Dat noem ik geen standaard Ethernet

Transcriptie

1 I n d u s t r i a l E t h e r n e t Dat noem ik geen standaard Ethernet Rob Hulsebos, onafhankelijk consultant: Of de markt zit te wachten op weer een nieuw industrieel ethernetprotocol? Uiteraard wel denkt de leverancier, en dus worden schermutselingen gestart. Het ergste verwijt dat je in de industrieel ethernetarena een concurrent kunt maken is dat hij niet deterministisch of niet realtime is; beide twee zwaar verminkte begrippen waar iedereen iets anders onder verstaat. Maar wat ik er als gebruiker nu precies mee moet, is me onduidelijk. Ook de aanwezigheid van stoorpulsen op 18 khz bij andere systemen en blijkbaar de totale afwezigheid hiervan bij VARAN wekt mijn interesse op, hoe zit dat nu precies? Geclaimd wordt dat VARAN standaard Ethernet is, maar uit wat ik lees blijkt dat het systeem, net zoals zijn concurrenten, de complete controle over het netwerk overneemt. Dat noem ik geen standaard ethernet. Wat niet helpt bij het opwekken van vertrouwen is het gebruik van rekenvoorbeelden en technische feiten die niet kloppen. De genoemde 5 msec raken volgens mij kant noch wal. Keurslijf Ook de gelegde relatie Powerlink sterstructuur, dus complex protocol klopt niet; bovendien claimt VARAN zelf óók een sterstructuur te ondersteunen. En of ethernet nu wel of niet gemaakt is voor een ringstructuur is irrelevant; het wérkt wel (sterker nog: bijna alle bedrijven die redundant Ethernet aanbieden, gebruiken een ring). Jammer dat gekozen is voor een master/slave opzet, waarbij de slaves onderling niet kunnen communiceren, en de helft van de bandbreedte verloren gaat. Master/slave is een makkelijke manier om een strak geregisseerd (deterministisch) protocol te krijgen, maar pakt de gebruikers wel in een eng keurslijf in, en juist bij Ethernet is dat niet nodig. Advies Voor de nabije toekomst hoop ik dat de VARAN gebruikersgroep niet de (veelgemaakte) fout begaat nu al te denken klaar te zijn met de ontwikkeling van hun systeem. Het echte werk begint pas; er is namelijk nog méér apparatuur dan eenvoudige digitale I/O in een PLC-toepassing. Een slimme zet is wel om specificaties voor profielen te lenen van de CAN-gebruikersgroep, maar dan hebben we het nog steeds over een stapel papier. Leveranciers gaan daarmee aan de slag en harde afspraken over testen van apparatuur op conformiteit zullen moeten worden gemaakt. Anders gebeurt er hetzelfde als bij veel voorgangers van VARAN: iedereen heeft het over een standaard, maar gaat verder zijn eigen weg en de gebruikers zitten met compatibiliteitsissues en run-time problemen. Dus mijn welgemeende advies: regel dit snel. De markt heeft VARAN helemaal niet nodig Na afloop van een persconferentie in Breda, reageert Anton Meindl, business unit manager Controls van het moederbedrijf B&R, als volgt op VARAN-bus: Ik beschouw VARAN vooral als een propriëtaire nicheoplossing. Het is namelijk alleen van belang voor een kleine niche, namelijk de kring van eigen klanten van Sigmacontrol. De markt heeft VARAN helemaal niet nodig. Dat is wel weer gebleken tijdens de laatste IEC-meeting in Pauillac in Frankrijk over de normen IEC (veldbussen) en IEC (profielen). De IEC en IEC worden vastgelegd door het Technical Committee (TC) 65, Sub Committee (SC) 65C en het Maintenance Team (MT) 9. De norm IEC beschrijft de ethernetprofielen die daarvoor belangrijk zijn en de IEC beschrijft de veldbussen, dus 26 n o 4 april 2007 w w w. e n g i n e e r s o n l i n e. n l

2 de protocollen die niet-ethernet zijn. In de norm IEC worden in totaal vijftien protocollen genoemd die aan deze norm voldoen, waarvan er elf gebaseerd zijn op Bovendien heeft een EtherCAT I/O deelnemer geen interne sub-bus, waardoor extra snelheidswinst wordt geboekt ten opzichte van de conventionele veldbussystemen. EtherCAT kan 256 digitale I/O punten updaten in 12 µs en dus niet alleen de header versturen in 5 ms (berust op een misverstand, moet zijn 5 µs red.), zoals wordt beweerd door dhr. Kouwenhoven. ethernet. VARAN ontbreekt in die opsomming. Er zijn nu dus inmiddels vijftien protocollen geaccepteerd. Geloof jij dat de markt zit te wachten op een zestiende oplossing die niet is geaccepteerd? Men is hier appels met peren aan het vergelijken Jurjen Verhoeff, sales engineer bij Beckhoff.nl: EtherCAT is op dit moment de snelste realtime ethernetvariant ter wereld, dit in tegenstelling tot de VARAN-bus die niet ethernet-gebaseerd is. De VARAN-bus maakt gebruik van standaard ethernetbekabeling, maar het protocol voldoet niet aan de IEEE Ethernet standaard. Deze veldbus is dus niet te vergelijken met EtherCAT, of andere ethernet-gebaseerde veldbussen die wel aan de IEEE ethernet tandaard voldoen. Men is hier appels met peren aan het vergelijken. VARAN is wellicht snel als er sprake is van een enkel aangesloten I/O station, echter bij meerdere stations zijn er meerdere berichten nodig per communicatiecyclus; twee per station, vraag en antwoord. EtherCAT maakt gebruik van één telegram voor alle deelnemers op de bus. De slave leest de data direct uit het ethernetbericht en past deze data (indien gewijzigd) aan, waarbij het antwoord on the fly in hetzelfde ethernetbericht wordt teruggezet. Het ethernettelegram doorloopt op deze manier alle deelnemers op de bus, met een minimale vertraging per node. EtherCAT maakt gebruik van een enkel telegram voor zowel vraag als antwoord, door middel waarvan alle I/O-stations worden ge-update. Dit geldt ook voor bijvoorbeeld tien of honderd deelnemers. Topologieën EtherCAT kan zonder problemen over ethernetswitches worden verstuurd. EtherCAT ondersteunt, in tegenstelling tot wat de heer Kouwenhoven zegt, meerdere topologievormen zoals ring-, lijn-, drop-, ster-, boom- of een combinatie van deze topologieën. Bovendien zijn de EtherCAT I/O stations volledig hot-connectable. Dit betekent dat de EtherCAT stations tijdens bedrijf kunnen worden af- en aangekoppeld, wederom in tegenstelling tot wat de heer Kouwenhoven beweert. Door gebruik te maken van een tweede ethernetpoort is EtherCAT op eenvoudige wijze redundant uit te voeren. Standaard Een EtherCAT-master maakt gebruik van standaard hardware. Gebruik van een standaard netwerkkaart en realtime software zijn voldoende om een EtherCATnetwerk aan te kunnen sturen. Door het gebruik van distributed clocks is EtherCAT niet alleen snel, maar ook synchroon tot op enkele ns. Dit is bewezen door middel van metingen. De EtherCAT-bus beschikt dus wel degelijk over een hard realtime-gedrag, in tegenstelling tot wat de heer Kouwenhoven beweert. EtherCAT wordt gedragen door meer dan vierhonderdtwintig leveranciers en gebruikers. Er zijn reeds vele op EtherCAT gebaseerde w w w. e n g i n e e r s o n l i n e. n l n o 4 april

3 I n d u s t r i a l E t h e r n e t producten leverbaar en op dit moment wordt bovendien door meer dan tweehonderd ETG-leden gewerkt aan nieuwe EtherCAT-producten. EtherCAT is, zeker bij toepassing van meerdere I/O s of servodrives de snelste echte realtime ethernetoplossing. Doordat EtherCAT-modules intern gebruikmaken van LVDS, zijn deze modules bovendien reeds voorbereid op netwerken met een snelheid van 10 Gb. Het gebruikte protocol is niet compatibel met ethernet Jan Hein van de Broek, Business Unit Manager Electric Drives & Control, bij Bosch Rexroth: Een technische vergelijking van VARAN met SERCOS leert dat enkel de ethernet-fysica wordt toegepast. Het gebruikte protocol is niet compatibel met ethernet, maar is specifiek voor VARAN. Het protocol kan dus niet via standaard ethernetcontroller worden uitgezonden. Door de polling werkwijze en doordat een telegram per deelnemer vereist is (geen groepstelegram), is het protocol vooral bij veel deelnemers inefficiënt. Verder is (die van de spuitgietmachines) waar enkele belangrijke producenten deze bus zouden kunnen ondersteunen. Maar daar blijft het dan voorlopig wel bij. Profinet wordt hét realtime ethernetnetwerk Harm Geurink van Phoenix Contact: In de eerste plaats zou ik willen stellen dat ook industriële klanten standaard Ethernet willen. Wat ze niet willen is een oplossing die niet volledig open en transparant is voor standaard Ethernet is, maar getunneld wordt door een proprietair ethernet-netwerk. Daarom kiezen zoveel gebruikers nu al voor Profinet. Even voor de duidelijkheid: Profinet communiceert over Ethernet via drie kanalen parallel. Het eerste is Profinet TCP/IP ofwel standaard Ethernet. Het tweede Profinet RT, ofwel het kanaal voor realtime dataverkeer. Het derde is het Profinet IRT-kanaal, het kanaal voor super realtime dataverkeer. Alleen het laatste werkt met een speciale chip (Ertec). dwarsverkeer (transversaalverkeer) enkel via de master mogelijk, en niet direct tussen slaves. En tenslotte biedt VARAN geen redundantie zoals de dubbele ring bij SERCOS III dat wel doet. In het algemeen geldt dat SERCOS een gevestigde standaard is sinds 1995 en wereldwijd wordt ingezet. Het huidige SERCOS III is een verdere ontwikkeling van deze standaard gebaseerd op Ethernet (beproefde techniek!). Voor VARAN geldt daarentegen dat het een nieuwe en jonge techniek is, waarbij er geen grote firma op de achtergrond actief is. Wellicht heeft het een zekere betekenis in een speciale branche Licentiebijdrage Dan zegt Sigmacontrol over Profinet: Voor elke deelnemer op het net betaal je veertig euro licentiebijdrage. Dat maakt deze oplossing voor de goedkopere serieproductie niet aantrekkelijk. Mijn reactie op deze stelling luidt dat het een subjectieve en zeker niet volledige opmerking is. De uiteindelijke prijs is bepalend. Profinet wordt hét realtime ethernetnetwerk waarin de wet van de grote getallen ervoor zal zorgen dat de uiteindelijke prijs aantrekkelijk blijft. Chip Sigmacontrol stelt ook En wat minstens een factor van belang is, is dat elke component moet zijn uitgerust met een Siemens-chip. Mijn commentaar daarop luidt dat alleen bij Profinet IRT een speciale chip nodig is. Bij de andere varianten van Profinet is geen speciale chip vereist. Van deze chip zijn er op dit moment twee varianten, de Ertec 400 (ongeveer 40) en de Ertec 200 (ongeveer 20), maar prijzen zullen dalen. Zo kan ik nu alvast aankondigen dat Phoenix Contact in 2008 met een nieuwe 28 n o 4 april 2007 w w w. e n g i n e e r s o n l i n e. n l

4 chip komt met twee ethernetpoorten, vergelijkbaar met de Ertec 200, die ongeveer 5 gaat kosten. Dus wat de kosten betreft zal het voor de meeste toepassingen uiteindelijk niet veel uitmaken of je een Ertec (ASIC) of een FPGA toepast. Configuratie Ook heb ik mijn bedenkingen ten aanzien van de stelling Verder heb je ook een configuratiepakket van Siemens nodig, wat ook weer geld kost. De meeste netwerken moeten sowieso worden geconfigureerd; ik neem aan VARAN ook. Er zijn enkele netwerken die zichzelf kunnen configureren, maar dan wel met beperkingen. Bij ons (Phoenix Contact) is de Profinet-configurator kosteloos toegevoegd aan ons programmeerpakket voor de PLC s. Ook de suggestie alsof Profinet het netwerk stillegt bij problemen of aan- en afkoppelen van deelnemers, is onjuist. De Profinet-oplossing van Phoenix Contact maakt zelfs gebruik van het Link Layer Discovery Protocol (LLDP). Dit is een open protocol (IEEE 802.1ab) dat ons letterlijk inzicht geeft in de werkelijke netwerktopologie. Dat is weer handig bij bijvoorbeeld service zoals het lokaliseren van een defect moduul en het uitwisselen ervan zonder ook maar enige (hardwareof software-)instelling! Wij beschouwen VARAN als een gesloten proprietair protocol onze meer dan 150 jaar ervaring in de elektrotechniek worden wij, samen met andere toonaangevende fabrikanten, regelmatig betrokken bij het definiëren van standaarden. De acceptatie van een standaard door gebruikers is direct afhankelijk van het commitment van meerdere fabrikanten en het vertrouwen dat gebruikers in deze fabrikanten hebben. Het doel van industriële communicatie is het optimaliseren van tijdkritische (productie)processen. Belangrijke voorwaarden hierbij zijn een eenvoudige communicatie-infrastructuur en een hoge betrouwbaarheid. In tegenstelling tot de open standaard Profinet, waar wij als Siemens aan hebben meegewerkt, beschouwen wij VARAN als een gesloten proprietair protocol en zullen wij dat daarom niet in onze producten implementeren. Indicator Wij zijn er van overtuigd dat het succes van een standaard niet alleen afhankelijk is van de techniek, maar vooral van de mogelijkheid die gebruikers hebben om te kiezen tussen meerdere fabrikanten/leveranciers. Dit zijn de belangrijkste redenen dat wereldwijd steeds meer gebruikers migreren naar het betrouwbare Profinet, dat naast CAT5 ook via industrieel WLAN wordt gebruikt en bovendien failsafe kan worden uitgevoerd. Naast de sterke groei van het aantal verkochte Profinet-producten, is de enorme belangstelling in Nederland voor de workshops een belangrijke indicator voor het succes van Profinet. Bovendien zien wij zowel het aantal Profinetleveranciers als -gebruikers groeien. Gebruiker bepaalt In tegenstelling tot hetgeen de heer Kouwenhoven stelt, maakt Profinet gebruik van standaard Ethernet met een eigen stack die geoptimaliseerd is voor tijdkritische productieprocessen. Naast deze stack maakt Profinet voor beheer (niet-tijdkritisch verkeer) gebruik van het breed geaccepteerde internetprotocol (TCP/IP). Het voordeel is dat tijdkritische productieprocessen veilig en betrouwbaar lokaal en op het juiste tijdstip plaatsvinden, en dat remote beheer probleemloos wereldwijd mogelijk is. Of men nu voor Profinet, VARAN of één van de andere vele industriële protocollen kiest: uiteindelijk is het de gebruiker die bepaalt. Robert J. Heerekop, business developer bij Siemens Nederland N.V., divisie Industrie: Als Siemens zijn wij voorstander van open standaarden die door meerdere partijen worden ondersteund. Met w w w. e n g i n e e r s o n l i n e. n l n o 4 april

5 Nawoord: de markt bepaalt Lucien Kouwenhoven: In het algemeen wordt gesteld dat niemand zit te wachten op een extra realtime ethernetbus. Dat is natuurlijk geen argument. De markt bepaalt of iemand op deze bus zit te wachten of niet. De VARAN-bus is open en kan door iedereen worden gebruikt. Dan schermen de diverse aanbieders met redundante netwerken. Dat is geen optie, maar een must als je geen retry in je protocol hebt. Vanaf 1,5 kv stoorspanningen zullen bitjes worden verminkt in de ethernetkabel. De industrienorm is 2 kv. De kans dat je een probleem krijgt is aanwezig. Wij herhalen het bericht binnen de gestelde tijd. Indien je gebruikmaakt van de TCP/IP-header heb je die tijd niet, dus zet je het redundante netwerk in. Het standaard kantoor -ethernet is niet redundant uitgevoerd. De industrienetwerken die tot nu worden toegepast, zijn evenmin redundant uitgevoerd. Waarom hebben we die dan nu ineens nodig? Tenslotte: uit diverse reacties heb ik begrepen dat een fout in het artikel staat (deze typografische fout is hersteld red.) Er wordt gesproken over 5 ms. Dat moet natuurlijk 5 microseconden zijn, 5,12 om precies te zijn (64 byte header, 64x8=512 bits x 10 ns (100 MHz). Bosch Rexroth Lucien Kouwenhoven: Wij zien het juist als een voordeel dat we de standaard ethernetcontroller niet gebruiken. De CPU-belasting door standaard Ethernet is enorm. Het is daardoor dus moeilijk te combineren met kleine controllers of intelligente sensoren. VARAN bezit een groepstelegram, bijvoorbeeld voor I/O (kleine deelnemers). Wat betreft de opmerking over het dwarsverkeer: een machine is geen democratie, maar een strak geleid en gecontroleerd masterslavesysteem. De rest beschouw ik als onderbuikcommentaar. B&R Lucien Kouwenhoven: Over de reactie van B&R heb ik hier al het een ander gezegd. De markt bepaalt wel of VARAN nodig is. Wat betreft het stukje marketing heeft hij gelijk, wij zijn meer technisch gedreven dan commercieel. Wij zitten niet bij elke vergadering van normen en standaarden. Phoenix Contact Lucien Kouwenhoven: Na de uitleg van Harm Geurink begrijp ik weer beter waarom op dit moment veel cursussen worden aangeboden: Profinet is geen plug and play - oplossing. Ik hoop voor Harm Geurink dat de prijzen van de Ertec-chips inderdaad zullen dalen. Een ander punt is het configureren van VARAN. In tegenstelling tot wat Geurink zegt, hoeft VARAN niet te worden geconfigureerd. Bij VARAN meldt elke module zelf of deze OK is. In de versie van Profinet die wij hebben onderzocht, was er wel sprake van een onderbreking tijdens een verandering. Geurink stelt dat er geen onderbreking optreedt tijdens een verandering van de configuratie. Gesteld dat hij gelijk heeft, dan beschikt hij wellicht over een nieuwere versie. Onze ervaring was in ieder geval een andere. Beckhoff Lucien Kouwenhoven: Beckhoff is de snelste ethernetvariant. Of dat opweegt tegen de nadelen van één enkel bericht in een ring is de vraag. Wat ik me afvraag is of je nog echt van realtime ethernet kunt spreken als je niet kunt garanderen dat het bericht in het specifieke tijdslot aankomt in geval van storing. Wij zijn inderdaad afgeweken, om diverse redenen, van het standaard protocol voor het RT-deel. Verder gaat over dezelfde bekabeling het normale TCP/IP-verkeer; de gebruiker ziet dat dus niet. Ook Beckhoff is niet op de hoogte van het groepstelegram. De 12 microseconden die Beckhoff opgeeft, kan kloppen. Beckhoff heeft 5, = 6,12 microseconden nodig als overhead. Dus 5,88 microseconden voor de data klinkt reëel. Indien Beckhoff hot-connectable wordt, kost dit extra geld voor hardware en is dus niet standaard. Door het gebruik van distributed clocks extra hardware, dus geld hoopt Beckhoff dat de slave doorinterpelleert met de gekregen data in het geval de data niet aankomen. Maar hoop is geen woord dat veel gebruikt wordt in realtime communicatie. Beckhoff is al lang bezig met EtherCAT. Dus hebben veel leveranciers aangekondigd dat zij een interface bouwen indien het wat wordt. Een laatste kritische vraag: Beckhoff bezweert dat de snelheid boven alle verdenking staat. Maar waarom hebben we dan nog een 10Gb netwerk nodig? Siemens Lucien Kouwenhoven: Profinet is alleen open voor Siemens; voor derden is het open tegen betaling. VARAN is een stichting en stelt de informatie ter beschikking. Het is mooi dat Profinet een succes is. De woorden veilig en betrouwbaar combineer ik niet direct met TCP/IP. Rob Hulsebos Lucien Kouwenhoven: Realtime deterministische communicatie is van belang indien metingen of servosystemen over het netwerk communiceren. De storingen zijn 16 khz. Dit is namelijk een product van de servosystemen die in haast alle gevallen een update-interval van 62,5 microseconden hebben. Is je bericht langer dan 62,5 microseconden en de communicatiekabel ligt in de buurt van de servo, dan heb je dus prijs. Ons maximale bericht duurt 20, 23 microseconden en wordt in geval van storing herhaald. Ons realtime ethernet tenslotte is net zo standaard als alle andere. Niemand kan realtime ethernet in hetzelfde protocol verwerken als de kantoorstandaard. De sterstructuur heeft niets met het protocol te maken.als je ooit een kapot lampje in je kerstboom heb gezocht weet je het verschil tussen ring en ster. Over redundant hebben we het al gehad, evenals master en slave. En bij realtime ethernet op een machine is redundantie noodzakelijk. Wat betreft de laatste opmerking van de heer Hulsebos geldt dat hij gelijk heeft. De ontwikkelingen gaan continu door. w w w. e n g i n e e r s o n l i n e. n l n o 4 april