Ethernet

Veri iletişimi konusunda yapılacak bir seçimin Ethernet yönünde yapılmasıyla sağlanan en büyük Avantaj ekonomidir. PC, Windows ve Internet teknolojilerinde standart bir bileşen olan ethernet teknolojisi yüksek veri hızlarında düşük maliyetle çalışabilmektedir.
Kullanıcılar seçtikleri teknolojinin şu anki ve gelecekteki gereksinimlerini karşılayacağından emin olmak isterler. Doğal olarak hiçbir mühendis on yıl sonra bu gün kullandıkları ürünlerin piyasadan kalktığını veya ağ artık üzerindeki yükü taşıyamadığı için bütün iletişim sistemini yenilemek zorunda kalmayı istemez. Ancak ne yazıkki üreticiler arasındaki çekişmelerin standartlaşmayı geciktirdiği ve son kullanıcıların asıl gereksinimlerini karşılama konusunda başarısızlığa yol açtığı da bir gerçektir.
Sensörleri denetim uygulamalarını tek bir ağ yapısında toplamak isteyen şirketler çok az seçenek ile karşılaşmaktadırlar. Bunun için DeviceNet, CAN Bus, Profi Bus, ControlNet, Foundation Fieldbus.. gibi birkaç iletişim ağı teknolojisi vardır ve bunların herbirinin üreticisi en iyi seçimin kendileri olacağını iddia ederler. Bunlardan hangisini seçmenin daha yararlı ve ekonomik olacağı yanıtlaması çok güç bir sorudur. Bunların hemen hepsi bir veya birkaç üreticinin özel ihtiyaçları göz önüne alınarak tasarlanmıştır. Örneğin ProfiBus'ın geliştirilmesinde Siemens ve Klockner-Moeller etkili olurlarken, Allen-Bradley ControlNet'i kendi PLCleri için geliştirmiştir. Öte yandan Foundation Fieldbus geleceğin veriyolu olarak, pekçok sistemle uyumluluk göz önüne alınarak tasarlanmaktadır. Foundation Fieldbus on yılı aşkın zamandır geliştirilme aşamasındadır ve bazı politik çıkarlar bu sistemin geliştirilmesini yavaşlatmıştır.
Bütün bu olumsuz gelişmelere rağmen pazarın daralarak bütün üreticilerin destekleyeceği bir veya iki standart ağ teknolojisi ile sınırlanmasına sebep olacağına kesin gözüyle bakılmaktadır. Bu, PC'nin bilgisayar pazarını ele geçirmesinin hikayesine benzeyebilir.
PC ortamının açık sistem mimarisi neredeyse hayal edilebilen bütün sistemlerin kurulumuna olanak sağlamaktadır. Endüstriyel sistem tasarımcılarının değişik üreticilerden aldıkları ekipmanları benzeri bir açık mimari kullanarak bir arada ve sorunsuzca kullanabilme beklentilerini ve talepleri her gün artmaktadır. İşte bu noktada var olan sensör ağlarının içerdiği karmaşık iletişim tekniklerine alternatif olarak eternet adıyla yeni bir iletişim teknolojisi yaratılmıştır..
PC'yi endüstriyel pazara sokmayı başaran ekonomik sebepler şimdi de ethernet için gecerlidir. Win 9x.2000, NT ve Unix, ortamında yıllardır bir standart olan TCP/IP protokolü bütün verinin gönderilmesini garantileyen bir yapıya sahiptir ve günümüzde işletmelerin neredeyse tümünde bilgi akışı için en güçlü seçenektir. Ethernet, şu an var olan bütün endüstri standardı PC donanımları ve işletim sistemleri ile uyumludur.
Bir başka önemli nokta da kurulum ve bakım masraflarıdır. Burada da Ethernet diğer bütün alternatiflere karşı bir hayli avantajlı konumdadır. Ethernet'in kablolama özellikleri onun kurulumunu ve genişlemesini çok kolaylaştırmaktadır. Yapıya eklenen ucuz hublar, sisteme yeni birimler eklemeyi basitleştirirler. Bir cihazı yeni yerinde tekrar ağa bağlamak için yapılması gereken tek şey en yakınındaki hub'a bir 10Base-T kablosu çekmektir.
Özelleşmiş ağ yapılarında eğitim ve bakım maliyetleri çoğu zaman hatırı sayılır miktarlara ulaşmasına rağmen eternet sisteminin bakımı var olan işletme personelince sorunsuz olarak yapılabilir
Ethernetin 10-Mbps ve 100-Mbps versiyonları dağıtık I/O sistemleri için yeterli bir bant genişliği sunmaktadır.10Base-T bile 19.2 Kbaud tipik bir RS422/485'den çok daha hızlıdır. Bant genişliğinin büyük olması, özellikle pekçok sinyalin aynı anda gözlendiği uygulamalarda olaylara hızlı cevap verme anlamına gelir. 1997'de geliştirilen 100Base-T ile 100 Mbps transfer hızı ile şu an var olan en yüksek performanslı rakibinden bile 10 kat daha hızlı ve o oranda ucuz hale gelmiştir. Son olarak, 1998'de IEEE 802.3z standardının kabulü ile Ethernet için artık 1000 Mbps hızlardan söz edilmektedir. Bu yeni standart "Gigabit Ethernet" diye tanımlanmaktadır . Bu yeni standardın önemli özelliklerinden bir tanesi kurulu bulunan 10Base-T ağlarla uyumluluğudur.
Pekçok uygulama genel olarak çeşitli sensörlerden gelen verinin izlenmesini gerektirir. Makina veya süreçlerin izlenmesi, alarmların, arızaların, proses değişkenlerinin kaydedilmesi bu sınıfa dahil edilebilir.Bir diğer uygulama alanı ise özellikle insan bulunmayan ortamlardaki çevre koşullarının izlenmesi ve kontrolüdür. Bu uygulamalar veriyolu üzerinde çok fazla bir yük oluşturmaz. Ağın yalnızca veriyi hızlı ve güvenli bir şekilde iletmesi gereklidir. Bütün veri iletildiği sürece determinizm ve mesaj önceliği gibi sorunlar çok önemli değildir. Yüksek veri transfer hızı, güvenilir veri iletimi ile bir TCP/IP Ethernet sistemi bu tür uygulamalar için son derece uygundur. Başka hiçbir veriyolu hız; maliyet ve kurulum kolaylığı konusunda Ethernet ile rekabet edemez
Denetim uygulamaları için sistemler tasarlarken bazı farklı gereksinimler vardır. Bu sistemler öngörülebilir tepkiler vermeli, veriyolu belirli süre içinde bir veri paketini gideceği yere ulaştırmalıdır. Bu tür uygulamalarda alışıldığı üzere çoğu zaman bir sensörden gelen bilgilere göre herhangi bir olayın gerçekleşmesi gerekir. Denetim uygulamaları için token-passing metodu kullanarak veri paketleri arasında çarpışmayı engelleyen ProfiBus gibi veriyolları geliştirilmiştir. veri çarpışması Ethernet üzerinde iki cihaz aynı anda bilgi göndermeye kalkıştıklarında gerçekleşir. Tabii ki bu öngörülebilirliğin de bir bedeli vardır. Diğer veri yollarında sistem elemanları pahalıdır, kullanılan protokoller özeldir, bütünleşme zordur ve tecrübeli programcılara gereksinim vardır. ( Her nekadar Ethernette veri çarpışması olasılığının var olduğu ve bu nedenle bazı uygulamalar için güvensiz bir teknoloji olduğu düşünülsede yüksek ekonomik avantajları, kanıtlanmış başarısı, açık mimari yapısı onu sahadaki veri toplama sistemleri ile işletmedeki geri kalan diğer cihazlarla birleştirmek için yaygın bir ağ çözümü haline getirmiştir.
Özel ağ yapılarının yüksek maliyetlerinin yanısıra bütün fabrikada tek bir ağ standardına duyulan ihtiyaç Ethernetin yaygınlaşmasında çok önemli rol oynamıştır. Eğilim ilk olarak Ethernet'in Foxboro, SquareD, Westinghouse gibi bazı proses denetimi ve PLC firmalarınca kontrol seviyesinde kullanılması ile başladı. General Motors ise şu anda otomotiv endüstrisinde yaygın olarak kullanılan yeni bir yaklaşımın öncüsü oldu: Open Modular Architecture Controller. Bu yaklaşım Ethernet üzerinden PC-tabanlı denetimi desteklemektedir. Ethernet'in dev tabanı, bu standardın ilerideki uygulamaların da altından kalkabilecek şekilde geliştirileceğinin ve destekleneceğinin bir göstergesidir. IEEE komitesi Ethernet standardını çeşitli revizyonlardan geçirmiştir. Örneğin, IEEE 802.3x full duplex spesifikasyonu 1997'de ortaya çıkmıştır. Bu twisted-pair veya fiber optik kablo üzerinden standart Ethernet veri paketlerinin çift yönlü olarak aynı anda alınmasına ve gönderilmesine olanak tanımaktadır. Bu standardın kullanılması bant genişliğini iki katına çıkarırken, veri çarpışması olasılığını da en aza indirmektedir.
Bir diğer önemli standart ise IEEE 802.1p dir ve mesaj önceliğine sahiptir.100Base-T gibi daha hızlı teknolojiler veri çarpışması olasılığını azaltsalar da bu standart, öngörülebilirliğin hayati olduğu uygulamalarda bu olasılığı tamamen ortadan kaldırmaktadır. 802.1p'nin uygulanması ile kullanıcılar mesajlara öncelik sırası atayabilir ve bazı kritik mesajların cevap süresi kesin olarak belirlenebilmektedir.
Son yıllarda birçok Ethernet tabanlı veri toplama sistemi piyasaya çıkmıştır, Belli başlı DAC, RTU ve PLC üreticileri Ethernet arabirimleri sunmaktadırlar. Endüstriyel otomasyon alanında çalışan pekçok uzmana göre Foundation FieldBus'ın kontrol seviyesi H2 spesifikasyonlarının 100Base-T Ethernet tabanlı olacağı öngörülmektedir.
Bu uzmanlara göre Internet teknolojilerinin daha da etkili olmaları, ve endüstriyel otomasyon pazarında büyük değişikliklere yol açmaları öngörülmektedir. Yakın gelecekte bir Web browser üzerinde Java veya Dynamic HTML kullanarak bütün çalışma bilgilerini yayınlayacak endüstriyel cihazların çıkması beklenmektedir. Sahadaki her cihaz bir homepage'e sahip olacak ve bu sayfadan konfigürasyon ve çalışma bilgilerini izlemek her zaman mümkün olacaktır.
Sahadaki cihazlardan gelen veri çok değişik formatlarda görsellenerek verilerin ağ üzerinde "canlı" hale gelmesi sağlanacaktır. Bu fabrika içindeki ağla bilgi alışverişinde bulunan her cihazın bir IP numarasına sahip olmasını ve TCP/IP protokolünde haberleşmesini gerektirecektir. Doğru Firewall korulması ile bu bilgiler yalnızca yerel olarak değil Internet erişimine sahip her yerden izlenebilir hale gelecektir. Kuşkusuz bu eğilimlerin sonucu olarak, otomasyon sistemlerinin mimarisi ağın yapısına bağlı olarak belirlenecektir.
Sırası gelmişken RTU lardan bağımsız olarak kullanılan diğer haberleşme protokollarından
da kısaca bahsedelim:

PROFIBUS : Profibus geniş kapsamlı üretim ve proses otomasyonu için tasarlanmış üreticiden bağımsız açık saha bus standartıdır. Üretici bağımsız oluşu ve açıklığı uluslararası standartlar olan En 50170, EN 50254 ve IEC 61158 üzerine kurulmuştur. 650'ye yakın üyesi bulunan ve birçok araştırma enstitiüsü tarafından desteklen Profibus, farklı üreticilerin cihazları arasında haberleşme sağlayan ve bunu yaparken herhangi özel bir arabirime ihtiyacı olmayan bir veri yolu olmakla birlikte, yüksek hızlı kritik uygulamalar veya komplex haberleşme işlemleri gibi kullanım alanlarında yaygın olarak uygulanan bir veri yolu sistemidir.
CAN BUS : Bosch firması tarafından geliştirilen (seri) veri yolu sistemi olan Controller Area Network veri yolu sistemi, özellikle otomotiv sektörüne yönelik akıllı network sensör ve actuatörler için tasarlanmış ve kısa bir zamanda bu çalışmalarda standart hale gelmiştir. Multi-Master yani bütün CAN noktalarının data iletebildiği ve birkaçınıda eş zamanlı olarak istekte bulunabildiği veri yolu sistemi olan CAN hiçbir abone ya da kullanıcı için herhangi bir adreslemeye sahip olmamakla birlikte öncelikli mesajın iletilmesi şeklinde veri iletir. Bu veri iletişim protokolu en sık Otomotiv ve Medikal endüstrisinde kullanım alanı bulmaktadır.
DEVICENET : Allen-Bradley tarafından geliştirilen Akıllı sensör ve aktüatorler için tasarlanmış endüstriyel network yapısı olan DEVICENET "Open DeviceNet Vendors Association " adı verilen üretici bağımsız bir kuruluş tarafından günümüzde gelişimini sürdürmektedir. DEVICENET ile limit switch, fotoelektrik sensör, barkod okuyucu ve motor starterleri gibi düşük seviyeli aygıtlara bağlanılabilir ve PC veya PLC gibi daha üst seviyeli aygıtlarla haberleşme sağlanabilir
FOUNDATION FIELD BUS: Özellikle dağıtılmış proses kontrol uygulamaları için dizayn edilen Fieldbus Foundation (organizasyon) olarak dünyadaki otomasyon sistemlerinde yaklaşık %80 'lik bir pazara sahip olan 140 şirketin biraraya gelmesi ile oluşmuştur. Teknolojisi fiziksel katman, haberleşme çatısı ve kullanıcı katmanından meydan gelmektedir.