Czech Republic
 
en
cs
 
0
0
0
Czech Republic
 
en
cs
 

Sběrnice Fieldbus

Síťování úrovně provozu s provozními sběrnicemi


Průmyslové sítě mohou být složité. Již v 80. letech bylo jasné, že digitální ovládání systému vyžaduje komunikaci mezi účastníky systému, která je co nejbezchybnější. Pro postupnou automatizaci systému by proto mělo být k ovládání systému připojeno co nejvíce zařízení. Avšak velké množství zařízení zpravidla vyžaduje velké množství kabeláže, zatímco kabeláž probíhala vždy paralelně a všichni účastníci byli individuálně připojeni k řídicímu systému.


Touha po sériové kabeláži dále rostla. Tehdy zavedená technologie provozní sběrnice tedy komunikovala pouze prostřednictvím jednoho kabelu a přenášela informace – ve formě bitů – jednu po druhé spíše než paralelně. 

„Provozní sběrnice (Fieldbus) je sběrnicový systém, který propojuje snímače a akční členy s řídicím počítačem (PLC) za účelem výměny informací. To znamená, že datové připojení z PLC k různým účastníkům zařízení je vytvořeno pomocí sběrnicových kabelů. 

Zjistěte více o snímačích, akčních členech a provozní úrovni

Většina provozních sběrnic je založena na procesu „master-slave“ (hlavní-podřízený). Hlavní master je zodpovědný za řízení procesu, zatímco podřízení slaves plní komunikační úkoly, které jim byly přiděleny.


V části 1 mezinárodní norma IEC 61158 (Průmyslové komunikační sítě - specifikace provozní sběrnice) definuje koncepci provozních sběrnic a v ostatních částech standardizuje různé systémy, které lze s provozními sběrnicemi nastavit.

Pohodlné řešení: výhody technologie provozní sběrnice


Provozní sběrnice komunikují pouze pomocí JEDINÉHO kabelu. To nabízí následující výhody:

VýhodaVysvětlení
JednoduchostKomunikace probíhá přes JEDINÝ kabel, díky čemuž je projekt plánování instalace provozního sběrnicového systému rychlý a snadný. Jediný kabel znamená méně montážních prací a zjednodušené rozvaděče.
SpolehlivostKrátké cesty signálu v rámci provozního sběrnicového systému zvyšují spolehlivost komunikace. Komunikační cesta ve směru master->slave téměř automaticky vytváří ochranu proti kolizi. 
 
Ochrana proti poruchám  Provozní sběrnicový systém nabízí zvýšenou ochranu proti rušení, především u analogových hodnot. Díky jednoduchosti systému lze navíc v případě poruch snadno provádět odstraňování problémů.
StandardizaceProtokoly pro provozní sběrnicové systémy jsou standardizované a dokážou pracovat s různými zařízeními od různých výrobců. Jako zákazník se nemusíte vázat k jedinému výrobci.
FlexibilitaSystém lze snadno rozšiřovat a snímače a akční členy lze flexibilně přidávat.
Dodatečná montážTechnologii provozních sběrnic lze často dobře integrovat do systémů ethernet, což umožňuje snadnou výměnu techniky. 

Výhody technologie provozních sběrnic však kontrastují s nevýhodami. Mezi ty patří delší doby odezvy a vyšší náklady, protože jednotlivé komponenty provozní sběrnice jsou podstatně dražší než alternativní komponenty komunikačních systémů.

Správná volba: vlastnosti provozních sběrnic


Provozní sběrnicový systém je zřídka kdy vybírán na základě technických kritérií, ale spíše na základě typu použitého programovatelného logického ovladače (PLC). Každý výrobce PLC proto pro své aplikace upřednostňuje a optimalizuje technologii provozních sběrnic, aby si snímače a akční členy mohly vyměňovat informace bez rušení a zpoždění. 

Všechny provozní sběrnice mají stejnou základní funkci cyklického přenosu vstupních a výstupních dat. Technické rozdíly mezi různými provozními sběrnicovými systémy jsou:

  • maximální dosažitelná délka kabelu
  • maximální počet datových bajtů na datový paket
  • rozsah funkcí
  • tvar topologie (např. hvězda, kruh, strom)
  • přenosové médium (měď, optická vlákna, bezdrátové)

Komunikace orientovaná na balíky pomocí protokolových standardů provozních sběrnic


Aby provozní zařízení byla schopna komunikovat se svými řídicími zařízeními a naopak, je zapotřebí společného jazyka. Rámcové podmínky pro bezchybnou komunikaci jsou definovány a standardizovány v takzvaných (síťových) protokolech.

Základní informace o protokolových standardech naleznete zde

Podle technických požadavků, které musí síť splňovat ve vašem prostředí použití, mohou být použity různé sběrnicové systémy.

Následující oddíly se zabývají jednoduchým zapojením S/A (které vzájemně propojuje snímače a akční členy) a také složitějšími provozními sběrnicemi (které mezi decentralizovanými periferními zařízeními a řídicími zařízeními vytvářejí síť).

Více informací o klíčových protokolových standardech pro technologii provozní sběrnice naleznete níže:

Jednoduché zapojení snímač / akční člen


Pokud potřebujete propojit běžné snímače a akční členy k nadřazeným úrovním sítě, obecně se používají měděné kabely S/A, stejně jako řada různých sběrnicových komponent. V případě jednoduchého zapojení snímač/akční člen se přenášejí pouze jednoduché úrovně napětí nebo proudy. Prostřednictvím protokolů neprobíhá žádná paketově orientovaná komunikace.

AS-i (rozhraní akční člen / snímač) je jediný na světě standardizovaný provozní sběrnicový systém pro nižší úroveň procesů. Jednoduchý spojovací systém propojuje až 31 senzorů a akčních členů nebo modulů AS-i s řídicí úrovní pouze pomocí jednoho portu a jedné dvouvodičové linky. V této souvislosti je kabel AS-i zodpovědný nejen za výměnu dat, ale také za napájení podřízených zařízení (slave). Při délce kabelu 100 m lze dosáhnout cyklické přenosové rychlosti ≤ 5 ms. Výsledkem je, že tento otevřený průmyslový standard (který není vázán na konkrétního výrobce) umožňuje rychlou a efektivní kabeláž v průmyslové automatizaci, což v konečném důsledku snižuje náklady.

Rozšíření a standardizaci protokolového standardu AS-i podporuje sdružení AS International Association e.V. Společnost LAPP je členem tohoto sdružení a aktivně se podílí na dalším vývoji tohoto standardu. 

Složitější síťové zapojení


PROFIBUS (Process Field Bus) je standard pro sběrnicovou komunikaci a jeden z lídrů světového trhu mezi sběrnicemi. Umožňuje cyklickou výměnu dat mezi zařízeními na nižší úrovni pole (decentralizovaná periferní zařízení, podřízená zařízení slave) a řídicími jednotkami na vyšší úrovni (centrální hlavní zařízení master). V současné době se stal klíčovým komunikačním protokolem používaným ve výrobní technologii, stejně jako v procesní technologii a inženýrství. Systém master-slave může používat jak kroucené párové kabely, tak optické kabely.
Jsou-li požadovány vyšší rychlosti, lze použít nástupce PROFINET s možností připojení k ethernetu. 
Společnost Lapp Kabel je členem sdružení uživatelů PROFIBUS Nutzerorganisation e.V. (PNO) a aktivně se podílí na dalším vývoji systému EtherNET/IP.
Používají se především tyto dvě varianty PROFIBUS. 

PROFIBUS DP
Sběrnicová komunikace ve výrobní technice může být realizována buď pomocí konfigurace s jedním masterem, nebo více mastery (kde je na sběrnici připojeno více masterů). Masteři v cyklických intervalech dotazují vstupní informace od podřízených slave a vrací výstupní informace. K dispozici jsou různé verze systému PROFIBUS DP:

  • DP-V0 pro cyklickou komunikaci,
  • DP-V1 navíc pro acyklickou komunikaci,
  • DP-V2 navíc pro izochronickou funkci v reálném čase, použití časových razítek a komunikaci slave-to-slave. 

PROFIBUS DP nabízí přenosovou rychlost 12 Mbit/s a dokáže v síti kombinovat až 126 zařízení (master a slave).

PROFIBUS PA
PROFIBUS PA se používá pro komunikaci v aplikacích automatizace procesů. Protože výkon je omezený, je PROFIBUS PA ideální pro použití v prostředí s nebezpečím výbuchu. Přenosová rychlost 31,25 kbit/s umožňuje dlouhé kabelové cesty a vysoký stupeň odolnosti vůči elektromagnetickému rušení.
Názvy výrobků kompatibilních s PROFIBUS z řady LAPP UNITRONIC® (pro kabely) a řady EPIC Data (pro konektory PLUG) obsahují označení „BUS DP“ pro PROFIBUS DP a „PA“ pro PROFIBUS PA.
 

Standard CANopen převzal provozní sběrnicový systém CAN (Controller Area Network), který byl původně vyvinut pro automobilový průmysl, a rozšířil jej o komunikační profil. To činí CANopen standardem otevřeného protokolu pro použití nejen v automatizační technice, ale také v mnoha jiných průmyslových odvětvích, jako je zdravotnictví, železnice atd., především v Evropě.

Výměna dat v sériovém systému CAN probíhá cyklicky a na základě událostí ve formě telegramů, které jsou řízeny prostřednictvím prvních dvou vrstev modelu OSI. Účastníci sítě se stejným statusem samostatně přenášejí své zprávy na sběrnici bezpečnou přenosovou rychlostí až 1 Mb/s, při délce kabelu 40 m. Při tom dochází k výměně dat v reálném čase.

V systému CANopen vyšší úrovně je integrovaná aplikační vrstva, která poskytuje komunikační profil. Pomocí standardizovaných rozhraní je tento profil schopen individuálně řešit přístrojové a aplikační profily tříd přístrojů používaných v síti. V důsledku toho komunikační profil řídí, které telegramy se používají k výměně kterých dat zařízení.

CANopen je spravován organizací CiA (CAN in Automation).

CC-Link je v Asii předním otevřeným průmyslovým standardem s pevně danými vlastnostmi, který se používá pro výměnu dat mezi řídicí a výrobní úrovní. Je k dispozici v různých variantách. Ve standardní variantě je CC-Link provozním sběrnicovým systémem, který umožňuje rychlost přenosu dat až 10 Mbit/s při celkové délce kabelu 100 m, stejně jako komunikaci v reálném čase až se 64 zařízeními v síti. Pokud je rychlost sítě nižší, může být přenosová vzdálenost prodloužena až na 1 200 m. To znamená, že CC-Link je vhodný i pro rozsáhlé aplikace. Jednoduchá struktura tohoto standardu postačuje pro širokou škálu úkolů v oblasti automatizačních technologií. Tato síťová technologie se stále více používá také v Evropě, protože produkty kompatibilní s CC-Link od různých výrobců lze velmi snadno integrovat.

Více informací o variantě CC-Link na bázi ethernetu najdete zde CC-Link IE.

CC-Link je standardizován uživatelskou organizací CLPA (CC-Link Partner Association).

Společnost LAPP je členem CLPA a aktivně se podílí na vývoji standardu CC-Link.

Inteligentní rozšíření: IO-Link


IO-Link je první globálně standardizovaná technologie IO a používá se pro komunikaci mezi snímači a akčními členy. Tato technologie je mezinárodně standardizována a definována v normě IEC 61131-9. 

Technologie je založena na komunikaci bod-bod (point-to-point) pomocí 3vodičového spojení senzor-aktor. IO-Link není provozní sběrnice, ale spíše technologie připojení. Je na provozní sběrnici nezávislý pole a lze jej integrovat do všech provozních sběrnic. Systém IO-Link se skládá z hlavního masteru a jednoho nebo více zařízení (snímače a akční členy). Master funguje jako rozhraní k centrálnímu PLC a ovládá připojená zařízení. Díky obousměrné komunikaci umožňuje IO-Link pokročilou diagnostiku snímačů a akčních členů. To umožňuje například vzdálenou údržbu zařízení.

IO-Link se vyznačuje vysokou přenosovou rychlostí 4,8 kBaud, 38.4 kBaud a 230,4 kBaud. Data jsou rychle odesílána jedno po druhém pomocí protokolu IO-Link. Tato technologie připojení vyžaduje minimální prostor a umožňuje tak miniaturizaci inteligentní komunikace mezi snímačem a akčním členem.