Komunikacja w standardach Fieldbus i Industrial Ethernet

Wraz z rozwojem i skomplikowaniem linii produkcyjnych wzrasta liczba urządzeń (czujników i elementów wykonawczych), którymi musimy zarządzać. Procesy przemysłowe są prowadzone przez sterowniki PLC oraz rozległe sieci połączeń cyfrowych lub analogowych. Najczęściej są to instalacje oparte na przewodach elektrycznych (miedzianych) lub światłowodowych. W zależności od wieku infrastruktury, będą do systemy typu FIELDBUS (starszego) lub ETHERNET (nowszego).

W wielu zakładach można spotkać oba rodzaje sieci komunikacyjnych. Ich konserwacja i rozbudowa wymaga zastosowania specjalnych przewodów, ściśle przeznaczonych do konkretnego protokołu transmisji danych. Dodatkowo, to okablowanie musi zostać dobrane do warunków panujących na obsługiwanej linii produkcyjnej. Kontakt z olejami, wysoką temperaturą czy konieczność ciągłego zginania przewodu w trakcie pracy oznacza konieczność skorzystania z produktów specjalnie do tego celu przystosowanych.

Jakie są standardy komunikacji Fieldbus?

Na rynku funkcjonuje kilkadziesiąt różnych protokołów transmisji typu FIELDBUS. Spośród nich warto wyróżnić trzy najczęściej spotykane rodzaje.

• PROFIBUS® DP – jeden z najpopularniejszych systemów, kojarzony z firmą SIEMENS, ale jest to standard otwarty. Wielu producentów oferuje kompatybilne urządzenia i osprzęt. Dobrze skalowalny, udostępnia szeroki zakres prędkości transmisji, a co za tym idzie, także długości pojedynczego przewodu (nawet do 1200m). Obecny w większości branż. Pod nazwą PROFIBUS® PA8 występuje także w specjalnej wersji dla automatyki procesowej (rafinerie, przemysł chemiczny).
• CANopen – standard pierwotnie opracowany dla pojazdów. Nadal powszechnie stosowany w motoryzacji. To właśnie za jego pomocą serwisy samochodowe przeprowadzają komputerową diagnostykę pojazdu – chociaż w branży automotive ma on znacznie szersze zastosowanie. Po rozszerzeniu o profil komunikacyjny trafił do automatyki przemysłowej, już jako CANopen. Stosowany jest głównie w Europie, a za oceanem, dzięki firmie Rockwell Automation, przybrał postać standardu DeviceNet.
• Standard CC-Link zanany jest przede wszystkim użytkownikom maszyn z Japonii i Azji. Ma prostą strukturę i zapewnia łatwą integrację komponentów od różnych producentów, dlatego cieszy się powodzeniem również pośród użytkowników z Europy.

Warto jeszcze odnotować kilka innych systemów spotykanych na liniach produkcyjnych: Actuator Sensor Interface, znany lepiej jako AS-I, INTERBUS, FOUNDATION Fieldbus, czy bardzo popularny Modbus.

Które technologie Ethernetu Przemysłowego są najlepsze?

W dobie tzw. Przemysłu 4.0 następuje lawinowy wzrost liczby urządzeń podłączanych do sieci przemysłowej. Przepustowość systemów FIELDBUS zaczyna być niewystarczająca. Dlatego konieczne okazało się wprowadzenie nowych rozwiązań. Tradycyjny Ethernet biurowy nie nadawał się do zastosowań przemysłowych, głównie z powodu opóźnień w transmisji sygnału. Mogę one osiągać nawet 500ms, podczas gdy linie produkcyjne, w których steruje się napędami, wymagają opóźnień rzędy kilku milisekund. Innymi słowy, pracy w czasie rzeczywistym. Na początku XXI w. stworzono mechanizmy pozwalające na krótkie czasy reakcji systemów opartych o infrastrukturę ethernetową. Zaczęto mówić o Industrial Ethernet.

Okablowanie sieci przemysłowych musi odznaczać się odpornością nie tylko względem trudnych warunków środowiskowych, ale również zabezpieczyć transmisję przed zakłóceniami elektromagnetycznymi. Dlatego w Ethernecie Przemysłowym, w odróżnieniu od biurowego, wykorzystuje się przede wszystkim przewody ekranowane lub światłowody.

Tutaj również znajdujemy kilka współistniejących standardów.

• PROFINET® jest wiodącym otwartym standardem Ethernetu przemysłowego w Europie. Umożliwia wymianę danych w czasie rzeczywistym pomiędzy urządzeniami kontrolującymi a urządzeniami pracującymi na obiekcie. PROFINET® jest następcą PROFIBUS®.
• Modbus TCP to ciekawy przykład adaptacji popularnego standardu FIELDBUS. Ramka danych Modbus została „upakowana” w ramce Ethernet, aby stworzyć otwarty system, który stał się obecnie jednym ze standardów w automatyce procesowej.
• EtherNET/IP to system magistrali przemysłowej wykorzystywany w systemach sterowania i automatyzacji głównie w Ameryce. Jedną z kluczowych zalet tego otwartego standardu jest łatwość integracji istniejących urządzeń obiektowych z szeregowym interfejsem RS.
• CC-Link IE to wiodący standard oparty na sieci Ethernet w Azji, następca systemu CC-Link Fieldbus. Służy do zarządzania znacznie większymi (względem poprzednika) ilościami danych.
• POWERLINK to otwarte, działające w czasie rzeczywistym rozszerzenie protokołu podstawowej technologii Ethernet. Jest to obecnie wiodący system Ethernet. Pracujący w czasie rzeczywistym, wykorzystywany w technologii automatyzacji.

Przewody marki LAPP do komunikacji Fieldbus oraz Industrial Ethernet

Dobór właściwego przewodu do naszej aplikacji może stanowić wyzwanie. Dlatego warto skorzystać z gotowego algorytmu i odpowiedzieć na kilka podstawowych pytań. Kluczowe będzie dotyczyło standardu komunikacji. Poniżej przestawiamy kolejne kroki, które pozwolą naszym Klientom wybrać odpowiedni produkt. Wystarczy kliknąć w odpowiedź, aby przejść do katalogu i zapoznać się z odnośną ofertą TME.

1.Jaki będzie charakter połączenia?

• Przewody ułożone nieruchomo w korytach kablowych:
  • UNITRONIC BUS PB
  • ETHERLINE PN Cat. 5
• Przewód czasem przemieszczany, np. podczas przestawiania pulpitu sterowniczego:UNITRONIC BUS CAN
• Połączenie ruchome, np. ciągłe zginanie w prowadnicy łańcuchowej:ETHERLINE FD

2.Czy przewód będzie pracował na zewnątrz, narażony na promieniowanie UV?

• Tak, ułożony na estakadzie:UNITRONIC BUS PA
• Tak, ale będzie ruchomy (także zimą):ETHERLINE TORSION

3.Jakie substancje chemiczne będą wchodziły w kontakt z przewodem?

• Przewód będzie narażony na kontakt z olejem:ETHERLINE P
• Przewód będzie regularnie myty i dezynfekowany, np. w zakładzie spożywczym:ETHERLINE ROBUST
• Przewód musi być uodporniony na kontakt w wrzącą wodą lub temperaturami sięgającymi 100°C:ETHERLINE 105 plus

źródło: tme.eu