Netherlands
 
en
nl
 
0
0
0
Netherlands
 
en
nl
 

Veldbussen

Het veldniveau verbinden met veldbussen


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.

Meer over sensoren, actuatoren en het veldniveau

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:

VoordeelUitleg
EenvoudDe 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.
BetrouwbaarheidDe korte signaalwegen binnen het veldbussysteem verhogen de betrouwbaarheid van de communicatie. Door het master-to-slavecommunicatietraject ontstaat bijna automatisch een botsingsveiligheid.
StoringsveiligheidVooral 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.
StandaardiseringDe protocollen van de veldbussystemen zijn gestandaardiseerd en kunnen met verschillende apparaten van verschillende fabrikanten werken. Als klant bent u niet op één fabrikant aangewezen.
FlexibiliteitHet systeem is eenvoudig uit te breiden, het invoeren van sensoren en actuatoren is flexibel mogelijk.
ConversieDe 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.

Basisinformatie over protocolstandaarden

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.

AS-i (Actuator-Sensor-Interface) is wereldwijd het enige veldbussysteem voor het onderste procesniveau dat gestandaardiseerd is. Het ekelvoudige aansluitsysteem verbindt tot 31 sensoren en actuatoren of AS-i-modules met het besturingsniveau met slechts één poort en via een enkele tweeaderige kabel. De AS-i-kabel wordt daarbij zowel gebruikt voor de gegevensuitwisseling als voor de voeding van de slaves. Bij een kabellengte van 100 m kan daarbij een cyclische overdrachtssnelheid van ≤ 5 ms worden bereikt. De open, fabrikant-onafhankelijke industrie maakt zo een snelle, efficiënte en kostenbesparende bekabeling in de industriële automatisering mogelijk.


De verspreiding en standaardisering van de protocolnorm AS-i wordt door de AS International Association e.V. bevorderd. LAPP is lid van de vereniging en neemt actief deel aan de verdere ontwikkeling.

Complexere netwerkbedrading


PROFIBUS (Process Field Bus) is een norm voor de veldbuscommunicatie en tegenwoordig een van de wereldmarktleiders onder veldbussen. Deze maakt cyclische gegevensuitwisseling mogelijk tussen apparaten op het lagere veldniveau (gedecentraliseerde randapparatuur, slaves) naar besturingseenheden op een hoger niveau (centrale master) en is een belangrijk communicatieprotocol geworden in productie- en procestechniek. In het master-slavesysteem kunnen zowel twisted-pairkabels als optische vezelkabels worden gebruikt.

Hogere snelheden worden bereikt door de opvolger PROFINET met zijn ethernetoplossing.

LAPP Kabel is lid van de PROFIBUS gebruikersorganisatie e.V. (PNO) en neemt actief deel aan de verdere ontwikkeling van PROFIBUS.

Van PROFIBUS worden in wezen de twee volgende varianten gebruikt.

PROFIBUS DP


Veldbuscommunicatie in de productietechnologie kan plaatsvinden via een monomaster-operatie of een multi-master-operatie waarbij meerdere masters op één bus zijn aangesloten. Met cyclische tussenpozen roepen de masters de ingangsinformatie bij de slaves op en sturen ze uitgangsinformatie terug. Het PROFIBUS-DP-systeem is beschikbaar in verschillende versies:

  • DP-V0 voor de cyclische communicatie,
  • DP-V1 extra voor de acyclische communicatie,
  • DP-V2 bovendien voor isochrone realtime functionaliteit, tijdstempel-toepassing, slave-to-slavecommunicatie.

PROFIBUS DP biedt een overdrachtssnelheid van 12 Mbit/s en combineert tot max. 126 apparaten (master en slaves) in een netwerk.

PROFIBUS PA


PROFIBUS PA wordt voor de communicatie in de procesautomatisering gebruikt. PROFIBUS PA is door de prestatiebeperking bijzonder geschikt voor de toepassing in explosiegevaarlijke omgevingen. De overdrachtssnelheid van 31,25 kbit/sec maakt lange kabelwegen en een hoge ongevoeligheid voor elektromagnetische storingen mogelijk.
De PROFIBUS-conforme producten van het LAPP-merk UNITRONIC® (kabels) en EPIC Data (connectoren) bevatten in de productnaam de aanduiding "BUS DP" voor PROFIBUS DP en "PA" voor PROFIBUS PA.

Met CANopen werd het aanvankelijk voor de automobielindustrie ontwikkelde veldbussysteem CAN (Controller Area Network) met een communicatieprofiel uitgebreid. CANopen wordt dus beschouwd als een open protocolstandaard voor automatiseringstechnologie en voor vele andere industrieën zoals geneeskunde, spoorwegen enz., voornamelijk in Europa.

De gegevensuitwisseling in het seriële CAN-systeem vindt plaats in de vorm van telegrammen, cyclisch en gebeurtenisgestuurd en wordt aangestuurd via de eerste twee lagen van het OSI-model. De gelijkwaardige deelnemers van het netwerk verzenden hun berichten onafhankelijk naar de bus met een veilige gegevensoverdrachtssnelheid van maximaal 1 Mbit/sec over een kabellengte van 40 m, een real-time gegevensuitwisseling vindt plaats.

In de hogere CANopen-laag wordt door de integratie van een toepassingslaag een communicatieprofiel beschikbaar gesteld dat de apparaat- en toepassingsprofielen van de in het netwerk gebruikte apparaatklassen via uniforme interfaces afzonderlijk kan aanspreken. Het communicatieprofiel regelt dus via welke telegrammen welke apparaatgegevens moeten worden uitgewisseld.

CANopen wordt door de CiA (CAN in Automation) onderhouden.

CC-Link is de in Azië leidende, open industriestandaard met sterk deterministisch gedrag voor de gegevensuitwisseling tussen besturings- en productieniveau en is in verschillende varianten beschikbaar. In de standaardvariant CC-Link als veldbussysteem dat een gegevensoverdrachtssnelheid van max. 10 Mbit/sec op 100 m totale kabellengte en de realtime-communicatie met max. 64 apparaten in het netwerk mogelijk maakt. Omdat de overdrachtsafstand bij lagere netwerksnelheid tot max. 1200 m kan worden verlengd, is CC-Link ook geschikt voor toepassingen met grote ruimte. De eenvoudige structuur van de norm is voldoende voor vele taken in de automatiseringstechniek. Ook in Europa vindt deze netwerktechnologie steeds meer verspreiding omdat CC-Link-compatibele producten van verschillende fabrikanten heel eenvoudig kunnen worden geïntegreerd.

Meer over de op Ethernet gebaseerde variant van CC-Link vindt u op CC-Link IE.

CC-Link wordt door de gebruikersorganisatie CLPA (CC-Link Partner Association) gestandaardiseerd.

LAPP is lid van de CLPA en werkt actief mee aan de verdere ontwikkeling van CC-Link.

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.