Tudo que você precisa saber sobre EtherNet/IP e IIoT

Você pode ter notado que hoje em dia há menos equipamentos Ethernet, à medida que as redes sem fio se tornam cada vez mais populares, mas a Ethernet continua sendo parte de nossas vidas diárias, seja para sua conexão primária com a Internet ou para sua Smart TV. Em ambientes industriais, a Ethernet representa uma evolução significativa. O EtherNet/IP inclui o conhecido "IP", semelhante ao que você usa para se conectar à internet. Neste contexto, porém, a sigla significa Industrial Protocol (Protocolo Industrial), uma adaptação inteligente para aplicações industriais.

Instrumentos de campo podem ser conectados através da Ethernet usando cabos e conectores semelhantes aos encontrados em casa. Evidentemente, as aplicações industriais exigem versões mais robustas para suportar condições exigentes, mas o princípio permanece o mesmo. Em resumo, você já sabe muito sobre como esses "novos" equipamentos industriais com Ethernet funcionam. Agora que estabelecemos o quão familiar essa tecnologia realmente é, vamos nos aprofundar nos detalhes que a diferenciam.

Na década de 1990, uma pequena equipe da ControlNet International Ltd. começou a desenvolver o que acabaria se tornando o EtherNet/IP. No ano 2000, eles perceberam que um suporte adicional era necessário para levar o projeto adiante. Naquela época, o financiamento coletivo não era uma opção, então eles seguiram os métodos tradicionais.

Eles fizeram uma parceria com a Open DeviceNet Vendors Association (ODVA), uma organização de fabricantes de automação fundada em 1995. A ODVA concordou em colaborar no desenvolvimento do EtherNet/IP. Em 2009, os desenvolvedores originais transferiram toda a responsabilidade pelo protocolo para a ODVA e seus membros. Atualmente, a ODVA mantém e promove o Protocolo Industrial Comum (CIP™) e tecnologias relacionadas, incluindo o ControlNet®, CompoNet® e DeviceNet®.

Além do desenvolvimento de protocolos, a ODVA garante a interoperabilidade entre diferentes fornecedores e sistemas — um desafio complexo na automação industrial. A organização defende o uso de componentes e tecnologias de Internet e Ethernet de prateleira (COTS) não modificados para simplificar a integração e a adesão.

Baseado no CIP e seguindo o modelo OSI (Open Systems Interconnection - Interconexão de Sistemas Abertos), bem como o pacote padrão TCP/UDP, o EtherNet/IP é uma rede Ethernet flexível de primeira classe e um padrão IEC aberto. Ele permite que você conecte sensores de campo, controladores e sistemas de controle na mesma rede.

Sua implementação é vasta, então você também encontrará controles de potência (motores, acionamentos, soft starters, etc.) e controles discretos (E/S de segurança, robôs, etc.). As possibilidades são inúmeras, já que câmeras IP, WiFi e telefones IP também podem ser aplicados à rede. Todas essas características demonstram que o EtherNet/IP está mais do que pronto para a expansão da IIoT.

Em vez de descrever o padrão inteiro aqui, listaremos os principais pontos que você deve saber:

• IEEE 802.3: Norma, Ethernet, Protocolo de Tempo de Precisão (IEEE-1588)
• IEC: International Electrotechnical Commission – IEC 61158
• ODVA: Common Industrial Protocol (CIP)
• IETF: Internet Engineering Task Force, protocolo de internet padrão (IP)

Ademais, o EtherNet/IP adiciona o CIP à camada de sessão, mas também segue a estrutura do protocolo do modelo OSI. Veja a figura:

Por fim, você pode ter diversas maneiras de se comunicar. A camada física permite tecnologias sem fio, cabos de cobre, fibras, entre outros. Em seguida, a camada de conexão de dados permite diferentes padrões, dependendo da camada física – por exemplo, IEEE 802.3 (fibra), IEEE 802.3 ou 802.1 (cobre) e IEEE 802.11 (WiFi).

Mesmo a nova camada física avançada (Ethernet-APL) possui apenas 2 fios para alimentação e comunicação, inclusive em áreas classificadas!

A tecnologia Ethernet passou por uma verdadeira evolução, saindo de 10 Mbps, topologia em barramento/árvore e comunicação half-duplex para 100 Mbps e 1 Gbps, full duplex e topologia em estrela baseada em switch/roteador. Essa evolução proporcionou às redes Ethernet a capacidade de suportar sistemas industriais críticos.

O EtherNet/IP é uma infraestrutura ativa, com segmentos de rede que utilizam conexões ponto a ponto em uma topologia em estrela. O núcleo dessa topologia é a interconexão de switches de camada 2 e camada 3. Esses switches suportam muitos nós ponto a ponto.

A rede EtherNet/IP também é compatível com topologias lineares e topologias de anel único tolerantes a falhas. Para isso, ela utiliza switches embarcados e a tecnologia DLR (Device Level Ring - anel no nível de dispositivo). Essas topologias alternativas podem ser combinadas para otimizar o roteamento dos cabos e os layouts de comunicação.

Embora pudéssemos nos aprofundar nos detalhes técnicos da rede EtherNet/IP, vamos nos manter concisos e diretos ao resumir os principais tópicos em três perguntas. As respostas lhe darão uma boa base para entender melhor a rede.

Então, o EtherNet/IP é baseado no padrão IP TCP/UDP, mas o que isso significa? O TCP (Transmission Control Protocol - protocolo de controle de transmissão) oferece uma transferência de dados confiável, mas lenta, em uma estrutura ou pacote unicast. Por exemplo, e-mails e navegação na internet utilizam conexões TCP, que são valiosas para a transmissão de dados de diagnóstico, enquanto o UDP é útil para dados de E/S em aplicações de automação ou controle.

Agora, quando passamos para o UDP (User Datagram Protocol - protocolo de datagrama do usuário), encontramos uma conexão muito mais rápida, mas sem garantia de que os dados transferidos chegarão ao destinatário.  Aqui, temos estruturas ou pacotes unicast, multicast e broadcast, tal como para a reprodução de músicas ou vídeos.

Sim, o EtherNet/IP foi desenvolvido para permitir a coexistência com outras aplicações TCP/IP. Aqui estão alguns exemplos de aplicações TCP/IP que você verá com frequência no mercado:

• HTTP – HyperText Transfer Protocol (protocolo de transferência de hipertexto)
• SNMP – Simple Network Management Protocol (protocolo simples para gerenciamento de redes)
• Modbus/TCP
• OPC UA

A rede é composta por elementos cruciais que permitem a comunicação entre os equipamentos e o sistema de controle. O EtherNet/IP possui três classes que identificam os componentes e como eles são usados.

• Varredura: A classe de varredura mapeia as variáveis de entrada e saída da rede em ciclos, definidos pelo tempo de atualização. Exemplos: CLPs e controladores
• Mensagens: A classe de mensagens suporta mensagens explícitas ao invés de dados de E/S em tempo real. Exemplos: diagnósticos, ferramentas de configuração de rede, sistemas SCADA e IHM
• Adaptadores: A classe de adaptadores oferece recursos específicos para cada equipamento em equipamentos com protocolo EtherNet/IP integrado. Exemplos: sensores, válvulas, gateways.

O EtherNet/IP é uma comunicação digital que amplia nossos horizontes quanto à integração e uso de dados. Seguindo o conceito NAMUR NOA, você pode extrair informações diretamente da sua rede, usando um equipamento de borda, e enviá-las para diversos tipos de serviços na nuvem. Por exemplo, o ecossistema de IIoT Netilion da Endress+Hauser agora oferece suporte a equipamentos EtherNet/IP de várias maneiras; você pode usá-los nos serviços Analytics, Library, Health e Value, e equipamentos de terceiros nos serviços Analytics e Library. Esses serviços otimizam seus dados, fornecendo as informações certas onde quer que você esteja. Cada serviço tem benefícios relevantes para tarefas cotidianas.

Os serviços de IIoT são uma maneira fácil de acessar informações relevantes provenientes de seus instrumentos de campo. Eles oferecem uma maneira confortável e segura de se integrar à nuvem e progredir em sua indústria, alcançar novos níveis de manutenção, melhorar a produção e muito mais.