4. januára 2022

Komunikácia v štandardoch Fieldbus a Industrial Ethernet

TME s.r.o.

Spolu s vývojom a komplikovanosťou produkčných liniek rastie počet zariadení (snímačov a vykonávacích prvkov), ktoré potrebujeme ovládať. Priemyselné procesy sa realizujú prostredníctvom PLC ovládačov a rozľahlých digitálnych alebo analógových sietí spojení. Najčastejšie ide o inštalácie na báze elektrických káblov (medených) alebo optických káblov. V závislosti od toho, aká stará je infraštruktúra, budú to systémy typu FIELDBUS (staršie) alebo ETHERNET (novšie).

Káble a konektory FIELDBUS.

V mnohých podnikoch sa môžeme stretnúť s obomi druhmi komunikačných sietí. Ich údržba a rozširovanie si vyžaduje použitie špeciálnych káblov určených striktne konkrétnemu protokolu dátového prenosu. Navyše, kabeláž musí byť vybraná podľa podmienok, ktoré sú pri príslušnej výrobnej linke. Kontakt s olejmi, vysokou teplotou alebo nutnosť neustáleho ohýbania kábla počas prevádzky znamená nutnosť použiť produkty, ktoré sú na to špeciálne prispôsobené.

Aké sú štandardy komunikácie Fieldbus?

Na trhu sú desiatky rôznych prenosových protokolov typu FIELDBUS. Medzi nimi sú tri najčastejšie.

PROFIBUS® DP – jeden z najbežnejších systémov spojený so spoločnosťou SIEMENS, pričom ide o otvorený štandard. Mnoho producentov ponúka kompatibilné zariadenia a vybavenie. Dobre škálovateľný, sprístupňuje široký rozsah prenosových rýchlostí a dĺžok samostatných káblov (až do 1200m). Je prítomný vo väčšine odvetví. Pod názvom PROFIBUS® PA8 sa vyskytuje aj v špeciálnej verzii pre automatizáciu procesov (rafinérie, chemický priemysel).
CANopen – štandard pôvodne vypracovaný pre vozidlá. Stále sa v automobilovom priemysle používa. Práve s jeho pomocou realizujú autoservisy počítačovú diagnostiku vozidla – aj keď v odvetví automotive sa používa v oveľa väčšom meradle. Po rozšírení o komunikačný profil sa dostal do segmentu priemyselnej automatizácie, už ako CANopen. Používa sa najmä v Európe a v zámorí, vďaka spoločnosti Rockwell Automation má podobu štandardu DeviceNet.
Štandard CC-Link poznajú predovšetkým užívatelia strojov z Japonska a Ázie. Má jednoduchú štruktúru a zabezpečuje ľahkú integráciu komponentov rôznych výrobcov, preto je populárny aj u používateľov z Európy.

Treba ešte spomenúť aj niekoľko ďalších systémov, s ktorými môžeme prísť do styku pri výrobných linkách: Actuator Sensor Interface skôr známy ako AS-I, INTERBUS, FOUNDATION Fieldbus alebo veľmi populárny Modbus.

Ktoré technológie priemyselného ethernetu sú najlepšie?

V dobe tzv. Priemyslu 4.0 dochádza k lavínovému nárastu poštu zariadení zapájaných do priemyselnej siete. Kapacita systémov FIELDBUS prestáva postačovať. Preto sa ako nevyhnutné ukázalo implementovanie nových riešení. Tradičný kancelársky ethernet nebol pre priemyselné využitie vhodný, najmä z dôvodu omeškaní v prenose signálu. Tie môžu dosahovať až 500ms, pričom výrobné linky, v ktorých sa ovládajú pohony, vyžadujú oneskorenie rádovo niekoľkých milisekúnd. Inými slovami, vyžadujú prevádzku v reálnom čase. Na začiatku 21. storočia boli vytvorené mechanizmy s krátkymi reakčnými časmi systémov na báze ethernetovej infraštruktúry. Začalo sa hovoriť o Industrial Ethernet.

Káble priemyselných sieti sa musia vyznačovať odolnosťou nielen z hľadiska náročných podmienok prostredia, ale musia byť schopné tiež chrániť prenos pred elektromagnetickým rušením. Preto sa v priemyselnom ethernete, na rozdiel od kancelárskych sietí, používajú predovšetkým tienené alebo optické káble.

Aj tu nachádzame niekoľko koexistujúcich štandardov.

PROFINET® je popredným otvoreným štandardom priemyselného ethernetu v Európe. Umožňuje výmenu dát v reálnom čase medzi riadiacimi jednotkami a zariadeniami pracujúcimi v danom objekte. PROFINET® je nasledovníkom PROFIBUS®.
Modbus TCP je zaujímavý príklad adaptácie populárneho štandardu FIELDBUS. Pre vytvorenie otvoreného štandardu bol dátový rámec Modbus „zabalený” v rámci Ethernet a ten sa stal v súčasnosti jedným zo štandardov v automatizácii procesov.
EtherNET/IP je systém priemyselnej zbernice využívaný v systémoch riadenia a automatizácie najmä v Amerike. Jednou z kľúčových výhod tohto otvoreného systému je jednoduchosť integrácie existujúcich objektových zariadení so sériovým rozhraním RS.
CC-Link IE je popredný štandard na báze ethernetovej siete v Ázii, nasledovník systému CC-Link Fieldbus. Slúži na riadenie oveľa väčších objemov dát v porovnaní so svojim predchodcom.
POWERLINK je otvorené, v reálnom čase fungujúce rozšírenie protokolu základnej technológie ethernet. V súčasnosti hlavný systém ethernet. Pracuje v reálnom čase, využíva sa v technológiách automatizácie.

Káble značky LAPP pre komunikáciu Fieldbus a Industrial Ethernet

Káble určené pre ethernet v priemyselnej verzii.

Výber správneho kábla pre našu aplikáciu môže byť výzva. Preto je dobré použiť hotový algoritmus a odpovedať si na niekoľko základných otázok. Kľúčová sa bude týkať komunikačného štandardu. Nižšie uvádzame ďalšie kroky, ktoré našim zákazníkom umožnia vybrať ten správny produkt. Stačí kliknúť na odpoveď, následne prejdete do katalógu a môžete sa oboznámiť s vybranou ponukou TME.

1.Aký bude mať spojenie charakter?

Káble uložené pevne v káblových žľaboch:
- UNITRONIC BUS PB
- ETHERLINE PN Cat. 5
Kábel príležitostne premiestňovaný, napr. pri premiestňovaní ovládacieho pultu:UNITRONIC BUS CAN
Pohyblivé spojenie, napr. stále ohýbanie v energetických reťaziach:ETHERLINE FD

2.Bude kábel pracovať v exteriéri vystavený UV žiareniu?

Áno, uložený na estakáde:UNITRONIC BUS PA
Áno, ale bude pohyblivý (aj v zime):ETHERLINE TORSION

3.Aké chemické látky budú v kontakte s káblom?

Kábel bude vystavený kontaktu s olejom:ETHERLINE P
Kábel bude pravidelne umývaný a dezinfikovaný, napríklad v potravinárskom podniku:ETHERLINE ROBUST
Kábel musí odolávať kontaktu s vriacou vodou alebo teplotám dosahujúcim 100°C:ETHERLINE 105 plus

Zdroj: https://www.tme.eu/sk/news/library-articles/page/42538/Komunikacia-v-standardoch-Fieldbus-a-Industrial-Ethernet/

Ako sa vám páčil tento článok?