Industriële netwerken kunnen complex zijn. Al in de jaren 80 was het duidelijk dat voor de digitale besturing van een systeem een zo storingsvrij mogelijke communicatie tussen de deelnemers aan het systeem moet plaatsvinden. Voor de geleidelijke automatisering van een systeem moeten daarom zo veel mogelijk apparaten met de systeembesturing worden verbonden. Maar zo veel mogelijk apparaten betekenden meestal een zeer hoge bekabelingsinspanning omdat de bekabeling altijd parallel plaatsvond en alle deelnemers afzonderlijk met de besturing werden bekabeld.
De wens voor een seriële bekabeling kwam dichterbij. De toen in het leven geroepen veldbustechniek communiceert daarom via slechts één kabel en draagt informatie over – in de vorm van bits – achtereenvolgens, in plaats van parallel.
Een veldbus is een bussysteem, dat sensoren en actuatoren voor de informatie-uitwisseling met een besturingscomputer (SPS) verbindt. Hierbij wordt via buskabels dus een dataverbinding van een SPS naar verschillende deelnemers aan apparaten tot stand gebracht.
De meeste veldbussen zijn daarbij gebaseerd op de zogenaamde master-slaveprocedure. De master is verantwoordelijk voor de procesbesturing, de slaves voeren de hun toegewezen communicatietaken uit.
Deel 1 van de internationale norm IEC 61158 (Industriële communicatienetwerken - Veldbusspecificaties) definieert het concept achter veldbussen en standaardiseert in de andere delen de verschillende systemen die met veldbussen kunnen worden gebouwd.
Een handige oplossing: de voordelen van de veldbustechnologie
Veldbussen communiceren slechts via ÉÉN kabel. Dat biedt de volgende voordelen:
| Voordeel | Uitleg |
|---|---|
| Eenvoud | De communicatie vindt plaats via ÉÉN kabel, wat het planningsproject rondom de installatie van een veldbussysteem snel en eenvoudig maakt. Eén enkele kabel betekent geringe installatie-inspanning en vereenvoudigde schakelkasten. |
| Betrouwbaarheid | De korte signaalwegen binnen het veldbussysteem verhogen de betrouwbaarheid van de communicatie. Door het master-to-slavecommunicatietraject ontstaat bijna automatisch een botsingsveiligheid. |
| Storingsveiligheid | Vooral bij analoge waarden biedt een veldbussysteem een verhoogde bescherming tegen storingen. Bovendien is door de eenvoud van het systeem een probleemoplossing in het geval van storingen gemakkelijk te implementeren. |
| Standaardisering | De protocollen van de veldbussystemen zijn gestandaardiseerd en kunnen met verschillende apparaten van verschillende fabrikanten werken. Als klant bent u niet op één fabrikant aangewezen. |
| Flexibiliteit | Het systeem is eenvoudig uit te breiden, het invoeren van sensoren en actuatoren is flexibel mogelijk. |
| Conversie | De veldbustechniek is vaak goed in het integreren van ethernetsystemen en maakt zodoende een lichte technologische verandering mogelijk. |
Tegenover de voordelen staan echter nadelen die de veldbustechnologie met zich meebrengt. Daartoe behoren langere reactietijden en hogere kosten omdat de afzonderlijke veldbuscomponenten aanzienlijk duurder zijn dan alternatieve componenten voor communicatiesystemen.
De juiste keuze: eigenschappen van veldbussen
Een veldbussysteem wordt zelden geselecteerd volgens de technische criteria, maar veeleer volgens het type van de gebruikte programmeerbare besturing, kort SPS. Iedere SPS-fabrikant favoriseert en optimaliseert daarop een veldbustechnologie voor zijn toepassingen zodat sensoren en actuators storings- en vertragingsvrij informatie kunnen uitwisselen.
Alle veldbussen hebben dezelfde basisfunctie van de cyclische overdracht van in- en uitgangsgegevens. De technische verschillen tussen de verschillende veldbussystemen liggen in:
- maximale bereikbare kabellengte
- maximumaantal databytes per datapakket
- Omvang van de functies
- Topologievorm (bijv. ster, ring, boom)
- Overdrachtsmedium (koper, lichtgolven, draadloos)
Pakketgeoriënteerde communicatie via veldbusprotocolnormen
Om ervoor te zorgen dat veldapparaten met hun controller kunnen praten en vice versa, is een gemeenschappelijke taal nodig. De randvoorwaarden voor een onberispelijke communicatie worden in zogenaamde (netwerk)protocollen gedefinieerd en gestandaardiseerd.
Afhankelijk van de technische vereisten van een netwerk in uw applicatieomgeving kunnen verschillende bussystemen worden gebruikt.
In de volgende paragrafen wordt gekeken naar eenvoudige B/A-bekabeling die sensoren en actuators met elkaar verbindt, evenals complexere veldbussen die een vernetwerking tot stand brengen tussen de gedistribueerde I/O- en besturingsapparaten.
Lees hieronder meer over de essentiële protocolnormen voor de veldbustechnologie:
Enkelvoudige sensor-/actuatorbekabeling
Voor de aansluiting van conventionele sensoren en actuatoren op hogere netwerkniveaus zijn meestal S/A-kabels van koper en verschillende buscomponenten beschikbaar. Met eenvoudige sensor-actuator bekabeling worden alleen eenvoudige spanningsniveaus of stromen verzonden. Er vindt geen pakketgerichte communicatie via protocollen plaats.
Complexere netwerkbedrading
Als slimme uitbreiding: IO-link
IO-Link is de eerste, wereldwijd gestandaardiseerde IO-technologie en dient voor de communicatie tussen sensoren en actuators. Deze technologie wordt internationaal gestandaardiseerd en gedefinieerd in de norm IEC 61131-9.
De technologie is gebaseerd op punt-op-puntcommunicatie door middel van 3-geleider-sensor-actuator-aansluiting. Daarbij is de IO-Link geen veldbus, maar een aansluittechniek. Deze is veldbus-onafhankelijk en kan in alle veldbussen worden geïntegreerd. Een IO-Link-systeem bestaat uit een master en een of meer apparaten (sensoren en actuators). De master dient als interface naar de centrale SPS en bestuurt de aangesloten apparaten. Door de bidirectionele communicatie maakt IO-Link een uitgebreide diagnose van sensoren en actuators mogelijk. Zo is bijvoorbeeld een onderhoud op afstand van apparaten mogelijk.
IO-Link onderscheidt zich door de hoge gegevensoverdrachtssnelheid van 4,8 kBaud, 38,4 kBaud en 230,4 kBaud. De gegevens worden met behulp van het IO-Link-protocol snel na elkaar verzonden. De aansluittechniek vereist weinig ruimte en maakt zo de miniaturisering van slimme communicatie tussen sensor en actuator mogelijk.