Denmark
 
en
da
 
DKK
Denmark
 
en
da
 
DKK

Fieldbus

Netværksoprettelse på feltniveau med Fieldbusser


Industrielle netværk kan være komplekse. Allerede i 1980'erne stod det klart, at digital kontrol af et system krævede kommunikation, der var så fejlfri som muligt mellem systemdeltagerne. For gradvist at automatisere et system, skal så mange enheder som muligt derfor tilsluttes systemstyringen. Men så mange enheder som muligt betød normalt en meget stor mængde kabelføringsarbejde, da ledningsføringen altid blev udført parallelt, og alle deltagere blev individuelt ledningsført til styreenheden.


Seriel kabelføring blev støt mere eftertragtet. Fieldbus-teknologien, der blev indført på daværende tidspunkt, kommunikerede derfor via kun et kabel og overførte information – i form af bits – sekventielt, i stedet for parallelt.  
En Fieldbus er et bus-system, der forbinder sensorer og aktuatorer for at udveksle oplysninger med en styrecomputer (PLC). Det betyder, at oprettes en dataforbindelse fra en PLC til forskellige enhedsdeltagere ved hjælp af buskabler.

Få mere at vide om sensorer, aktuatorer og feltniveauet

De fleste Fieldbusser er baseret på master-slave-processen. Masteren er ansvarlig for at styre processen, mens slaverne udfører de kommunikationsopgaver, der er tildelt dem.


I del 1 definerer den internationale standard IEC 61158 (Industrial communication networks – Fieldbus-specifikationer) konceptet bag Fieldbusser og standardiserer i andre dele de forskellige systemer, der kan oprettes med Fieldbusser. 

En praktisk løsning: fordelene ved Fieldbus-teknologi


Fieldbusser kommunikerer kun via ET kabel. Dette giver følgende fordele:

FordelForklaring
SimplicitetKommunikationen foregår via ET kabel, hvilket gør planlægningsprojektet til installation af et Fieldbus-system hurtigt og nemt. Et enkelt kabel betyder mindre installationsarbejde og forenklede styreskabe.
PålidelighedDe korte signalveje i Fieldbus-systemet øger kommunikationens pålidelighed. Kommunikationsvejen fra master til slave skaber næsten automatisk kollisionsbeskyttelse.
Fejlbeskyttelse

Et Fieldbus-system tilbyder øget beskyttelse mod interferens, især med analoge værdier.
På grund af systemets enkelhed kan der desuden nemt gennemføres fejlfinding i tilfælde af fejl.

StandardiseringProtokollerne til Fieldbus-systemerne er standardiserede og kan fungere med forskellige enheder fra forskellige producenter. Som kunde behøver du ikke at forpligte dig til en enkelt producent.
FleksibilitetSystemet kan nemt udvides, og sensorer og aktuatorer kan tilføjes fleksibelt.
EfterkonfektioneringFieldbus-teknologi kan ofte integreres i Ethernet-systemer, hvilket gør det muligt nemt at skifte teknologi.

Udover fordelene ved Fieldbus-teknologien er der imidlertid også nogle ulemper.
Disse omfatter længere responstider og højere omkostninger, da de enkelte Fieldbus-komponenter er betydeligt dyrere end alternative komponenter til kommunikationssystemer.

Det rigtige valg: Fieldbussers egenskaber


Et Fieldbus-system vælges sjældent baseret på tekniske kriterier, men snarere på den type programmerbare logiske controller (PLC), der anvendes. Alle PLC-producenter foretrækker og optimerer derfor Fieldbus-teknologien til deres anvendelser, så sensorer og aktuatorer kan udveksle information uden forstyrrelser eller forsinkelser.

Alle Fieldbusser har den samme grundlæggende funktion af cyklisk transmission af indgangs- og udgangsdata. De tekniske forskelle mellem de forskellige Fieldbus-systemer er:

  • Maksimal opnåelig kabellængde
  • Maksimalt antal databytes pr. datapakke
  • Funktionsomfang
  • Topologiform (f.eks. stjerne, ring, træ)
  • Transmissionsmedium (kobber, optiske fibre, trådløst)

Pakkeorienteret kommunikation via Fieldbus-protokolstandarder


For at feltudstyr kan tale med deres controller og omvendt, er der brug for et fælles sprog. Rammebetingelserne for en fejlfri kommunikation er defineret og standardiseret i såkaldte (netværks-) protokoller.

Grundlæggende oplysninger om protokolstandarder

Afhængigt af de tekniske krav, som et netværk skal opfylde i dit anvendelsesmiljø, kan der anvendes forskellige bussystemer.

Følgende afsnit overvejer enkel S/A-ledningsføring (som forbinder sensorer og aktuatorer med hinanden) samt mere komplekse Fieldbusser (som etablerer et netværk mellem decentraliserede periferi- og styreenheder).

Få mere at vide om de vigtigste protokolstandarder for Fieldbus-teknologi nedenfor:

Enkel sensor/aktuator-ledningsføring


Hvis du har brug for at forbinde konventionelle sensorer og aktuatorer til overordnede netværksniveauer, er kobber S/A-kabler samt en række forskellige buskomponenter generelt tilgængelige. I tilfælde af en enkel sensor/aktuator-ledningsføring overføres kun simple spændingsniveauer eller strømme. Der er ingen pakkeorienteret kommunikation via protokoller.

AS-i (Actuator Sensor Interface) er verdens eneste standardiserede Fieldbus-system til det lavere procesniveau. Ved hjælp af kun en port og kun et kabel med to bufferede fibre kan dette enkle tilslutningssystem skabe et netværk til op til 31 sensorer og aktuatorer/AS-i-moduler med kontrolniveauet.
I denne sammenhæng er AS-i-kablet ikke kun ansvarligt for at udveksle data, men også for at levere strøm til slaverne. En cyklisk transmissionshastighed på ≤ 5 ms kan her opnås med en kabellængde på 100 m. Som følge heraf muliggør denne åbne industristandard (som ikke er bundet til en bestemt producent) en hurtig og effektiv kabelføring i industriel automatisering, hvilket i sidste ende reducerer omkostningerne.

AS International Association e.V. fremmer udvidelsen og standardiseringen af AS-i-protokolstandarden. LAPP er medlem af foreningen og spiller en aktiv rolle i dens videre udvikling.

En mere kompleks netværksledningsføring


PROFIBUS (Process Field Bus) er en standard for Fieldbus-kommunikation og en af verdens nuværende førende Fieldbusser. Det gør det muligt at udveksle data cyklisk mellem enheder på det lavere feltniveau (decentraliserede periferi-enheder, slaver) og kontrolenheder på højere niveau (centrale mastere). Det er nu blevet en vigtig kommunikationsprotokol, der anvendes i fremstillingsteknologier samt procesteknologier og teknik. Master-slave-systemet kan bruge både snoede parkabler og fiberoptiske kabler.
Højere hastigheder opnås af efterfølgeren PROFINET med sin Ethernet-løsning.
LAPP Kabel er medlem af brugerorganisationen PROFIBUS Nutzerorganisation e.V. (PNO) og spiller en aktiv rolle i videreudviklingen af PROFIBUS.
Følgende to varianter af PROFIBUS anvendes primært.

PROFIBUS DP
Fieldbus-kommunikation i fremstillingsteknologier kan håndteres enten ved hjælp af en mono-master-opsætning eller et multi-master-system (hvor flere mastere er forbundet til en bus). Masterne spørger indgangsoplysninger fra slaverne med cykliske intervaller og returnerer udgangsoplysninger. PROFIBUS

DP-systemet fås i forskellige versioner:

  • DP-V0 til cyklisk kommunikation
  • DP-V1 desuden til acyklisk kommunikation,
  • DP-V2 desuden til isokron realtidsfunktionalitet, brug af tidsstempler og slave-til-slave-kommunikation.

PROFIBUS DP tilbyder en transmissionshastighed på 12 Mbit/s og kan kombinere op til 126 enheder (mastere og slaver) i et netværk.

PROFIBUS PA
PROFIBUS PA bruges til kommunikation i procesautomatisering. Da strømmen er begrænset, er PROFIBUS PA ideel til brug i eksplosionsfarlige omgivelser. Transmissionshastigheden på 31,25 kbit/s giver mulighed for lange kabelveje og en høj grad af modstandsdygtighed over for elektromagnetisk interferens.

Navnene på de PROFIBUS-kompatible produkter fra LAPP UNITRONIC®-serie (til kabler) og EPIC Data-serie (til PLUG-stik) omfatter betegnelsen "BUS DP" for PROFIBUS DP og "PA" for PROFIBUS PA.

CANopen-standarden har taget CAN-Fieldbus-systemet (Controller Area Network), som oprindeligt blev udviklet til bilindustrien, og har udvidet det til at omfatte en kommunikationsprofil. Dette gør CANopen til en åben protokolstandard til brug ikke kun i automatiseringsteknologi, men også i mange andre industrier, såsom medicin, jernbaner osv., hovedsageligt i Europa.

I det seriemæssige CAN-system udveksles dataene i form af telegrammer på en cyklisk og begivenhedsbaseret måde, og udvekslingen styres via de to første lag i OSI-modellen. De netværksdeltagere med lige status overfører uafhængigt deres meddelelser til bussen med en sikker datatransmissionshastighed på op til 1 Mbit/s over en kabellængde på 40 m. I processen udveksles data i realtid.

I CANopen-systemet på højere niveau er et anvendelseslag integreret for at tilvejebringe en kommunikationsprofil. Ved hjælp af standardiserede grænseflader er denne profil i stand til individuelt at adressere enheds- og anvendelsesprofilerne for de enhedsklasser, der anvendes i netværket. Som følge heraf kontrollerer kommunikationsprofilen, hvilke telegrammer der bruges til at udveksle hvilke enhedsdata.

CANopen vedligeholdes af CiA (CAN in Automation).

I Asien er CC-Link den førende åbne industristandard med udtalte deterministiske egenskaber, der bruges til at udveksle data mellem controlleren og produktionsniveauet. Den fås i forskellige varianter. I standardvarianten er CC-Link et fieldbus-system, der muliggør en datatransmissionshastighed på op til 10 Mbit/s over en samlet kabellængde på 100 m samt realtidskommunikation med op til 64 enheder i netværket. Da transmissionsafstanden kan udvides til op til 1.200 m med lavere netværkshastighed, er CC-Link også velegnet til anvendelser i stor skala. Den enkle struktur i denne standard er tilstrækkelig til en lang række automatiseringsteknologiske opgaver. Denne netværksteknologi anvendes også i stigende grad i Europa, da CC-Link-kompatible produkter fra forskellige producenter kan integreres meget nemt.

Du kan finde mere information om den Ethernet-baserede variant af CC-Link under CC-Link IE.

CC-Link er standardiseret af brugerorganisationen CLPA (CC-Link Partner Association).

LAPP er medlem af CLPA og er aktivt involveret i at videreudvikle CC-Link.

Som en intelligent udvidelse: IO-Link


IO-Link er den første globalt standardiserede IO-teknologi og bruges til kommunikation mellem sensorer og aktuatorer. Denne teknologi er internationalt standardiseret og defineret i IEC 61131-9-standarden.

Teknologien er baseret på punkt-til-punkt-kommunikation ved hjælp af en 3-leder sensor-aktuator-forbindelse. IO-Link er ikke en Fieldbus, men snarere en forbindelsesteknologi. Dette er uafhængigt af Fieldbusser og kan integreres i alle Fieldbusser. Et IO-Link-system består af en master og en eller flere enheder (sensorer og aktuatorer). Master fungerer som en grænseflade til den centrale PLC og styrer de tilsluttede enheder. På grund af bidirektionel kommunikation muliggør IO-Link avanceret diagnostik af sensorer og aktuatorer. Dette gør det f.eks. muligt at vedligeholde enheder på afstand.

IO-Link er kendetegnet ved sin høje transmissionshastighed på 4,8 kBaud, 38,4 kBaud og 230,4 kBaud. Dataene sendes hurtigt efter hinanden ved hjælp af IO-Link-protokollen. Tilslutningsteknologien kræver lidt plads og muliggør dermed miniaturisering af intelligent kommunikation mellem sensor og aktuator.