computadores mainframe dedicados com terminais , ao invés da legião de computadores pessoais que é utilizada atualmente. As antigas IHMs de computadores pessoais utilizavam sistemas de operação customizados dedicados à operação da IHM. Embora os sistemas dedicados sejam mais estáveis e confiáveis, os sistemas atuais freqüentemente custam de 1 a 10% do valor dos sistemas dedicados de finalidade única. Os especialistas em redes tanto industriais como para concessionárias estão  caminhando no sentido de conviver com as limitações das redes Ethernet e resolver os problemas associados às redes Ethernet. Avanços na tecnologia de computação e de redes nos permitem tirar partido da popularidade e disponibilidade dos equipamentos e soluções de redes Ethernet. O mercado globalizado obriga as empresas a colocarem em prática as tecnologias de ponta com o objetivo de aumentar a agilidade e eficiência dos processos produtivos e dos sistemas de gestão. Dois fatores tem se mostrado como uma realidade  nos sistemas de automação : Integração entre a tecnologia da informação (TI) e da tecnologia da automação (TA) , e o segundo fator é a convergência das tecnologias para um padrão aberto. As redes de controle dos modernos sistemas de TA e as redes de comunicação dos sistemas de TI desempenham um papel fundamental para a troca de informações entre o processo produtivo e a alta direção das empresas. A rede Ethernet é um padrão “de fato” para os sistemas de TI e é considerada pelos especialistas como a rede que será utilizada em todos os níveis dos sistemas de TA. O grupo ARC ADVISORY GROUP estima um crescimento de 51% no uso da rede Ethernet Industrial até 2.009. Apesar de possuir características não determinísticas, a rede Ethernet TCP/IP tem sido utilizada com sucesso em sistemas de TA onde o tempo de resposta não é muito crítico (comunicação entre CLP’s sistema de aquisição de dados e até remotas de controle). As soluções de mercado (segmentação da rede, priorização de serviços, equipamentos de rede, cabos para aplicação industrial e mão de obra treinada e certificada, juntamente com a alta (10/100/1000/10000) e com o baixo custo, tornam a Ethernet TCP/IP um forte padrão para todos os níveis da planta fabril (sensores, atuadores), mesmo para aplicações críticas. Outro termômetro importante é a criação de organizações e entidades patrocinadas pelos principais fabricantes de sistemas de TA, com o objetivo de se estabelecer o padrão Ethernet TCP/IP para utilização plena na indústria. As principais entidades que estão neste processo são a IAONA (WWW.iaona.org), ODVA (WWW.odva.org), MODBUS IDA (WWW.modbus.org), FIELDBUS FOUNDATION (WWW.fieldbus.org) e PROFIBUS INTERNATIONAL (WWW.profibus.com). Todas estas entidades utilizam o padrão Ethernet TCP/IP para o chão de fábrica, com diferentes abordagens na camada de aplicação (modelo OSI/ISO). Independentemente da abordagem vencedora, a mesma será baseada no meio físico Ethernet IEEE 802.3, na camada de rede IP e transporte TCP/UDP. A IAONA tem assumido um papel importante recentemente, por ser uma associação independente e estar conseguindo estabelecer alianças importantes com as demais entidades e organizações, de forma a definir soluções comuns. Um exemplo comum é um documento disponibilizado pela IAONA, os quais apresentam diretrizes e recomendações para a instalação da rede Ethernet no ambiente industrial. Com a consolidação da Ethernet TCP/IP no ambiente industrial, um conjunto de padrões complementares passam a fazer parte do mundo de TA. Um bom exemplo disso é o uso do SNMP (Simple Network Management Protocol). O SNMP é um protocolo simples destinado à monitoração e gerenciamento de redes que utilizam o padrão TCP/IP. A IAONA orienta em Seu documento, que sejam utilizados servidores OPC para SNMP em soluções para gerenciamento de redes Ethernet em ambiente industrial. Equipamentos de automação , tais como CLPs, já disponibilizam o SNMP em suas interfaces de comunicação .A crescente integração entre sistemas de TI e TA juntamente com a crescente demanda por troca de dados e informações entre os mesmos , tornam as redes um ponto nevrálgico do “CORE BUSINESS” das empresas.Problemas de desempenho e disponibilidade das redes comprometem todos os sistemas e conseqüentemente o resultado  das organizações.Além disso , os sistemas de TA passam  a ser vulneráveis para os aspectos de segurança contra acessos indevidos e ataques de hackers.A ANSI/ISA está elaborando uma nova norma , a ISA SP99, sobre segurança dos sistemas  de automação .  Portanto, torna-se imprescindível que as redes de automação e os sistemas como um todo sejam devidamente monitoradas contra problemas de desempenho e segurança.      

 

O momento atual exige uma visão única (holística) do negócio onde o ponto chave é a integração de todos os setores da empresa.

 

      Enquanto anteriormente (até meados de 90) a automação industrial relacionava apenas o nível de chão de fábrica com o de supervisão hoje ela temque estender seus domínios até a gestão da produção integrando processos de negócios em suas diversas visões (estratégias, atividades, informação, recursos e organização) como um todo unificado.

 

      Os dados agora são transformados em informação de negócio.

 

      Todos os sistemas integrados de automação passam a ser globalizados no termo geral de EPS (Enterprise Production Systems) que incluem os sistemas de execução da manufatura e exigem implementação “Just in time”.(HOSENFELD, 1997).

 

 

 

 

 

 

(FIGURA 2) - Arquitetura de Rede Industrial Atual.

 

 

 

 

(FIGURA 3 ) REDE ÚNICA Ethernet Industrial

 

-Controleemtemporeal -Segurança -Interface -A Supervisão-Comando-Planejamento-Bancode Dados-Controleemtemporeal -Segurança -Interface -Aquisiçãode dados-Atuaçãosobreequipamentos –acessoaoutrosníveis e WEB quisiçãode dados-Atuaçãosobreeoutros.

 

 

 

 

 

 (FIGURA 4) Arquitetura Integrada – Imagem ROCKWELL AUTOMATION (www.rockwellautomation.com/)

 

O grande desafio para aplicações industriais utilizando o protocolo ETHERNET é o controle do tempo de sincronização do evento, pois sabemos que a ethernet não é determinística. Sendo assim a organização IEEE , vem trabalhando desde 2006 na elaboração de estudos e testes buscando este determinismo .Até o presente momento observamos que inúmeros fabricantes de switches industriais apresentam tempo de sincronização de 10milisegundos em média, porém em aplicações específicas necessitamos de uma sincronização em nano segundos.Sendo assim o IEEE acaba de criar um protocolo de número IEEE 1588 – Precision Time Protocol Time Synchronization  Performance , ou seja , um protocolo que torna a rede ethernet determinística .Gostaria de salientar três empresas que vem trabalhando arduamente nestes estudos e desenvolvimento de produtos com IEEE 1588  : National Semiconductor Corporation ( www.national.com); Agilent Technologies( www.agilent.com); National Instruments ( www.ni.com).

    

(FIGURA 5) – Todos direitos reservados a NATIONAL SEMICONDUCTOR CORPORATION (www.national.com).

Recomendo que acessem o vídeo no YOU TUBE: http://www.youtube.com/watch?v=okqN5RxyodY

 

Discorreremos sobre este protocolo de determinismo IEEE 1588 nos próximos estudos.