Przepływ informacji między urządzeniami kontroli, monitoringu i automatycznego sterowania procesami produkcyjnymi ma dziś w przemyśle rolą kluczową. Nic więc dziwnego, że rynek przemysłowych rozwiązań sieciowych należy do najprężniej rozwijających się obszarów związanych z nowymi technologiami. Opiera się on na wielu różnych protokołach i standardach, które różni nie tylko szybkość transmisji danych, odporność na warunki otoczenia i zakłócenia, wartość maksymalnej długości linii magistralowych, ale też – przede wszystkim – przeznaczenie sieci i rodzaj powierzonych im zadań.

Sieć pierwszego wyboru

Do sterowania automatyką i systemami pomiarowymi świetnie nadają się szeregowe rozwiązania typu fieldbus, takie jak Profibus, DeviceNet, CANopen. Gdy jednak celem jest zapewnienie bardzo wysokiej transmisji danych, zdecydowanie prym wiodą rozwiązania oparte na sieci Ethernet. Standard ten, zaprojektowany w latach 60. XX w., początkowo miał umożliwiać amerykańskim naukowcom wymianę danych, z czasem jednak stał się popularnym rozwiązaniem konsumenckim. Po niezbędnych modyfikacjach podbił automatykę przemysłową i wyparł inne architektury wykorzystywane dotąd w systemach sterowania procesami produkcyjnymi, pomiarowymi i kontrolnymi. Jak wynika z tegorocznych badań światowego rynku sieci przemysłowych, opublikowanych przez HMS Industrial Networks, przemysłowy Ethernet stał się rozwiązaniem „pierwszego wyboru” dla 46% klientów decydujących się na wdrożenie nowej architektury sieciowej.

Wysoka przepustowość, możliwość szybkiej instalacji magistral i łatwej ich rozbudowy o nowe urządzenia, stosunkowo niskie koszty instalacji, atrakcyjne ceny komponentów, szybka diagnoza awarii i naprawa – to tylko najważniejsze powody, dla których sieć Ethernet jest dziś jednym z najbardziej popularnych sposobów wymiany informacji w zakładach przemysłowych.

Postklasyczny Ethernet

Rosnąca popularność tego rozwiązania wiąże się z intensywnym rozwojem nowych protokołów opartych na architekturze klasycznego Ethernetu, ale rozbudowujących go o dodatkowe funkcje, np. umożliwiające jego zastosowanie w systemach wymagających synchronizacji danych i ich niezawodnej transmisji w czasie rzeczywistym. Wśród rozszerzeń tradycyjnego Ethernetu opracowanych i rozwijanych przez dużych producentów automatyki i organizacje skupiające firmy branżowe największą popularnością cieszy się EtherNet/IP (ang. Ethernet Industrial Protocol). Zaprojektowany przez Rockwell Automation protokół opiera się na standardzie CIP (ang. Common Industrial Protocol), który definiuje komunikaty i usługi potrzebne do działania systemów automatyki przemysłowej, dzięki czemu umożliwia połączenie wspólną pajęczyną czujników, paneli, stacji sterujących i operatorskich oraz urządzeń wykonawczych. Jedną z przyczyn coraz większego zainteresowania tym rozwiązaniem jest fakt, że EtherNet/IP jest wspierany przez kilkuset niezależnych producentów sprzętu i promowany przez takie m.in. firmy jak Rockwell Automation, Sick, Phoenix Contact, Parker Hannifin, Omron i Bosch.

Spośród rozwiązań opartych na Ethernecie coraz większym zainteresowaniem cieszy się protokół Profinet opracowany przez konsorcjum Profibus International – organizację zrzeszającą ponad 1200 członków i grup regionalnych z kilkudziesięciu krajów świata. Technologia ta, popularna w automatyce maszynowej i procesowej oraz wykorzystywana w sterowaniu napędami, stała się rozwiązaniem często stosowanym przez branżę motoryzacyjną, kolejową i morską, a jedną z firm, które intensywnie promują rozwiązania sieciowe oparte na tym protokole, jest Siemens – dostawca automatyki przemysłowej.

W polu sieci

Mimo że w ostatniej dekadzie Ethernet stał się jedną z kluczowych architektur sieciowych, a sieci polowe odnotowały 10-procentowy spadek popularności w stosunku do ubiegłego roku, ich pozycja na rynku sieciowych rozwiązań komunikacyjnych jest wciąż mocna. Na to rozwiązanie decyduje się blisko połowa przedsiębiorstw projektujących nową infrastrukturę. Sieci miejscowe, pozwalające za pomocą różnych mediów transmisyjnych łączyć urządzenia miejscowe, czujniki, napędy, przetworniki z nadrzędnymi jednostkami centralnymi, od ponad 20 lat stanowią podstawę rozwiązań w automatyce przemysłowej – w ostatnim czasie ich kierunek rozwoju obejmuje przede wszystkim aplikacje specjalistyczne.

Dominującą rolę w dziedzinie sieci fieldbus odgrywa rozwijany od ćwierćwiecza – pod skrzydłami Siemensa – Profibus. Technologia ta, będąca standardem dla rozproszonych sieci polowych, zapewnia spójną komunikację od poziomu czujników poprzez urządzenia polowe do poziomu zarządzania i zajmuje pierwsze miejsce wśród protokołów polowych na świecie. Nie bez znaczenia jest standaryzacja tego protokołu, która zapewnia Profibusowi dużą elastyczność zastosowań – obecnie produkty bazujące na tej technologii wytwarza około tysiąca producentów.

Komunikacja bez kabla

Kolejne rozwiązanie stanowią sieci bezprzewodowe, mające 6-procentowy udział w rynku przemysłowych technologii komunikacyjnych. Choć ten kawałek tortu wydaje się stosunkowo niewielki, to właśnie segment komponentów wireless rozwija się dziś najprężniej i odnotowuje 32-procentowy wzrost w skali roku. Rezygnacja ze sztywnej infrastruktury kablowej i związana z tym łatwość nowych konfiguracji stanowisk pracy oraz linii technologicznych, możliwość sterowania pracą maszyn znajdujących się w ruchu i jej nadzorowania, a także implementacji w systemach bezpieczeństwa (np. czujników na ruchomych urządzeniach) – to niekwestionowane argumenty, które przesądzają o coraz częstszym wyborze technologii bezkablowych do zastosowań przemysłowych. Najczęściej wykorzystywane rozwiązania w tym zakresie to technologie WLAN, ZigBee i Bluetooth, a także sieci komórkowe trzeciej generacji (3G) umożliwiające transfer danych z przepustowością kilku Mb/s i radiomodemy.

Dominująca rola w przemysłowej komunikacji bezprzewodowej przypada architekturze WLAN, czyli IEEE 802.11. Technologia ta rozwija się dziś najszybciej – według szacunków agencji badawczej Research and Markets średni wskaźnik rocznego wzrostu liczby sieci WLAN w latach 2016–2020 wyniesie aż 14%. Choć głównymi odbiorcami rozwiązań wireless są lokalni dostawcy, sektor MŚP i edukacyjny, a w przemyśle technologie te wykorzystuje się jedynie w części aplikacji, niektórzy analitycy prognozują, że właśnie do tych rozwiązań należeć będzie przy szłość przemysłowej komunikacji, zgodnie z zasadą: bezprzewodowość jako standard, kable jako ostateczność.

Coraz więcej komponentów

Rynek przemysłowych sieci komunikacyjnych wykazuje obecnie dwie tendencje: wyraźną dynamikę wzrostową i dużą różnorodność rozwiązań. Mimo wielu narzędzi integrujących pracę różnych protokołów i standardów komunikacyjnych oraz ich coraz bardziej otwartego i uniwersalnego charakteru dziedzinie tej daleko do unifikacji. To rozproszenie ma oczywiście swoje zalety – oznacza korzyści dla producentów modemów, kart sieciowych, serwerów, portów, konwerterów, switchy i routerów przemysłowych. Firmy te mogą zacierać ręce z zadowolenia: zwiększone zainteresowanie technologiami ethernetowymi przekłada się na istotny, bo aż 22-procentowy wzrost popularności podzespołów sieciowych, natomiast sprzedaż urządzeń związanych z sieciami polowymi zwiększyła się o 4% w stosunku do roku ubiegłego. Jednak prawdziwą klęskę urodzaju widać na rynku komponentów wspierających rozwiązania bezprzewodowe – popyt na nie wzrósł o ponad jedną trzecią.

Producenci urządzeń sieciowych nie mogą więc narzekać na brak klienteli, muszą jednak mieć na uwadze, że rozwijające się technologie sieciowe oznaczają wciąż rosnące wymagania dotyczące parametrów technicznych i funkcjonalności sprzętu. Specyfika aplikacji przemysłowych stawia bowiem przed projektantami i producentami okablowania i podzespołów wysoką poprzeczkę. Przewody w fabrykach przebiegają w bliskim sąsiedztwie urządzeń cechujących się dużym ładunkiem pola elektromagnetycznego, do tego dochodzi duża wilgotność środowiska, skrajnie wysoka lub niska temperatura z dużymi wahaniami, obecność pyłów, środków korodujących, zanieczyszczeń olejowych i agresywnych substancji chemicznych. Wibracje, wstrząsy i ryzyko uszkodzeń mechanicznych – to kolejne wyzwania, z którymi muszą się mierzyć na co dzień producenci elektroniki.

Switche pożądane

Do najpopularniejszych produktów na rynku komponentów sieciowych niezmiennie należą switche stosowane w sieciach opartych na rozwiązaniach ethernetowych. W prostszych zastosowaniach dobrze sprawdzają się atrakcyjne cenowo przełączniki niezarządzalne, jednak coraz większym zainteresowaniem cieszą się switche zarządzalne, wykorzystywane w bardziej złożonych systemach. Nie tylko zapewniają wysoką jakość transmisji danych i umożliwiają grupowanie portów, lecz także umożliwiają szybkie wykrywanie i usuwanie awarii oraz pozwalają na tworzenie sieci redundantnych. Wśród producentów przemysłowych switchy ethernetowych znajdują się takie firmy jak m.in. Turck, Siemens, Piltz, Astor, Antaira, Baluff czy Phoenix Contact.

Drugą grupą komponentów najczęściej wybieranych przez klientów przemysłowych są konwertery mediów i protokołów. Duża popularność mediakonwerterów i urządzeń typu gateway wynika z dużej różnorodności standardów i protokołów sieci oraz urządzeń komunikacyjnych, a także z potrzeby zapewnienia łączności między interfejsami szeregowymi, ethernetowymi i sieciami polowymi. Elementy te są niezastąpione w procesach modernizacji maszyn oraz linii produkcyjnych – i w takim celu kupowane są najczęściej.

Od modemów do serwerów

Duża część rynku urządzeń sieciowych należy do modułów I/O, które łączą sygnał z czujników lub włączników z urządzeniami wykonawczymi i nadrzędnym poziomem magistrali. W sprzedaży są wersje modułowe i kompaktowe modułów we/wy, które przetwarzają sygnał, ale też są wyposażone w kompleksowe funkcje diagnostyczne, poprawiające transparentność wszystkich procesów. Różnorodność konstrukcji i wykorzystywanych technologii pozwala na pracę w różnych zastosowaniach, również wtedy, gdy warunki otoczenia są wyjątkowo niekorzystne.

Modemy i routery to kolejne elementy infrastruktury sieciowej cieszące się niesłabnącym zainteresowaniem przedsiębiorstw produkcyjnych korzystających z technologii bezprzewodowych, światłowodowych, jak i klasycznych. Na rynku pojawia się coraz więcej przemysłowych wersji modemów, dostosowanych do wymagających zastosowań – takich jak transport kolejowy, automatyka budynkowa czy systemy dla przemysłu wydobywczego.

Wciąż ważne miejsce na rynku komponentów zajmują karty sieciowe i serwery szeregowe, umożliwiające transfer danych między portami szeregowymi a siecią Ethernet. Ponieważ klienci w naturalny sposób wybierają rozwiązania optymalizujące obsługę i pracę działów utrzymania ruchu, dużą popularnością w tym obszarze cieszą się rozwiązania szeregowe wyposażone w funkcje przewidywania awarii oraz możliwość ich automatycznego usuwania, a także narzędzia z wbudowanym serwerem WWW.

Popyt gwarantowany

Wszystko wskazuje na to, że wraz ze sprzyjającą sytuacją ekonomiczną w gospodarce i szybkim tempem rozwoju nowych technologii dobra koniunktura na rynku przemysłowych rozwiązań komunikacyjnych będzie się umacniać. Czynnikiem wspierającym dynamiczny rozwój rozwiązań sieciowych jest coraz większa ilość danych przetwarzanych w przedsiębiorstwach, generowanych przez urządzenia pomiarowe, i coraz precyzyjniej sterowane urządzenia kontrolujące procesy technologiczne. Także coraz częstsze modernizacje linii produkcyjnych i ich rozbudowy będą skłaniać do inwestycji w wysoko wydajną infrastrukturę komunikacyjną – ku zadowoleniu nie tylko jej użytkowników, ale przede wszystkim producentów.