Guida rapida all'Ethernet industriale

By Graham Walker

Cos'è l'Ethernet industriale?

L'Industrial Ethernet si riferisce a dispositivi di rete appositamente progettati, solitamente switch, media converter e access point wireless, per essere utilizzati in ambienti difficili, al di fuori delle normali condizioni IT.

Ethernet è il protocollo standard per la trasmissione di dati attraverso le reti e Internet. Suddivide i dati in piccoli pezzi e utilizza un metodo di consegna "best-effort", il che significa che a volte i pezzi di dati vengono consegnati fuori sequenza o addirittura persi del tutto. Se si verifica una perdita, il protocollo invia nuovamente i pezzi in modo da poter riassemblare l'intero messaggio.

Un ambiente ostile è qualsiasi cosa al di fuori dell'ambiente controllato tipico delle reti di uffici aziendali che utilizzano stanze dedicate con temperature, umidità e polvere controllate. Gli ambienti difficili si trovano in luoghi come fabbriche, magazzini, veicoli a bordo e aree outdoor esposte alle intemperie.

Alcune applicazioni critiche richiedono una trasmissione dei dati altamente affidabile e precisa, il che ha portato alla creazione dell'Industrial Ethernet (IE). Utilizza protocolli aggiuntivi per garantire che i dati vengano consegnati in tempo, nella sequenza corretta e senza perdite. L'hardware di rete IE è inoltre progettato in modo diverso perché deve sopravvivere a temperature eccessive e ad ambienti difficili, contenenti polvere, umidità, vibrazioni e interferenze elettriche.

Quali sono le caratteristiche dei dispositivi Industrial Ethernet?

Esistono molti tipi di dispositivi IE, ma condividono alcune caratteristiche comuni:

Affidabilità e prestazioni adatte agli ambienti più difficili. Il loro livello di resistenza è compatibile con condizioni ambientali difficili, come il rumore elettromagnetico, la temperatura, l'umidità e le vibrazioni.
Supporto di protocolli di automazione e controllo per consentire l'integrazione con gli strumenti di gestione OT esistenti. Il nodo di commutazione IE si presenta come un dispositivo per il Controllore Logico Programmabile (PLC) e per il Controllo di Supervisione e Acquisizione Dati (SCADA), in modo che possano recuperare le informazioni diagnostiche ed eseguire le azioni appropriate.
Alimentazione in ingresso DC, poiché la DC è la fonte di alimentazione più comune nelle applicazioni industriali.
Design senza ventola che riduce al minimo i problemi di ingresso di polvere e umidità, garantendo un'affidabilità a lungo termine.
Installazione su guide DIN per un montaggio più rapido e semplice sul corpo dell'armadio e per risparmiare spazio nei quadri elettrici.

Esistono anche alcune caratteristiche richieste da mercati specifici, come i rivestimenti conformi per le applicazioni chimiche o marine, la resistenza alle esplosioni per l'utilizzo nelle miniere e la tolleranza alle vibrazioni per le soluzioni veicolari.

Cos'è il Conformal Coating?

Il conformal coating è un rivestimento chimico protettivo o un film polimerico che si "conforma" alla topologia del circuito stampato. Il suo scopo è quello di proteggere i circuiti elettronici da ambienti difficili che contengono umidità, contaminanti chimici, temperatura e vibrazioni. Le applicazioni tipiche per i rivestimenti conformali includono la difesa ad alta affidabilità, il settore aerospaziale e quello marino.

Perché dovrei usare l'Industrial Ethernet?

Le applicazioni critiche utilizzano l'IE perché l'Ethernet standard non è abbastanza affidabile per fornire dati in modo accurato o perché le condizioni ambientali sono troppo difficili per le normali apparecchiature di rete di livello aziendale.

Alcune applicazioni tipiche dell'Industrial Ethernet sono

Produzione e logistica

Le linee di produzione utilizzano da molti anni apparecchiature controllate da computer. L'introduzione dell'Internet delle cose (IoT) ha creato la possibilità di strumentare le apparecchiature di produzione e di acquisire grandi quantità di dati in tempo reale. Tuttavia, per sfruttare questa opportunità è necessaria una solida rete di Operational Technology (OT) che trasporti i dati dalla fabbrica alla rete IT del centro dati. A sua volta, ciò richiede l'integrazione con le apparecchiature di controllo esistenti (controllori logici programmabili o PLC). Quindi, la rete OT deve tollerare l'ambiente difficile della fabbrica, deve comprendere il linguaggio nativo dei PLC e deve fornire con precisione i dati sensibili al tempo.

Applicazioni outdoor

Le soluzioni di sicurezza fisica utilizzano spesso dispositivi di rete in ambienti esterni, come videocamere, cancelli di sicurezza, lettori di badge identificativi, sensori di movimento, illuminazione outdoor, ecc. Poiché molti di questi dispositivi necessitano di essere alimentati, è comune utilizzare gli switch per fornire Power over Ethernet (PoE), secmplificando il cablaggio e rendendo più facile il controllo del dispositivo. Poiché la rete viene installata all'aperto e potrebbe non essere a temperatura controllata, sono necessarie apparecchiature specializzate per garantire un funzionamento affidabile. I dispositivi con temperature nominali elevate e senza raffreddamento forzato (senza ventola) sono ideali per le applicazioni outdoor caratterizzate da polvere e umidità.

Sottostazioni elettriche

Le reti elettriche si trovano spesso in aree remote, il che le rende vulnerabili agli attacchi e costose da gestire, in queste condizioni sono essenziali apparecchiature robuste e affidabili e soluzioni di rete sicure. Le sottostazioni elettriche pongono sfide specifiche per i dispositivi di rete a causa degli alti livelli di interferenze elettromagnetiche (EMI), che richiedono apparecchiature appositamente certificate. Inoltre, i cavi in fibra sono preferiti al rame perché non sono soggetti a EMI, quindi i dispositivi di rete che supportano le interfacce ottiche semplificano l'installazione.

Veicoli e treni

A volte i dati da acquisire vengono generati all'interno di un veicolo in movimento, per questo i dispositivi di rete devono tollerare forti vibrazioni. Gli standard internazionali stabiliscono la quantità di vibrazioni che un dispositivo deve sopportare per garantire un funzionamento affidabile in condizioni estreme. È fondamentale scegliere solo prodotti certificati per garantire un'affidabilità a lungo termine.

Perché i protocolli di automazione e controllo sono importanti?

La trasformazione digitale dell'industria genera efficienza operativa e flessibilità e sfrutta i vantaggi dei dispositivi connessi ricchi di sensori. L'integrazione dell'intelligenza dell'Industrial IoT e dell'Industria 4.0 implica la convergenza delle reti di Information Technology (IT) e di Operational Technology (OT).

I componenti di un'infrastruttura di comunicazione hanno un duplice ruolo nel servire sia le tecnologie IT che quelle OT. Nelle reti di distribuzione dell'energia, ad esempio, i nodi di commutazione trasportano i dati tra le apparecchiature di distribuzione e il centro di controllo per la misurazione, il monitoraggio e il controllo a distanza delle risorse per il rilevamento dei guasti e il ripristino automatico dell'energia e la consapevolezza della situazione per prevenire le interruzioni della fornitura di energia.

I sistemi di controllo industriale (ICS) sono sistemi di comando e controllo che supportano i processi industriali. Questi sistemi sono responsabili del monitoraggio e del controllo di vari processi e operazioni. I nodi di commutazione di rete supportano comunemente i protocolli di automazione e controllo (come MRP, MODBUS e PROFInet) perché gli ICS si integrano con tutti i dispositivi della rete OT, comprese le apparecchiature dell'infrastruttura di comunicazione.

Quali sono i prodotti Industrial Ethernet disponibili?

Allied Telesis dispone di una gamma completa di prodotti per l'Industrial Ethernet e per il ruggedized networking, adatti a tutte le applicazioni sopra descritte.

I nostri switch IE sono privi di ventole e resistenti per operare in ambienti con polvere, umidità, calore e vibrazioni estreme. Sono certificati per l'uso in ambienti elettricamente rumorosi con alti livelli di immunità elettromagnetica. Il supporto di protocolli di automazione e controllo come PROFInet NRT/RT e Modbus/TCP permette una perfetta integrazione con i sistemi di controllo industriale.
I media converter sono essenziali nella maggior parte delle reti per consentire una facile connessione dei cavi in fibra e in rame. I nostri dispositivi sono privi di ventole e sono in grado di resistere alle temperature estreme presenti negli ambienti outdoor e non controllati.
Per completare gli switch e i media converter, abbiamo una gamma di ottiche SFP (Small Form-Factor) progettate per il funzionamento ad alte temperature.

Esperti di Ethernet industriale

È importante notare che, a differenza di Ethernet, non esiste un unico insieme di standard per definire l'Industrial Ethernet. Ogni applicazione ha una propria serie di requisiti e certificazioni da applicare. Pertanto, è fondamentale comprendere i requisiti specifici della applicazione per scegliere la soluzione migliore per soddisfare le tue esigenze. Allied Telesis produce soluzioni di rete da oltre 30 anni ed è lieta di condividere la sua esperienza per garantirti i migliori risultati.