Framtiden för industriella nätverk,

Jörgen Palmhagen och Leif Malmberg vid HMS Industrial Networks tar dig bakom kulisserna av nästa generations industriella kommunikationsteknologi.

De moderna industriella Ethernet nätverk går långt utöver standard av Ethernet-funktionalitet. Bättre nätverksprestanda och ständiga tillägg av funktionalitet ger högre krav på maskiner som kommunicerar på dessa nätverk. HMS Industrial Networks i Sverige utvecklar kommunikationslösningar som tillåter industriella automationsenheter att kommunicera mellan olika nätverk. Här tar en ny generation av kommunikationsteknologi form, färdig att ta sig an utmaningar av moderna industriella Ethernet nätverk och applikationer. Kärnan är en helt ny typ av nätverksprocessor.

“För att kunna förstå den nya tekniken, måste du först ta en titt i backspegeln”, säger Jörgen Palmhager, vice vd vid HMS. ”När Industrial Ehternet networks introducerade i början av år 2000, fann hårdvaru- och maskintillverkare en ny utmaning – att hålla deras enheter kompatibla med befintliga fältbussnätverk likväl som med nya industriella Ethernet nätverk. Vid HMS ingås vi att det behövdes en specialiserad nätverksprocessor som hade den rätta funktionaliteten, priset, storleken samt prestandan.”

Resultatet blev Anybus NP30, en single-chip nätverksprocessor som innefattar en processor, styrenhet och API på en liten yta (10x10 mm). Det ingår även ett flashminne som gör det möjligt att spara data på själva chipet.

Nya nätverk, nya krav
“Vad vi har sett de senaste åren, är att industriell Ethernet nu kräver mer prestanda och ny konstruktion”, säger Jörgen Palmhager. ”De nya industriella Ehternet nätverken blir mer och mer specialiserade vilket kräver mycket från nätverksprocessorn som hanterar ”översättningen” mellan nätverk och protokoll. I korthet kan man säga att vi behöver överföra mer data och samtidigt vara flexibla när det gäller olika nätverksegenskaper.”

För att möta efterfrågan presenterar nu HMS Anybus NP40, en single-chip nätverksprocessor som inkluderar högprestanda ARM core och en FPGA-konstruktion (Field-Programmable Gate Array). Enheterna är Flash-baserade och konstruktionen är designad att kombinera prestanda och flexibilitet i ett single-chip.

FPGA-konstruktionen används för att implementera olika realtid Ethernet gränssnitt, medan ARM core används för att köra protokoll och applikationer. Eftersom NP40 är Flash-baserad, kan enheten omprogrammeras för många olika industriella Ehternet-nätverk. Det betyder att enkla hårdvaruplattformar kan serva fler olika nätverk genom att helt enkelt ladda ner nya firmware. ”Denna nya teknologi gör livet lättare för hårdvarutillverkare eftersom de kan installera en kommunikationsmodul i en produkt och sedan ladda ner exakt den mjukvara som behövs för att ansluta till olika nätverk”, säger Jörgen Palmhager.

“Vi tror att den nya teknologin med en kombination av snabbare processorer och en FPGA-yta, kan tillhandahålla en framtidssäker plattform”, forsätter han. ”Det ger användaren det bästa av båda världar. De får hastigheten och precisionen de behöver för krävande applikationer, men även flexibiliteten för anpassning av olika nätverk genom att enkelt ladda ner ett nytt firmware.”


Tre format
Leif Malmberg är Product Line Manager för embedded solutions vid HMS. Han har länge sett en trend inom automationsindustrin för kompletta lösningar, men i olika former. –”Våra kunder vill ha kompletta lösningar när det kommer till funktionalitet, support, konsultation och underhåll”, säger han. ”I vilket fall som helst frågar de efter olika formera för deras anslutningslösningar beroende på hur integrerade de vill att lösningen ska vara. De flesta användare frågar efter kompletta moduler som de bara kan plugga in i deras maskiner för att åstadkomma nätverkanslutning, men det finns även användare som vill ha ett semikomplett nätverkskort som de kan montera på deras moderkort och utrusta med deras egen nätverksanslutning. Det finns även de som bara vill ha nätverksprocessorn och bygga upp deras egen lösning runt omkring den.”

Det här är varför HMS nu paketerar deras embedded CompactCom-erbjudande i tre olika varianter: ett chip, en kloss och en modul som gör det möjligt för användaren att välja hur integrerad de vill att deras kommunikationslösning ska vara. Det kan variera från implementering av kommunikationschip och själva designa resten av hårdvaran, till montering av kloss och fästa deras egen anslutare eller plugga in ready-made kommunikationsmoduler. –”Å andra sidan har vi haft dessa val tillgängliga tidigare med NP30”, säger Leif Malmberg, ”men med det nya embedded concept, kan vi nu ta ett steg framåt och utöka våra erbjudanden med en ny teknikplattform i olika format.”


Säkerhet, energi och andra trender.
Ökad prestanda och flexibilitet må vara den starkaste trenden som driver den nya teknologin, men där finns andra trender inom industrin som också påverkar. Integrerad säkerhet är en sådan trend som fler och fler industrianläggningar letar efter för att integrera säkra nätverk i deras ordinarie fabriksnätverk. Det är därför HMS utvecklar en ny säkerhetsmodul för att möjliggöra kommunikationen mellan en industriell enhet och ett säkerhetsnätverk.

En annan viktig trend är energisparande eftersom många företag försöker att bli mer “gröna”, spara pengar och uppfylla de tuffare lagstiftningarna för energiförbrukning och utsläpp. –”Vi ser klart denna trend”, säger Jörgen Palmhager. ”Både genom framväxande energiprofiler som PROFIenergy, men även som en generell trend i samhället. Vi ser ofta industriella installationer där olika maskiner har en utnyttjandegrad på lägre än 40%. Eftersom maskiner i flera fall konsumerar nästan lika mycket energi i stand-by som i driftläge, finns det mycket pengar att spara genom automatisk avstängning av maskinerna när de inte används. Ett annat tydligt exempel är efterdyningarna av jordbävningen och tsunamin i Japan nyligen. Eftersom det var ont om ström som påföljd av de tekniska felen i Fukushima-reaktorn, fick företag försöka spara energi på alla möjliga sätt och industrienheter med låg strömförbrukning har fortfarande hög efterfrågan.”

De nya Ethernet-nätverken möjliggör fler funktioner och enklare tillgång till industriella applikationer. Det gör det allt viktigare att avväga säkerhetsaspekter som att förebygga obehörig åtkomst – både för hela anläggningen som för den individuella utrusningen. -”Det är av stor betydelse för oss att erbjuda säkra lösningar vilket efterfrågas av alltfler kunder”, säger Jörgen Palmhager. ”Ett annat kommande Ethernet-krav är att tillhandahålla produkter som stödjer den nya Internet Protocol version 6 (IPv6). Vi har redan lösningar som fungerar efter protokollet och det kommer helt klart bli ett måste-ha i framtiden.”


Framtiden är redan här.
Även om nästa generation av kommunikationslösningar inte kommer ut på marknaden som standardmoduler förrän 2013/2014, finns det redan pilotkunder som är spjutspetsen för teknologin. ”Vi kommer implementera vår nya NP40-baserade teknologi på pilotkunder och utvecklar det i samverkan för att komma riktigt nära fabriksapplikationerna”, säger Jörgen Palmhager. Leif Malmberg fyller i:-”Vi ser ett stort intresse för den nya tekniken, speciellt från företag inom stegmotorsystem. AIDA-företag och deras leverantörer kommer troligtvis vara tidiga användare av den nya teknologin."

HMS ser fortfarande en efterfrågan för en komplett kommunkationslösning där hårdvarutillverkare hellre vill ha konsultation och support genom hela implementeringen än att själva bygga en lösning. ”Ja, den här önska har stannat mer eller mindre intakt genom alla åren”, säger Leif Malmberg. ”Maskin- och hårdvarutillverkare ser stora fördelar i att fokusera på att bygga enheter och att lämna nätverkskommunikationen till en partner."

  Mer information…