Rozšiřování Ethernetu a TCP/IP protokolů v sítích průmyslové automatizace je ověřený dlouholetý trend a každý kdo zná průmyslové automatizační systémy, si je dobře vědomý proč: TCP/IP sítě umožňují mnohem pružnější instalaci než systémy založené na sériových sběrnicích a zároveň dovolují integrátorům využít internet pro integraci starších sériových zařízení používajících různé komunikační technologie. Díky integraci do TCP/IP sítí mohou mít vstupní a výstupní zařízení, komunikační a řídicí rozvaděče, pohony a SCADA systémy vyšší inteligenci a rozsáhlejší možnosti správy i na velké vzdálenosti.

Přes všechny tyto výhody, pokud se IT správci pokoušejí dostat do světa průmyslové automatizace, cítí se často ztraceni v záplavě spousty neznámých protokolů a technologií, vytvořených původně pro sériové sběrnice a pro IT pracovníky cizích. Mezi hlavní protokoly pro průmyslovou správu patří Modbus, DNP, CANbus, Profibus apod.

Nezávislost a síla SNMP protokolu

Naštěstí je jednou z velkých vymožeností TCP/IP sítí vyspělý, známý a časem prověřený Simple Network Messaging Protocol (SNMP), který může sloužit jako výborná náhrada za technologie průmyslových sběrnic. SNMP je standardní nástroj pro vzdálené monitorování, správu a konfigurací TCP/IP síťových zařízení a je to také jeden z nejstarších a nejpopulárnějších FOSS projektů, snadno dostupný všem uživatelům, kteří o něj mají zájem.

SNMP agenti jsou servery běžící ve vzdálených zařízeních. Agenti jsou široce rozšíření ve většině hardwaru a používají se v NMS (Network Management Software) aplikacích pro síťovou správu. NMS systémy mohou být velmi složité a robustní a špičkové systémy jsou často proprietární. NMS systémy pracují jako klient, který dotazuje vzdálené SNMP agenty v zařízeních a na základě získaných informací buď reaguje, nebo je jen zobrazuje v uživatelském rozhraní.

Jen s malým přizpůsobením je NMS systém dokonale přizpůsobitelný i pro monitorování a řízení řídicích systémů v průmyslových sítích. Pro IT pracovníky, kteří se mají starat i o RTU jednotky, vstupně výstupní zařízení a další automatizační technologie je SNMP software ideální hotová náhrada za tradiční ethernetové aplikace používající například Modbus protokol nebo SCADA rozhraní.

Ethernetová alternativa k sériovým protokolům

SNMP navíc umožňuje správcům sítí používat trapy. Trapy jsou aktivní zprávy odesílané vzdálenými zařízeními bez výzvy z monitorovacího systému. Mohou přímo informovat NMS systém o tom, že došlo k přednastavené události, takže nevyžadují ze strany NMS pravidelné dotazování. Pokud se používají efektivně, mohou trapy dramaticky snížit síťový provoz. Aktivní zprávy tohoto typu chybí v nejpopulárnějším sběrnicovém protokolu Modbus a několik dalších průmyslových protokolů nabízí podobnou funkčnost jen s proprietárními balíčky, které vyžadují drahé softwarové licence a specializovaný software pro správu.

Obecně se dá říct, že základní SNMP provoz se skládá z příkazů, které vypadají velmi podobně jako funkční kódy u průmyslových sběrnicových protokolů - get, get next, get bulk, set, response nebo trap. Přizpůsobení těchto příkazů pro průmyslové aplikace je poměrně snadné, ale může narazit i na překážky které je nutné překonat. Historicky byly automatizační zařízení, jako jsou RTU nebo I/O jednotky navrženy pro použití sériových sběrnic a proto jejich přizpůsobení pro TCP/IP sítě vyžaduje nový návrh implementace ethernetové komunikace od hardwarové úrovně.

Vestavba ethernetu do sériových zařízení

Vezměme si proto RTU a I/O jednotky jako příklad, protože jejich rozšíření o možnost SNMP komunikace často znamená významnou změnu jejich konstrukce. Sériová zařízení tohoto typu mají obvykle jen malou kapacitu paměti a málo výkonné CPU, které je příliš slabé na obsluhu SNMP protokolu, takže hardwarový výkon zařízení je potřeba zvýšit. Musí být integrováno ethernetové rozhraní a taky musí být doplněna softwarová funkcionalita pro správu zařízení a předávání zpráv SNMP protokolem (SNMP agent). Nakonec musí být v zařízení uložena MIB tabulka (Management Information Base), která informuje agenta o tom, které informace a nastavení jsou pro SNMP správu k dispozici, jak jsou dostupné a jak a kdy mají být předávány NMS systému. Je zřejmé, že takto rozsáhlé změny nejsou triviální a jejich provedení není snadné. Vyžadují náročnou organizaci a zkušené techniky se znalostmi průmyslové automatizace, ethernetové i sériové komunikace, kteří budou schopni provést softwarovou i hardwarovou modifikaci.

Jakmile je vše dokončeno, konečně se uleví IT správcům, protože ví, že se mohou nyní zcela zbavit všech průmyslových protokolů a nahradit je SNMP správou. Navíc budou SNMP zařízení schopna aktivně informovat NMS systém kdykoli dojte k předdefinované události, což přinese rychlejší odezvu systému a navíc nižší zatížení sítě. Zkuste si představit I/O jednotku ke které je připojeno teplotní čidlo. V případě Modbus protokolu je nutné trvalé dotazování prostřednictvím SCADA systému což si vyžádá cennou šířku síťového přenosového pásma. Při použití SNMP trapů bude NMS systém informován jen o změnách stavů na vstupu a veškerá zbytečná komunikace nutná pro Modbus protokol bude odstraněna.

Stálý vývoj a přizpůsobování požadavkům

I když je SNMP hodně vyspělá technologie, základní funkcionalita protokolu se i nadále zdokonaluje a to i v zařízeních které SNMP dlouhodobě podporují. Původně byl vyvinut pro sledování vzdálených síťových zařízení, jako jsou routery, přepínače, firewally nebo bridge. Dnes je možné SNMP nalézt v téměř každém síťovém zařízení ať už je to server, tiskárna nebo běžný počítač a umožňuje jim inovativnější využití. Představte si počítač, který může za běhu updatovat svůj BIOS nebo jeho nastavení jako například pořadí zaváděcích jednotek bez restartu, nebo zasílat zprávy o změnách či aktivitě zařízení připojených k jeho rozhraním.

Nové funkce a nové využití

Všechny tyto funkce jsou v současné době k dispozici u počítače Moxa V2416 a další funkce jsou připravovány. Při využití základního MVC (Model-View-control) už má softwarový Moxa tým připravenu řadu vylepšení pro své průmyslové počítače. Současně se může Moxa pochlubit tím, že celá řada jejich RTU a I/O jednotek má plnou podporu SNMP. To vše znamená, že IA technici přicházející z IT prostředí mohou nyní okamžitě uplatnit své zkušenosti ze správy sítí bez nutnosti trávit dlouhé hodiny seznamováním se s cizími sběrnicovými protokoly. Současně mohou současní IA technici využívat volný a otevřený protokol, který jim dá celé spektrum funkcí sběrnicových protokolů (a ještě něco navíc!), bez nutnosti investovat do nákladných licencí specializovaných SCADA systémů. Nakonec i všechny routery, přepínače se správou, vestavné počítače, zařízení pro videosystémy a ethernetové komunikační brány mají podporu SNMP, což teoreticky umožňuje použít SNMP správu pro každé zařízení v síti.

Díky robustní sadě funkcí, osvědčené spolehlivosti a rychlému rozšíření v průmyslu se SNMP protokol ukázal jako cenný a možná i klíčový nástroj pro průmyslové automatizační sítě. Zatímco SNMP pravděpodobně nikdy nenahradí sériové sběrnicové protokoly, v novějších aplikacích využívajících Ethernet a TCP/IP komunikace bude tento mocný nástroj nepochybně stále silnější a přínosnější.

Moxa nadále prosazuje SNMP technologii ve své komplexní řadě produktů pro průmyslovou automatizaci. Podívejte se podrobněji na to, jak lze SNMP využít pro řízení a vzdálenou správu v automatizaci (například v modulech ioLogik E1200), nebo si přečtěte studii o SNMP funkcích integrovaných do vestavných počítačů (například v novém počítači pro drážní aplikace V2416) pro jejich komplexní modulární správu napříč platformami.