Feltbussens dage er talte
more_vert
close
close

Vores nyhedsbreve

close
Ved at tilmelde dig accepterer du vores Brugerbetingelser, og at Mediehuset Ingeniøren og IDA-gruppen lejlighedsvis kan kontakte dig om arrangementer, analyser, nyheder, tilbud mm via telefon, SMS og email. I nyhedsbreve og mails fra Mediehuset Ingeniøren kan findes markedsføring fra samarbejdspartnere.

Feltbussens dage er talte

Det har været sagt i mange år, men nu skulle dødsklokkernes ringen kunne høres vidt omkring: Feltbussen er på vej ud, og industriel ethernet er den nye konge på bjerget.

Det er situationen, sådan som Morten Jørgensen fra firmaet Elkas ser det. Firmaet, der beskæftiger sig med industriel automation, tæller store danske virksomheder som Novo og Rockwool blandt sine kunder.

I dag eksisterer de to teknologier side om side, men leverandører som Rockwell og Siemens er ved at udfase de serielle snitflader.

Det er ikke prisen, der gør computernetværks-teknologien populær i maskinhallerne. Faktisk kan ethernet-baseret udstyr være mere omkostningstungt end feltbussen. Fordelen med ethernet er, at det kan anvendes i hele stakken af teknologier, så at sige fra top til bund.

For konsulent Anders Mynster fra Force Technology ser stakken således ud:

»Nederst har vi sensorer og aktuatorer, dernæst kommer IO og kontrol-laget, og så kommer Scada og HMI (Human-Machine Interface). Disse tre lag er ‘operational technology’ og det er her at feltbussen historisk set har domineret.«

Det næste lag er MES – Manufactory Execution Systems – og oven på kommer styringssystemer som ERP. Her er vi i it-verdenen, hvor ethernet og IP-teknologi forbinder systemerne.

»Vi ser stadig, at feltbusserne eksisterer på det laveste niveau, som handler om sensorer og aktuatorer. Det er fordi industriel automation er en branche, der ikke bevæger sig så hurtigt,« mener Anders Mynster fra Force Technology.

Og ethernet graver sig altså som en anden orm længere og længere ned i stakken.

Ethernet vinder på ensartethed

»For os er ethernet både fysisk og som datalag bare nemmere at integrere med løsningen, elektrisk og datamæssigt, i proceslaget,« forklarer Morten Jørgensen fra Elkas.

Der er en større grad af ensartethed i ethernet-verdenen og det giver færre smerter, når der skal trækkes signalveje.

I feltbussens verden kan der være forskellige protokoller, forskellige typer kabler og længder, som skal forbindes med stjernehubs og termineringer.

»Og du skal være opmærksom på en frygtelig masse forhold, elektronisk og fysisk. Mange er bange for støj, reflektanser og så videre.«

Det er de forhold der gør, at ethernet har vundet konkurrencen. En ethernet-switch er et klart defineret begreb, og man kan fejlrette ligesom på et almindeligt ethernet/IP-netværk, pinge adresser og benytte SNMP-værktøjer.

Industriel automation er langsom branche

Der, hvor ethernet begynder at tage over fra feltbussen, er i IO/kontrol og Scada/HMI (human machine interface), mener Anders Mynster.

»Vi ser stadig, at feltbusserne eksisterer på det laveste niveau, som handler om sensorer og aktuatorer. Det er fordi industriel automation er en branche, der ikke bevæger sig så hurtigt. Det tager lang tid før man laver nye produkter. Man kender noget, sådan har det altid været, det er sikkert at køre med, og det implementerer man bare igen.«

Men ethernet kan godt opfylde den rolle, som feltbussen spiller. Profinet er et eksempel på en udgave af industriel ethernet, som har mange af de samme egenskaber som feltbussen.

»Der er skabt realtidssystemer og synkrone realtidssystemer, hvor vi er nede på 100 til 250 millisekunders ‘latency’ (signalforsinkelse, red.) Det er godt nok til mange systemer, som f.eks. kemisk og medicinsk produktion. Det bliver kritisk, når du har interne kontrolløkker. Hvis du har en åbne-lukke-ventil, som registrerer, hvor langt den er fra at lukke: I det splitsekund, hvor den siger, at nu er den helt lukket, skal du slukke for servostyringen til ventilen, så man ikke prøver at lukke den mere, end den kan. Der vil feltbussen og interne systemer stadig køre videre, tror jeg.«

Ethernet-teknologi betyder ikke nødvendigvis konventionelle RJ45-stik fra it-verdenen, som kan se skrøbelige ud i den industrielle automatiks verden.

»Der findes der tilpassede løsninger,« forklarer Morten Jørgensen.

»Man har fjernet nogle af lederne fra det konventionelle kabel og gjort ledertykkelsen tre gang større og lavet gedigne stik, som samtidig kan gå ind i en almindelig switch.«

Wifi venter i kulissen

I kulissen står trådløse teknologier på spring til at gøre sit indtog. Her er udfordringen, at forbindelsen skal være deterministisk, og det kræver, at man har styr på sine frekvensbånd.

»Der skal jeg passe på, hvad jeg siger, for der bliver min verden væltet om fra uge til uge,« siger Morten Jørgensen, der peger på, at der allerede finde wifi-access points og klienter med specielle lag af protokoller, som sørger for ekstra høj sikkerhed.

»Men jeg tror, at der er længere fremtidsudsigter på det punkt.«

Feltbussen er på vej ud, og industriel ethernet er den nye konge på bjerget.

Nej, feltbussen er ikke på vej ud; men traditionelle feltbusser er ganske rigtigt under pres fra Ethernet.

Faktisk kan ethernet-baseret udstyr være mere omkostningstungt end feltbussen.

Nemlig, og samtidig langt mindre pålidelig, og det er bl.a. problemet.

Ethernet er idag en punkt-til-punkt forbindelse, der kræver store rackskabe med en router/switch-kanal for hver eneste enhed, som derved får antallet af transistorelementer i systemet til at eksplodere, så prisen stiger, og pålideligheden falder, da den stort set er omvendt proportionalt med antallet af transistorelementer og desuden falder til det halve for hver 10 grader C, hvis de varmes op, hvilket de netop gør i en router! Desuden kræves en microcomputer med stømforsyning og protokolstak i hver eneste I/O enhed, og hvis man ikke bruger den relativt dyre PoE (Power over Ethernet), skal der minimum 2 kabler til.

Fremtidens feltbusser som Max-i - se www.max-i.org - vil ved størsteparten af aktuatorer og sensorer kun kræve én billig IC i hver enhed, som strømforsynes direkte (med 20 Vdc ved Max-i) fra kommunikationskablet. Da der desuden benyttes standard installationskabler, kan man ved Max-i trække op til 800 W pr. segment på 4 mm2 kabler, hvilket rækker til adskillige aktuatorer, LED belysning etc. Det bliver en langt billigere og langt mere pålidelig løsning end Ethernet - og så kan den ikke hackes, da kun de mest komplekse enheder indeholder en mikrocomputer.

Der er en større grad af ensartethed i ethernet-verdenen og det giver færre smerter, når der skal trækkes signalveje.

I feltbussens verden kan der være forskellige protokoller, forskellige typer kabler og længder, som skal forbindes med stjernehubs og termineringer.

Vrøvl. Der findes næsten lige så mange indbyrdes inkompatible Ethernetprotokoller, som der er feltbusprotokoller, som f.eks. Ethernet PowerLink, EtherCAD, ProfiNet, Ethernet/IP og Sercos, og tager vi igen Max-i, er der hverken nogen stjernehubs eller kabeltermineringer, og til industribrug benyttes et standard 4-leder installationskabel, der er meget nemmere at montere og giver en langt mere sikker forbindelse end RJ45 konnektorer, som basalt set ikke er skabt til hårdt industrimiljø.

»Og du skal være opmærksom på en frygtelig masse forhold, elektronisk og fysisk. Mange er bange for støj, reflektanser og så videre.«

Vrøvl igen. Som skrevet er der ved Max-i ikke engang nogen termineringsmodstande at holde styr på, og sendeeffekten er op til ca. 5 W, så man behøver normalt heller ikke at bekymre sig om signal/støjforholdet. Det er bare at koble et stort set ubegrænset antal enheder ind på et fælles kabel. Ved Ethernet skal der benyttes talrige routere eller switche, som evt. skal konfigureres.

En ethernet-switch er et klart defineret begreb, og man kan fejlrette ligesom på et almindeligt ethernet/ip-netværk, pinge adresser og benytte SNMP-værktøjer.

Og ved traditionelle feltbusser og Max-i er der slet ingen routere eller switche, hvilket alt andet lige er meget simplere. Der er altså ikke meget at fejlrette på et standard installationskabel! Ved Max-i, som er en multimasterbus baseret på bit-vis busarbitrering, er der heller intet at konfigurere, når enheder tilføjes eller fjernes, og det kan gøres on-the-fly, medens anlægget er i drift. Man kan på den måde tilføje (og fjerne) et vilkårligt antal debugenheder og kan oven i købet manipulere med procesværdierne, så man f.eks. under en idriftsættelse kan teste sit procesanlæg uden materiale!

Den totale Max-i specifikation fylder kun ca. 210 sider; men omkring halvdelen er baggrundsmateriale (annex'er) og ting, som kun IC leverandøren behøver at koncentrere sig om, så standardbrugeren behøver kun at kunne konfigurere nogle ganske få registre, og selv den avancerede bruger, som selv ønsker at skabe en kommunikation til systemet med alle protokollag, behøver ikke at læse mere end omkring 100 sider. Jeg vil påstå, at jeg kan få de fleste igang på ca. 1-2 timer. Til sammenligning er de fleste Ethernet protokoller (og også mange andre feltbusprotokoller) på over 1000 sider, hvor store dele er standarder, som man først skal købe. God fornøjelse med at skrive sin egen stak helt fra bunden til et Ethernetbaseret system!

»Der er (med Ethernet, mig) skabt realtidssystemer og synkrone realtidssystemer, hvor vi er nede på 100 til 250 millisekunders ‘latency’ (signalforsinkelse, red.) Det er godt nok til mange systemer, som f.eks. kemisk og medicinsk produktion.

Det er langsommere, end vi kunne styre for 40 år siden med en 2 MHz 8080. Max-i kan på et 35 m langt kabel (og i visse specialtilfælde en 70 m lukket ring) synkronisere 7 servoakser med 32-bit præcision til en indbyrdes nøjagtighed på 0,1 us og en state-of-the-art opdateringscyklus på 400 us for samtlige akser - og det til en brøkdel af prisen for en Ethernetløsning.

PS. Undskyld at dette indlæg indeholder referencer til Max-i, som kan opfattes som reklame, men ligesom computere og Ethernet har udviklet sig, er det altså også tilfældet for feltbusser, og uden en reference til Max-i, som nok er den nyeste af de traditionelle feltbusser, kan jeg ikke bevise mine påstande og imødegå Morten Jørgensens i mine øjne temmelig unfair, unuancerede og direkte forkerte påstande.

  • 16
  • 4

Som sædvanlig et indlæg fra din hånd fuld af information og argumentation.
Har du mulighed for at tilknytte et par ord til diskussionen ethernet/feldbus vedrørende datasikkerheden og risikoen for at uvedkommende skaffer sig adgang til data enten for at stjæle info, eller for at ødelægge noget?

  • 0
  • 2

Har du mulighed for at tilknytte et par ord til diskussionen ethernet/feldbus vedrørende datasikkerheden og risikoen for at uvedkommende skaffer sig adgang til data enten for at stjæle info, eller for at ødelægge noget?

Ved en traditionel feltbus - også Max-i - vil enhver, der har fysisk adgang til feltbussen, kunne skaffe sig adgang til alle data, da de ikke er krypterede; men hvis man allerede er inde på selve procesanlægget og ønsker at gøre skade, kan det gøres meget enklere rent mekanisk med f.eks. en stor hammer :-)

En traditionel feltbus som Max-i kan køre autonomt, så problemet med datasikkerhed opstår reelt set først det øjeblik, hvor man laver en gateway fra bussen og ud til omverdenen som f.eks. internettet. Her må man selvfølgelig tilføje den nødvendige kryptering i gateway'en; men selv i det tilfælde er sikkerheden meget lettere at styre end ved Ethernet af flere årsager:

1) Protokollen er uhyre simpel; så det er let bare at koble en debugenhed ind på bussen og logge alt, hvad der sendes. Max-i har oven i købet et avanceret acceptance-filter i sit UART interface, som f.eks tillader, at man ekskluderer en hurtig lokal kommunikation i en reguleringssløjfe og kun logger globale data af interesse. Med en routerbaseret Ethernetløsning er det intet sted, hvor man kan koble en debugger/datalogger ind, så man med garanti logger alt, hvad der sendes - uanset hvor smart en hacker måtte være i sit forsøg på at skjule dette, og selv om man kunne logge alt, så god fornøjelse med debugningen.

2) Max-i kan håndtere simple enhedstyper direkte i hardware (ingen microprocessor) som f.eks. 4-bit Boolske I/O værdier, 20- og 36-bit analoge værdier, UART, SPI-interface, meget avanceret LED styring og i fremtiden nok også simpel 3-faset motorstyring med variabel hastighed. Det giver for det første en meget høj pålidelighed, og for det andet er det ikke muligt for en hacker at loade nyt program i enheden, som det f.eks. er tilfældet med talrige IoT dimser med WiFi, hvor man oven i købet er på indersiden af firewall'en, så hvis først én enhed er blevet kompromitteret, kan det sprede sig til andre og ikke mindst de overordnede systemer. Jeg har set en video, hvor Philips Hue blev hacket fra en drone, så man kunne lege med lyset. Alle snakker trådløs kommunikation ved IoT; men det er altså ganske problematisk - både med hensyn til sikkerhed og pålidelighed.

  • 10
  • 4