Ethernet-väylä
Ethernet-väylä
Ethernet-väylä
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
<strong>Ethernet</strong>-<strong>väylä</strong><br />
IHA-3300/ELE-3350 Mekatroniikan erityiskysymyksiä -tutkielma<br />
Tuomas Häyrinen
Sisällys:<br />
1. Johdanto………………………………………………………………………………..3<br />
2. Toimintaperiaate………………………………………………………………………4<br />
3. OSI-malli……………………………………………………………………………….5<br />
4. Suorituskyky…………………………………………………………………………...7<br />
5. Liitännät ja liitettävyys...…………………………………………………………….10<br />
6. Kilpailijat……………………………………………………………………………...11<br />
7. Teollisuus-<strong>Ethernet</strong>…….……………….…………………………………………….12<br />
8. Sovellusesimerkkejä…………………………………………………………………..13<br />
9. Lähteet………………………………………………………………………………....15
1. Johdanto<br />
<strong>Ethernet</strong>in historia alkaa vuodesta 1972, jolloin Xerox Palo Alto Research Centerissä alettiin<br />
kehittää verkkotekniikka, jota alun perin kutsuttiin Alto Aloha Netiksi. <strong>Ethernet</strong>iksi nimi vaihtui -73<br />
ja alussa yhteyden nopeus oli 2,94 Mbit/s ja tarkoituksena oli yhdistää useampi tietokone samaan<br />
tulostimeen. Nimitys <strong>Ethernet</strong> juontaa juurensa alun perin tiedonsiirtoon käytetystä<br />
koaksiaalikaapelista, jota kutsuttiin eetteriksi. Myöhemmin yhteyden nopeudeksi muodostui 10<br />
Mbit/s ja kehitystyön tulokset julkaistiin vuonna 1976 Robert Metcalfin ja David Boggsin toimesta.<br />
90-luvun alussa nähtiin tarve nopeammalle verkkotekniikalle ja kehitystyön tuloksena vuonna -94<br />
syntyi 100Base <strong>Ethernet</strong> joka levisi lähes räjähdysmäisesti ja omasi, nimensä mukaisesti, 100<br />
megabitin sekuntinopeuden.<br />
Kuva 1: Tohtori Robert M. Metcalfen <strong>Ethernet</strong>in toimintaperiaatetta<br />
ja rakennetta kuvaava alkuperäinen piirustus vuodelta -76. [2]<br />
<strong>Ethernet</strong> on lähiverkkojen tärkein tekniikka, koska sitä pidetään halpana, nopeana, luotettavana<br />
ja helppokäyttöisenä. Lisäksi vielä kun laitteiden saatavuus on hyvä kuten yhteensopivuuskin, niin<br />
näiden seikkojen takia kiinnostus <strong>Ethernet</strong>-verkkotekniikkaa kohtaan on suurta. <strong>Ethernet</strong>-tekniikkaa<br />
voidaan hyödyntää teollisuusautomaation lisäksi esimerkiksi anturoinnissa, erilaisissa<br />
valvontasovelluksissa ja kiinteistöautomaatiossa. <strong>Ethernet</strong>-tekniikka tarjoaa myös helpon<br />
mahdollisuuden etäkäyttöön joka taas säästää asiakaskäyntejä, lyhentää vikatilanteiden kestoa,<br />
parantaa tuottavuutta ja sikäli säästää kustannuksia huomattavasti. Tehokkuus on suuressa arvossa<br />
alati kiristyvän kilpailun maailmassa.<br />
Tämän tutkielman tarkoitus on perehdyttää hieman <strong>Ethernet</strong>in toimintaperiaatteeseen, sen<br />
toiminnan kuvaamiseen käytettyyn OSI-malliin, verkon ominaisuuksiin ja suorituskykyyn,<br />
markkinoilla oleviin tuotteisiin sekä <strong>Ethernet</strong>in käytännön sovelluksiin.
2. Toimintaperiaate<br />
Fyysisesti perinteinen <strong>Ethernet</strong> perustuu <strong>väylä</strong>topologian käyttöön, eli kaikki verkossa olevat<br />
koneet ovat kytketty samaan kaapeliin, ”eetteriin”. Näin kaikille koneille näkyy kaikki liikenne.<br />
Kuitenkin nykyisin verkot perustuvat useimmiten tähtitopologiaan, eli kaikki koneet kytketään<br />
yhteiseen keskittimeen eli hubiin (”moniporttitoistin”). Tällaisessa verkossa edelleen koko liikenne<br />
näkyy kaikille koneille. Verkkoihin voidaan lisätä kytkimiä tai korvata keskitin kytkimellä, joka<br />
osaa lähettää tietoa vastaanottajan osoitteen mukaan. Tällöin verkossa oleva liikenne vähenee<br />
huomattavasti ja verkon käyttö tehostuu. Myös rengas- tai puutyyppisiä topologioita on käytössä<br />
sekä erilaisia yhdistelmiä. Esimerkiksi tähtitopologialla toteutetut aliverkot ovat monesti osa<br />
jonkinlaista puu- tai <strong>väylä</strong>topologiaa.<br />
Kuva 2: Yleisimmät verkkotopologiat. [1]<br />
Yleisimmin käytössä on nykyään tähtitopologia sen joustavan toteutettavuuden ja salliman<br />
suuremman nopeuden takia. Kuitenkin monissa vanhemmissa verkoissa on edelleen <strong>väylä</strong>topologia<br />
käytössä. Karkeasti tähtitopologia otettiin käyttöön 90-luvun alussa. <strong>Ethernet</strong>in alkuhämärissä oli<br />
myös käytössä ketjutopologia jossa koneet olivat ketjutettu toisiinsa, tällä yritettiin pääasiassa<br />
parantaa liitosten luotettavuutta eikä rakenne eroa loogiselta topologialtaan <strong>väylä</strong>topologiasta.
3. OSI-malli<br />
Kuva 3: OSI-malli. [3]<br />
Verkon kuvaamiseen käytetään yleisemmin 80-luvun alussa kehitettyä OSI-mallia (Open<br />
Systems Interconnection Reference Model), joka koostuu seitsemästä kerroksesta, joista jokainen<br />
kerros välittää alemman kerroksen palveluja ylemmälle kerrokselle. Eli malli toimii pyramidin<br />
tavoin, jossa ylempi kerros hyödyntää alemman ja alkeellisemman kerroksen palvelua.<br />
Alin ja ensimmäinen, eli fyysinen kerros käsittelee fyysisiä ilmiöitä, kuten sähköpulsseja.<br />
Esimerkiksi hubi kuuluu tähän kerrokseen, koska se vain fyysisesti jakaa yhden kaapelin moneen<br />
kohteeseen ja kaikissa kulkee sama tieto. Myös kaapelointi on ensimmäistä kerrosta. Toinen kerros<br />
on siirto(yhteys)- tai linkkikerros jossa esimerkiksi kytkin toimii. Kytkin osaa kytkeä toisiinsa vain<br />
keskenään keskustelevat kohteet, eikä kaikki liikenne näin näy koko verkossa ja myös useampi<br />
kone voi olla ”äänessä” yhtä aikaa. <strong>Ethernet</strong>in voidaan katsoa sisältävän kaksi ensimmäistä kerrosta,<br />
ja <strong>Ethernet</strong> jakaa toisen kerroksen vielä kahteen jotka ovat MAC- ja LLC-kerrokset joista MAC<br />
kapseloi datan ja LLC keskustelee ylemmän protokollakerroksen kanssa.
Kuva 4: <strong>Ethernet</strong>in sijoittuminen OSI-malliin. [5]<br />
Kolmas kerros on verkkokerros ja tällä kerroksella toimii esimerkiksi IP-protokolla ja laitteista<br />
reititin. Tällä tasolla muodostetaan ja puretaan loogisia yhteyksiä laitteiden välillä, eli<br />
mahdollistetaan tietyn koneen löytäminen koko verkosta, jota varten tarvitaan myös osoitteistus, IP-<br />
osoitteet. Kerros myös piilottaa verkon fyysisen toteutuksen, eli IP-protokolla voi toimia niin<br />
puhelinlinjaa, langatonta- tai satelliittiyhteyttä pitkin. Neljännellä kerroksella toimii esimerkiksi<br />
TCP-protokolla ja tätä kerrosta kutsutaan kuljetus- tai siirtokerrokseksi, koska se huolehtii pakettien<br />
perille tulosta sekä niiden järjestämisestä oikeaan järjestykseen. Pakettien saapumisjärjestyshän ei<br />
ole välttämättä sama kuin lähetysjärjestys.<br />
Neljää ensimmäistä kerrosta kutsutaan yhteisesti alemmiksi kerroksiksi ja kolmea ylintä<br />
vastaavasti ylemmiksi kerroksiksi. Ensimmäinen ylemmän tason kerros on istuntokerros, joka<br />
huolehtii multipleksoinnista, eli useiden yhtäaikaisten istuntojen kulkemisesta samassa yhteydessä.<br />
Esimerkiksi Windows-ympäristössä järjestelystä huolehtii WinSock ja Unixissa BSD Socket.<br />
Kuudes kerros on esitystapakerros, jonka tehtävä on päättää mikä on tiedon oikea esitysmuoto,<br />
esimerkiksi kuvan esitys pikseleinä eikä merkkijonona. OSI-mallin ylin kerros on sovelluskerros,<br />
jolla käyttäjälle näkyvät sovellukset toimivat ja tällä tasolla päätetään mihin sovellukseen<br />
tiedonsiirto ohjataan. Esimerkkinä vaikka http, joka on syytä ohjata selaimeen.<br />
Joissain tulkinnoissa <strong>Ethernet</strong>iksi tulkitaan myös TCP/IP-protokolla ja näin <strong>Ethernet</strong> käyttäisi<br />
OSI-mallin neljää alinta kerrosta. Esimerkiksi teollisuus-<strong>Ethernet</strong>eissä TCP/IP ei välttämättä ole<br />
käytössä, joten <strong>Ethernet</strong>in tarkka sijoittaminen OSI-malliin yksikäsitteisesti on vaikeaa.
4. Suorituskyky<br />
Ensimmäinen versio <strong>Ethernet</strong>istä, Alto Aloha Net, toimi 2,94 Mbit/s -nopeudella, kuitenkin<br />
kasvaen nopeasti arvoon 10 Mbit/s. Tätä voi pitää huomattavan suurena nopeutena ottaen<br />
huomioon, että elettiin 70-luvun alkua. Vasta 80- ja 90-luvun taitteessa alkoi olla tarve suurempiin<br />
nopeuksiin. Ensin tiedon välitystä tehostettiin varsinaista nopeutta lisäämättä. 90-luvun alussa<br />
syntyi 100Base <strong>Ethernet</strong>, joka kymmenkertaisti tiedonsiirtonopeuden. Samoihin aikoihin yleistynyt<br />
tahtitopologian käyttö ja kehittyneempi kaapelointi mahdollistivat myös aidosti kaksisuuntaisen<br />
full-duplex -tiedonsiirron aikaisemmin käytetyn half-duplex -siirron sijaan. Full-duplex tarkoittaa<br />
mahdollisuutta lähettää ja vastaanottaa dataa samanaikaisesti, jolloin esimerkiksi kännykkään<br />
puhuessa voivat keskustelun molemmat osapuolet olla äänessä yhtä aikaa. Aikaisemmin käytetyssä<br />
half-duplex -tiedonsiirrossa oli mahdollista joko lähettää tai vastaanottaa dataa, mutta ei<br />
yhtäaikaisesti. Tätä voisi verrata vaikkapa LA-puhelimeen, jossa puhujan pitää painaa tangenttia,<br />
jolloin linja on varattu lähetykseen. Kun tangentti vapautetaan, linja vapautuu toisen puheen<br />
vastaanottoon.<br />
Kuva 5: Thick <strong>Ethernet</strong> lähetin-vastaanotinyksikkö. [3]<br />
Ensimmäinen <strong>Ethernet</strong> käytti <strong>väylä</strong>topologiaa ja paksua koaksiaalikaapelia, jonka takia se saikin<br />
lempinimekseen ”Thick <strong>Ethernet</strong>” ja ”Orange Hose” kaapelin värin mukaan. Tällä kaapelilla<br />
päästiin 500 metrin segmenttipituuteen. Niitä voitiin liittää viisi peräkkäin, jolloin päästiin 2500<br />
metrin kokonaispituuteen. Kolmeen segmenttiin saattoi korkeintaan liittää 100 noodia per<br />
segmentti, kunhan ne olivat vähintään 2,5 m toisistaan.
Seuraava versio käytti edelleen <strong>väylä</strong>topologiaa, mutta ohuempaa koaksiaalikaapelia. Tästä<br />
syystä se tunnettiinkin nimellä ”Thin <strong>Ethernet</strong>”. Kaapeli kuitenkin rajoitti segmentin pituuden 185<br />
metriin ja siten kokonaispituuden 925 metriin, mutta noodeja sai olla 0,5 metrin välein.<br />
Kuva 6: Eri versioiden kaapeleita. Thicknet on noin 10 mm halkaisijaltaan.<br />
Kehityksen tuloksena syntyi 10BaseT <strong>Ethernet</strong>, joka käytti kierrettyä parikaapelia ja<br />
tähtitopologiaa. Nyt segmenttipituus putosi jo sataan metriin, mutta vastaavasti segmenttejä saattoi<br />
liittää 1024 kappaletta. Tähtitopologiassa tosin yhteen segmenttiin voi liittää vain yhden noodin.<br />
Tämä verkko on tuttu edelleenkin RJ-45 -liittimineen. Jatkokehityksenä syntyi 10BaseF, joka käytti<br />
valokaapelia ja venytti segmenttipituuden kahteen kilometriin, ollen muuten 10BaseT:tä vastaava.<br />
Vauhdin tarpeen kasvaessa näki päivänvalon 100BaseT, Fast <strong>Ethernet</strong>, joka kymmenkertaisti<br />
nopeuden säilyttäen muuten vanhat rajoitukset. Myös tästä kehitettiin valokaapelia hyödyntävä F-<br />
versio. 100Base on edelleen käytetyin standardi yhdessä 10BaseT:n kanssa. Kuitenkin valokaapelia<br />
käyttävät versiot valtaavat alaa etenkin teollisuudessa, koska optinen kaapeli ei ole altis sähköisille<br />
häiriöille, joita teollisuusympäristöissä monasti esiintyy.
Kuva 7: valokaapeleita käyttävä 10GBase reititin. [3]<br />
Vuonna -98 standardisoitiin Gigibit <strong>Ethernet</strong> tai 1000Base-X. Ensimmäiset tätä tukevat<br />
tietokoneet olivat Applen PowerBook ja PowerMac vuodelta 2000. Myös 1000Base käyttää joko<br />
parikaapelia (-T), tai valokaapelia (-X). Ettei kehitys olisi jäänyt liian pitkäksi aikaa paikoilleen,<br />
vuonna 2002 standardisoitiin valokaapelia käyttävä 10GBase ja tästä parikaapeliversio vuonna<br />
2006. Tämä on edelleen nopein <strong>Ethernet</strong>, mutta se ei ole vielä kovin laajalti käytössä. Esimerkiksi<br />
vuoteen 2008 mennessä käytössä oli noin miljoona 10GBase porttia.<br />
Kuva 8: Esimerkkikuva verkon rakenteesta ja eri siirtonopeuksien käytöstä verkon eri osissa. [2]<br />
<strong>Ethernet</strong>in suuri vahvuus on sen yhteensopivuus vanhempien versioiden ja eri siirtonopeuksien<br />
kanssa. Näin verkon rakentaminen ja muokkaaminen on hyvin joustavaa.
5. Liitännät ja liitettävyys<br />
Ensimmäisessä versiossa käytössä ollut paksu koaksiaalikaapeli oli jäykkää ja tästä johtuen<br />
siihen kytkettävä sovitin (Kuva 5) liitettiin tietokoneeseen erillisellä välijohdolla verkkokortissa<br />
olleeseen AUI-liittimeen (15-nastainen D-liitin). Sovitin liitettiin kaapeliin poraamalla siihen reikä<br />
ja puristamalla sovitin kiinni. Kierretyn parikaapelin tulo helpotti liitäntöjä huomattavasti ja myös<br />
luotettavuus nousi uudelle tasolle. RJ-45 -liitin on edelleen käytetyin standardi helppoutensa ja<br />
yleisyytensä ansiosta.<br />
Teollisuuteenkin tiedonsiirrossa <strong>Ethernet</strong> on vakiinnuttanut paikkansa ja kaikilla<br />
laitevalmistajilla on tuotteita, jotka voidaan liittää verkkoon. Uusimmissa on tullut myös<br />
automaatiojärjestelmään liitettävät lisäkortit, jotka toimivat niin sähköposti- ja WWW-palvelimina<br />
ja -ohjelmina. Ne pystyvät myös lähettämään tekstiviestejä havaitsemistaan raja-arvojen ylityksistä<br />
tai alituksista.<br />
Kuva 9: Siemens S7 <strong>väylä</strong>ratkaisu vuodelta 2000. [7]<br />
Esimerkkinä Siemens S7 -300 ja -400 -sarjoihin liitettävät PC-kortti sekä <strong>väylä</strong>komponentit<br />
ESM (electrical switch module) tai OSM (optical switch module), joiden avulla voidaan toteuttaa<br />
<strong>Ethernet</strong> <strong>väylä</strong>ratkaisu. Väylä toimii joko 10 tai 100 Mbit/s nopeudella full-duplex moodissa, omaa<br />
automaattisen nopeuden tunnistuksen, sekä AUI-, että RJ-45 -liitännät.<br />
Myös langattomat sovellukset ovat yleistyneet huomattavasti. <strong>Ethernet</strong> ei ole enää sidottuna<br />
kaapeliin vaan tietoa voidaan välittää myös 2,4-; 3,6-; tai 5 GHz:n taajuudella ilmateitse.<br />
Ensimmäinen langaton standardi tuli -97 ja nykyään päästään noin 30-100 metrin kantamaan ja<br />
maksimissaan 128 Mbit sekuntivauhtiin. Vuonna 2010 odotetaan julkaistavaksi uutta standardia,<br />
joka mahdollistaisi jopa 600 m kantaman ja 1,2 Gbit/s vauhdin.
6. Kilpailijat<br />
<strong>Ethernet</strong>in markkinaosuus on noin 85 % lähiverkoista ja oikeastaan ainoa varteenotettava<br />
vaihtoehto on 80-luvun loppupuolella julkaistu ATM-verkko, jonka tutuimpia sovelluksia ovat<br />
ISDN ja ADSL. Tosin nämä ovat tutumpia lähinnä alueverkkojen keskuudesta. ATM eroaa<br />
<strong>Ethernet</strong>istä pääasiassa käyttämällä tasakokoisia (53 tavua) soluja tiedon kuljetukseen, sekä ollen<br />
järjestyksen säilyttävä, eli paketit saapuvat vastaanottajalle samassa järjestyksessä, jossa lähettäjä<br />
on ne lähettänyt. ISDN koostuu 64 kbit/s peruskanavista, joita voidaan kytkeä rinnakkain. ADSL:lle<br />
on taas tunnusomaista erilainen tiedonsiirtokapasiteetti eri suuntiin, esimerkiksi 2005 julkaistu<br />
ADSL2+ ottaa vastaan maksimissaan 24 Mbit/s, mutta lähettää vain 1,4 Mbit/s. Tästä syystä ADSL<br />
sopii hyvin kotitalouskäyttöön, missä pääpaino on tiedon siirtämisessä verkosta tietokoneelle.<br />
HomePNA julkaistiin vuonna -98 ja sen ideana oli luoda olemassa oleviin kaapelointeihin<br />
perustuva nopea yhteys. Ensimmäinen HPNA 1.0 oli nopeudeltaan 1Mbit/s ja uusin 3.1 kykenee<br />
320 Mbit sekuntinopeuksiin. HPNA perustuu <strong>Ethernet</strong> -tekniikkaan. Vuonna 2008 esiteltiin G.hn -<br />
verkko, joka kykenee 1 Gbit/s nopeuksiin ja hyödyntää olemassa olevia kaapeleita, kuten<br />
koaksiaali-, puhelin- ja voimajohtoja. Samana vuonna HPNA yhdistyi tukemaan tätä standardia.<br />
Kuva 10: Eri tekniikoita yhdistävä verkko.<br />
Teollisuudessa kilpailevia <strong>väylä</strong>tekniikoita ovat mm. Profibus, CAN ja Fieldbus. Nämä<br />
erikoistuneet <strong>väylä</strong>t ovat paremmin teollisuuden sovelluksiin sopivia, mutta eivät niin<br />
monikäyttöisiä. Välimuotojakin on, kuten Profinet, joka yrittää yhdistää Profibusin luotettavuuden<br />
ja <strong>Ethernet</strong>in liitettävyyden. Teollisuus<strong>väylä</strong>t häviävät myös nopeudessa <strong>Ethernet</strong>ille.
7. Teollisuus-<strong>Ethernet</strong><br />
Aikoinaan teollisuuden järjestelmät koostuivat laitekohtaisista sovelluksista, jotka olivat erillään<br />
ulkomaailmasta ja mahdollisen keskinäisen tiedonsiirron toteuttaminen oli hankalaa. Tilanne on<br />
muuttunut huomattavasti ja monet sovellukset ovat siirtyneet käyttämään yleisiä teknologioita,<br />
kuten Windows- tai Linux -käyttöjärjestelmiä ja <strong>Ethernet</strong>-verkkoa. Näin sovellusten keskinäinen<br />
tiedonsiirto on muuttunut helpommaksi toteuttaa ja järjestelmien yhdistely on helpompaa. Myös<br />
komponenttien kirjo ja sitä kautta valinnanvara on laajaa.<br />
Kenttäväylissä on ollut voimistuva trendi <strong>Ethernet</strong>-pohjaisia sovelluksia kohti alhaisten<br />
laitekustannusten ja helpon liitettävyyden ansiosta. Haasteena on esimerkiksi tiedonsiirron<br />
reaaliaikaisuuden tarve sekä virheiden havaitseminen ja -sieto. Myös mahdollisuus langattomuuteen<br />
on ollut mielenkiinnon kohteena. Teollisuus-<strong>Ethernet</strong> eroaa jonkin verran ”tavallisesta”, laitteiden<br />
ollen yleensä paremmin suojattuja ympäristön rasitteita vastaan ja muutenkin ratkaisut ovat usein<br />
koeteltuja ja vakaiksi havaittuja. Joihinkin sovelluksiin <strong>Ethernet</strong>tiä on myös muokattu reilusti ja<br />
alkaa olla toisinaan kyseenalaista onko kyse <strong>Ethernet</strong>istä enää laisinkaan. Esimerkiksi<br />
reaaliaikaisuutta vaativissa sovelluksissa on käytössä erikoisempia muunnelmia joiden<br />
yhteensopivuuskin on kehno. Tässä mielessä osa <strong>Ethernet</strong>in vahvuuksista on hukattu samalla kun<br />
verkkoa on räätälöity paremmin erikoissovelluksiin sopivaksi. Yleensä väyliin voidaan liittää jopa<br />
65536 –laitetta (16bit).<br />
Yleisin teollisuus-<strong>Ethernet</strong> on tällä hetkellä <strong>Ethernet</strong>/IP. Se pohjaa yleiseen TCP/IP-<br />
protokollaan, mutta se ei sovellu säätösovelluksiin vaan on käytössä lähinnä konfigurointi,<br />
yhteydenpito ja ohjaussovelluksissa. Toiseksi yleisin on Modbus-TCP, joka on yhteydellinen ja<br />
reaaliaikainen protokolla. Modbus-TCP käyttää TCP kehystä, jonka sisällä on Modbus-kehys.<br />
Kolmantena on Profinet, joka yhdistää Profibusin kenttä<strong>väylä</strong>n <strong>Ethernet</strong>tiin. Se käyttää TCP/IP -<br />
protokollaa konfigurointiin, mutta omaa toisen kanavan ohjausdatan siirtoon sekä kolmannen<br />
nopean reaaliaikakanavan säätösovelluksiin.<br />
Muitakin on olemassa kuten CANOpenin pohjalta kehitetty <strong>Ethernet</strong> Powerlink, joka oli<br />
ilmestyessään 2001 ensimmäinen reaaliaikainen teollisuus-<strong>Ethernet</strong> ja käyttää<br />
standardikomponentteja. EtherCAT on nopea synkroninen kenttä<strong>väylä</strong>, joka eroaa täysin standardi-<br />
<strong>Ethernet</strong>istä, mutta siihen voidaan yhdistää myös normaaleja <strong>Ethernet</strong> -laitteita erillisen kytkimen<br />
avulla. Bosch Rexrothilla on käytössä oma reaaliaikainen teollisuus-<strong>Ethernet</strong> SERCOS III.<br />
Foundation Fieldbus High Speed <strong>Ethernet</strong> on erittäin vikasietoinen ja luotettava <strong>väylä</strong>. Uusimpana<br />
tulokkaana on Sigmatecin kehittämä VARAN, joka yrittää olla reaaliaikainen (
8. Sovellusesimerkkejä<br />
<strong>Ethernet</strong>in vahvuus ei tule parhaiten esille tutkittaessa yksittäistä konetta, vaan suurempien<br />
kokonaisuuksien hallinnassa. Jos tahdotaan vain ohjata yhtä konetta, tai muutamaa saman<br />
valmistajan konetta, niin silloin monasti erikoistuneet teollisuus<strong>väylä</strong>t, kuten Profibus, ovat<br />
parempia. Jos taas sekoitetaan eri valmistajien koneita ja liitetään tuotannon eri alueita samaan<br />
kokonaisuuteen, niin <strong>Ethernet</strong> on todella hyvä vaihtoehto. Myös monien valmistajien<br />
ohjelmoitavissa logiikoissa <strong>Ethernet</strong>-liitäntä on integroituna. Seuraavana esittelyssä muutama kone,<br />
jotka on tarkoitettu toimimaan osana suurempia kokonaisuuksia.<br />
Kuva 11: Harland’s Mercury etiketöintikone joka käyttää Baldorin <strong>Ethernet</strong> Powerlink -<strong>väylä</strong>ä. [9]<br />
Vuonna 2007 käyttöön otettu etikettien liimauskone pystyy liimaamaan etiketin tuotteen etu- ja<br />
takapuolelle 275 kappaleen minuuttivauhdilla. Laite käyttää Baldorin <strong>Ethernet</strong> Powerlink<br />
reaaliaika<strong>väylä</strong>ä ohjaamaan laitteen kuutta servomoottoria (syöttö, asemointi ja vakautus) sekä<br />
kahta askelmoottoria, jotka hoitavat etikettien liimaamisen. Yleensä laitteeseen asennetaan neljä<br />
etiketöintipäätä jolla mahdollistetaan tarrakelojen vaihto konetta pysäyttämättä. Laite on<br />
ohjelmoitavissa erilaisille käsiteltäville kappaleille.<br />
Väylätekniikan käyttöönotto mahdollisti siirtymisen seitsemästä liikkeenohjaimesta (motion<br />
controller) kolmeen, vähensi kaapelointia sekä kokoonpanoaikaa ja keskitti laitteen käytön yhteen<br />
paneeliin. Myös laitteen joustavuus ja laajennettavuus parantui ja laite voidaan kytkeä osaksi<br />
laitoksen muuta verkkoa.
Kuva 12: EaglematicTM 22-akselinen Powerlink-<strong>väylä</strong>ä käyttävä profilointi- ja lävistyskone. [9]<br />
EaglematicTM on auto-, lentokone-, rakennus- ja lääketiedeteollisuuden tarpeisiin kehitetty<br />
profilointi-, lävistys- ja katkaisukone, joka soveltuu niin muovin, kumin kuin alumiininkin<br />
muovaamiseen. Laite on tällä hetkellä moniakselisin Powerlink-<strong>väylä</strong>ä käyttävä kone USA:n<br />
markkinoilla. Kone pystyy reilun 15 m/min linjanopeuteen millin tarkkuudella ja vaihtamaan<br />
työkaluja linjaa pysäyttämättä. Laitteessa on neljä itsenäistä muovausyksikköä ja <strong>väylä</strong>n<br />
päivitysväli on 400 µs. Varsinainen asemansäätö on integroitu toimilaitteisiin ja <strong>väylä</strong>n kautta<br />
hoidetaan linjan nopeudensäätö sekä ohjearvon päivitys. Näin vähennetään <strong>väylä</strong>n kuormitusta ja<br />
hoidetaan eniten nopeutta vaativa tehtävä hajautetusti. Tällä tekniikalla olisi mahdollista ohjata 240<br />
käyttöä yhdellä <strong>väylä</strong>llä 400 µs päivitysajalla.<br />
Kuva 13: Periaatekuva EaglematicTM koneen säätöratkaisusta. [9]
9. Lähteet:<br />
[1] Juha Laine, Otto Alhava: Luentomoniste 8304500 Tietoliikenneverkkojen perusteet, TTY 2003<br />
[2] Vesa Hirvisalo: Essee <strong>Ethernet</strong>, TKK 1997 (http://www.tml.tkk.fi/Studies/Tik-<br />
110.350/1997/Essays/ethernet.html)<br />
[3] Wikipedia (http://fi.wikipedia.org/wiki/OSI-malli)<br />
[4] TTY etäopetus Tietotekniikan peruskurssi<br />
(http://www.cs.tut.fi/etaopetus/titepk/luku19/OSI.html)<br />
[5] Ari Taiponen: Teollisuus-<strong>Ethernet</strong>in teknistaloudellinen selvitys sähkötukkukaupan<br />
näkökulmasta, diplomityö (https://oa.doria.fi/bitstream/handle/10024/30404/nbnfife200902241195.pdf?sequence=1)<br />
[6] Learn Networking (http://learn-networking.com)<br />
[7] Siemens Finland (http://www.siemens.fi/)<br />
[8] Tomi Kääriäinen: Automaation tietotekniikan seminaari, TKK 2007<br />
(http://www.automationit.hut.fi/file.php?id=828)<br />
[9] www.automation.com (http://www.automation.com/content/baldors-ethernet-based-motioncontrol-system-simplifies-labeling-machines)<br />
(http://www.automation.com/pdf_articles/P1Paper4-<br />
Sandhoefner.pdf)
Change language