EtherNet/IP - Comunicação Industrial - Parte 01

Ethernet IP e um dos Protocolos de Rede Industrial mais jovens disponível e utilizados no mercado. Depois de quase 10 anos de trabalho para a sua finalização, este irmão mais novo das Redes Industriais começou a ser utilizado como o conhecemos hoje depois do ano 2000, mas nem por isso é uma rede inconsistente ou imatura. Vamos falar sobre as suas principais vantagens?

As Redes Ethernet se consolidaram como padrão de comunicação entre computadores desde sua invenção, como a Automação Industrial se convergiu ao longo dos últimos anos com a Tecnologia da Informação (TI), as Redes Ethernet se desenvolveram dentro do universo da Tecnologia da Automação (TA), ganhando características que delinearam um cenário de total aderência aos novos projetos e atualização de sistemas legados de rede para automação e controle.

As Redes Ethernet foram inventadas em 1973, por Robert Metcalfe em um projeto atribuído a Xerox Palo Alto, hoje sendo o padrão mais aceito no mundo para intercomunicação de dados em rede.

O Padrão Ethernet define o meio físico de conexão do cabeamento, define o controle de acesso do dado na rede e define o quadro (frame) de informação, tudo isso baseado na norma IEEE 802-2 e IEEE 802-3, que em suas subdivisões, estabelece características técnicas dos padrões de rede, não é nosso foco entender a IEEE 802-2 e 3, sugerimos que pesquisem sobre tal modelo.

As Redes Ethernet oferecem diversos benefícios em suas aplicações, podemos descrever abaixo alguns principais:

• Rede simples de projetar e implantar;
• Componentes de baixo custo, comparados a outras redes;
• Permite diversos Protocolos dentro do Padrão;
• Rede padronizada por normas em constante evolução;
• Pode ser aplicada desde ambientes domésticos até industriais (componentes especiais);
• Rede interoperável e escalar.

Para entender e até relembrar como estas redes evoluíram, podemos descrever desde seu surgimento as mídias de conexão que permitem acesso ao meio, por exemplo:

Para aplicações na indústria, foi necessário um desenho da rede que pudessem atender esta nova realidade, todavia, não poderiam mudar o padrão de acordo com a IEEE 802-3, sendo estas características abaixo, necessárias para esta realidade na indústria:

• Aplicação em Ambientes Severos (Hardware);
• Temperatura 75º C a -35º C (exemplo);
• Proteção Mecânica Especial;
• IP (Grau de Proteção Alto);
• Suportar Vibração e Impacto;
• Alta Imunidade a Ruídos (EMI);
• Arranjos de Alta Disponibilidade (Redundâncias);
• Uso de Protocolos Industriais.

As Redes Ethernet, se baseiam no princípio de funcionamento do CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection ), na prática, o padrão trabalha enviando dados na rede e detectando colisões de pacotes, abaixo um descritivo básico do seu funcionamento:

Entendido que, a rede funciona baseada no envio de pacotes, e estes são tratados através das colisões, temos o conceito de encaminhamento, que demonstra os princípios de envio das informações, sendo abaixo o funcionamento básico:

• A origem (informação) é sempre UNICAST (Único Ponto);
• O destino é BROADCAST (Informação em Toda Rede);
• O destino pode ser MULTCAST (Múltiplos Locais, mas com Informação Dirigida);
• O destino pode ser UNICAST (Único Local);
• ANYCAST tem o destino definido em um ROUTER;

Desta forma, podemos entender que é necessário um controle para gerenciar estas informações na Rede Ethernet, sendo o Switch o principal equipamento que tem essa atribuição como componente de rede, onde vamos ver mais a frente, o funcionamento destes.

Uma das maiores questões técnicas que foram barreiras quanto à aplicação da Ethernet na indústria, se refere ao determinismo de rede, pois o principio de colisão de dados não permite a certeza de entrega e recebimento de uma informação em uma base de tempo conhecida, para sistemas de controle, por exemplo, isso é fator fundamental.

Sendo assim, a característica de entrega e recebimento de uma mensagem na rede é baseada no tempo, isto é, a certeza de entrega e no tempo programado.

As Redes Ethernet se baseiam no CSMA/CD e não permite determinismo, pois trabalham com colisão de dados, os switches permitem o gerenciamento Broadcast para Multcast ou Unicast.

Ethernet Industrial para Controle (determinística) utiliza características de controle de sincronismo dentro de seu Protocolo, sem alterar características do Padrão, por exemplo, (Profinet, Ethernet/IP).

Como vimos, Ethernet é um padrão e tem seu principio no envio e recebimento de pacotes de dados, para que tudo isso funcione dentro de um sistema, é necessário uma arquitetura que tenha alguns componentes, tais como, switches, gateways, firewall entre outros, desenhados de forma a obter um arranjo que haja integridade, segurança, disponibilidade e sincronismo.

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