Diseñando con Protocolos de Ethernet Industrial Múltiple en la misma plataforma FPGA (I)

Ethernet Industrial ofrece bajo coste, alto rendimiento, e interoperabilidad superior sobre soluciones de bus de campo industrial tradicional. Muchas variaciones de la tecnología de Ethernet se han desarrollado para dirigir varios requerimientos del tiempo del ciclo de aplicaciones industriales. Como resultado los clientes industriales deben soportar multitud de estándares de ethernet industruales. Actualmente, cada nuevo estándar de protocolo requiere un nuevo diseño, y pueden ofrecerse soluciones para varios suministradores, añadiendo complejidad y no solamente diseño, sino también gestión de la cadena de suministros.

En este artículo examinamos las tendencias claves del crecimiento de soluciones IE en código abierto y la forma como FPGAs (Field Programmable Gate Array) permite a los diseñadores evaluar, diseñar y desplegar múltiples protocolos IE usando la misma plataforma de hardware.

Ethernet Industrial se refiere a un protocolo basado en Ethernet destinado a dirigir comunicaciones robustas, críticas en tiempo y fiables para automatización industrial y control de máquinas de producción. Ya que estos protocolos se basan en el mismo estándar IEEE 802.3 para  la implementación física de Ethernet (o capa uno, una plataforma simple basada en FPGA puede usarse para soportar todos los protocolos IE de estándar abierto independientemente de sus atributos en tiempo real individuales. Para los protocolos que demandan funcionalidades de muy alta velocidad, rendimiento en tiempo real, la funcionalidad en tiempo real se implementa en hardware como un protocolo específico MAC.. El resto de las funcionalidades del protocolo se implementan en software funcionando en un procesador embebido en un FPGA.

El paisaje de Ethernet industrial

¿Qué factore impulsan la adopción de soluciones de Ethernet Industrial? Los ambientes de comunicaciones industriales de hoy se fragmentan en muchos estándares del legado de fieldbus. Con muchas soluciones implementadas en ASICs, ASSPs y MCUs. La falta de flexibilidad de tal hardware usualmente significa que software y hardware deben cambiarse para cada protocolo requerido. Las soluciones de Ethernet basadas en FPGA, sin embargo, permiten una fácil adaptación a los requerimientos industriales siempre cambiantes usando la misma plataforma de hardware FPGA.

Las factorías requieren redes de gestión más fáciles con ancho de banda superior, rendimiento más alto, y menor coste para el propietario; todo lo cual permite compartir información en tiempo real dentro de la factoría y hacia las oficinas sobre internet. Las soluciones fieldbus existentes son adecuadas para comunicaciones a nivel de dispositivos pero falta el rendimiento en las redes gestionadas. Los fabricantes están buscando mecanismos fáciles para añadir capacidad de Ethernet a sus máquinas, haciendo fácil integrar dispositivos independientes y sistemas basados en fieldbus en su red de Ethernet. Esto les permitirá usar equipos y cables de red fuera de plataforma.

Adicionalmente, las operaciones en factoría están buscando estándards abiertos para soportar la interoperabilidad de la plataforma y evitar soluciones costosas de propietario. Los estándards IE abiertos alivian problemas de diseño potenciales y hacen más fácil implementar comunicaciones basadas en Ethernet en productos industriales nuevos y existentes. Esto se debe a que todos los estandar se basan en el equipos y cables.

Los protocolos de Ethernet industriales de estándar abierto son CC-Link, EtherCAT, EtherNet/IP, Ethernet Powerlink, Modbus/TCP, PROFINET, y SERCOS III. Las aplicaciones de automatización de factorías típicamente usan EtherNET/IP, Modbus/TCP, o PROFINET RT: las aplicaciones de control de movimiento típicamente requieren EtherNet/IP con CIPsync, PROFINET IRT, Ethernet Powerlink, EtherCAT, o SERCOS III para control de motor de precisión y comunicaciones de red. Las aplicaciones de automatización de procesos típicamenente requieren  EtherNet/IP y PROFINET RT y a menudo incluyen sub sistemas que usan fieldbuses como DeviceNet, ControlNet, y PROFIBUS PA.

Continua 2ª PARTE