Poland
 
en
pl
 
0
0
0
Poland
 
en
pl
 

Fieldbus

Okablowanie zakładu magistralą polową


Sieci przemysłowe mogą być skomplikowane. Już w latach 80. stało się jasne, że sterowanie cyfrowe systemem wymaga jak najbardziej bezbłędnej komunikacji pomiędzy uczestnikami systemu. Aby stopniowo zautomatyzować system, jak najwięcej urządzeń powinno być podłączonych do sterownika systemu. Jednak "jak najwięcej urządzeń" oznaczało zwykle bardzo duże nakłady na okablowanie, ponieważ okablowanie było zawsze prowadzone równolegle, a wszyscy uczestnicy byli indywidualnie podłączani do sterownika.


Wciąż rośnie zapotrzebowanie na okablowanie szeregowe. Wprowadzona swego czasu technologia Fieldbus komunikowała się więc tylko jednym kablem, a przekazywała informacje - w postaci bitów - jeden po drugim, a nie równolegle.

Fieldbus to system magistrali polowej, który łączy czujniki i elementy wykonawcze w celu wymiany informacji z komputerem sterującym. Oznacza to, że połączenie danych z PLC do różnych odbiorników urządzenia stworzono z wykorzystaniem kabli magistrali.

Dowiedz się więcej na temat czujników, elementów wykonawczych i poziomu pola

Większość magistrali Fieldbus opiera się na procesie master-slave. Za kontrolę procesu odpowiada master, natomiast slaves wykonują przydzielone im zadania komunikacyjne.


W części 1 międzynarodowy standard IEC 61158 (Przemysłowe sieci komunikacyjne - specyfikacje magistrali Fieldbus) definiuje pojęcie stojące za magistralami Fieldbus, a w innych jego częściach standaryzuje różne systemy, które można skonfigurować przy użyciu magistrali Fieldbus.

Wygodne rozwiązanie: korzyści płynące z zastosowania technologii Fieldbus


Magistrale Fieldbus komunikują się zawsze za pośrednictwem JEDNEGO kabla. Zapewnia to następujące korzyści:

KorzyśćWyjaśnienie
ProstotaKomunikacja odbywa się za pośrednictwem jednego kabla, co sprawia, że projekt planowania instalacji systemu Fieldbus jest szybki i łatwy. Pojedynczy kabel to mniej prac instalacyjnych i uproszczone szafy sterownicze.
NiezawodnośćKrótkie ścieżki sygnału w systemie Fieldbus zwiększają niezawodność komunikacji. Ścieżka komunikacji master-slave prawie automatycznie tworzy ochronę przed kolizjami.
Ochrona przed błędamiSystem Fieldbus zapewnia podwyższoną ochronę przed zakłóceniami, zwłaszcza przy wartościach analogowych.
Ponadto, ze względu na prostotę systemu, w przypadku wystąpienia usterek można łatwo wdrożyć rozwiązywanie problemów.
StandaryzacjaProtokoły dla systemów Fieldbus są standaryzowane i mogą współpracować z różnymi urządzeniami różnych producentów. Jako klient nie musisz zobowiązywać się do jednego producenta.
ElastycznośćSystem można łatwo rozbudowywać, a czujniki i elementy wykonawcze można dodawać elastycznie.
Dodatkowe wyposażenieTechnologia Fieldbus jest często dobrze zintegrowana z systemami Ethernet, co umożliwia łatwą zmianę technologii.

Jednak zalety technologii Fieldbus kontrastują z wadami. Są to dłuższe czasy reakcji i wyższe koszty, ponieważ poszczególne komponenty Fieldbus są znacznie droższe niż alternatywne komponenty w systemach komunikacyjnych.

Właściwy wybór: właściwości magistrali polowych


System Fieldbus jest rzadko wybierany na podstawie kryteriów technicznych, lecz raczej na podstawie zastosowanego typu sterownika programowalnego (PLC). Dlatego każdy producent PLC preferuje i optymalizuje technologię Fieldbus dla swoich aplikacji, aby czujniki i elementy wykonawcze mogły wymieniać się informacjami bez zakłóceń i opóźnień.
Wszystkie magistrale polowe mają tę samą podstawową funkcję cyklicznej transmisji danych wejściowych i wyjściowych. Różnice techniczne pomiędzy różnymi systemami Fieldbus to:

  • Maksymalna osiągalna długość kabla
  • Maksymalna liczba bajtów danych na pakiet danych
  • Zakres funkcji
  • Kształt topologii (np. gwiazda, pierścień, drzewo)
  • Nośnik transmisji (miedź, światłowód, bezprzewodowy)

Komunikacja zorientowana na pakiety za pośrednictwem standardów protokołu Fieldbus


Aby urządzenia polowe mogły rozmawiać ze swoimi sterownikami i odwrotnie, potrzebny jest wspólny język. Ramowe warunki bezbłędnej komunikacji są zdefiniowane i standaryzowane w tak zwanych protokołach (sieciowych).

Podstawowe informacje na temat standardów protokołów można znaleźć tutaj

W zależności od wymagań technicznych, jakie musi spełniać sieć w danym środowisku aplikacyjnym, można stosować różne systemy magistrali.

Poniższe sekcje zawierają proste okablowanie S/A (które łączy ze sobą czujniki i elementy wykonawcze), a także bardziej złożone magistrale polowe (które tworzą sieć między zdecentralizowanymi urządzeniami peryferyjnymi a urządzeniami sterowniczymi).

Dowiedz się więcej o kluczowych standardach protokołu  dla technologii Fieldbus  poniżej:

Proste okablowanie czujnik/element wykonawczy


Jeśli potrzebujesz podłączyć konwencjonalne czujniki i elementy wykonawcze do nadrzędnych poziomów sieci, dostępne są powszechne miedziane kable S/A, a także szereg różnych komponentów magistrali. W przypadku prostych okablowań czujników/elementów wykonawczych przesyłane są tylko proste poziomy napięcia lub prądy. Nie ma komunikacji zorientowanej na pakiety za pośrednictwem protokołów.

AS-i (Actuator Sensor Interface) jest jedynym na świecie znormalizowanym systemem Fieldbus dla niższego poziomu procesu. Dzięki zastosowaniu tylko jednego portu i tylko jednego przewodu z dwoma buforowanymi włóknami, ten prosty system połączeń może połączyć do 31 czujników i elementów wykonawczych/modułów AS-i z poziomem sterowania. W tym kontekście kabel AS-i jest odpowiedzialny nie tylko za wymianę danych, ale także za zasilanie urządzeń slave. Cykliczną szybkość transmisji ≤ 5 ms można osiągnąć przy długości przewodu 100 m. W rezultacie ten otwarty standard przemysłowy (który nie jest powiązany z konkretnym producentem) umożliwia szybkie i wydajne okablowanie w automatyce przemysłowej, co ostatecznie obniża koszty.

AS International Association e.V. promuje rozszerzenie i standaryzację standardu protokołu AS-i. LAPP jest członkiem tego stowarzyszenia i odgrywa aktywną rolę w dalszym rozwijaniu tego standardu.

Bardziej złożone okablowanie sieciowe


PROFIBUS (Process Field Bus) jest standardem i zarazem jednym z najczęściej wybieranych rodzajów komunikacji Fieldbus. Umożliwia cykliczną wymianę danych pomiędzy urządzeniami na niższym poziomie pola (zdecentralizowane urządzenia peryferyjne, slaves) a jednostkami sterowniczymi na wyższym poziomie (centralne mastery). Obecnie stał się kluczowym protokołem komunikacyjnym stosowanym w technologii produkcyjnej, a także w technologii procesowej i inżynierii. Układ master-slave może korzystać zarówno z przewodów skręconych parami, jak i światłowodów.

Jeżeli wymagane są wyższe prędkości, można wybrać następcę PROFINET z jego możliwościami komunikacji Ethernet.

Firma LAPP jest członkiem organizacji użytkowników PROFIBUS (PNO) i odgrywa aktywną rolę w dalszym rozwoju PROFIBUS.

Stosowane są przede wszystkim dwa warianty PROFIBUS.


PROFIBUS DP
Komunikacja Fieldbus w technologii produkcyjnej może być realizowana za pośrednictwem konfiguracji mono-master lub systemu multi-master (gdzie kilka urządzeń master jest podłączonych do magistrali). Urządzenia master przeszukują informacje wejściowe od urządzeń slave w cyklicznych odstępach czasu i zwracają informacje wyjściowe. Dostępne są różne wersje systemu PROFIBUS DP:

    DP-V0 do komunikacji cyklicznej,
    DP-V1 dodatkowo do komunikacji acyklicznej,
    DP-V2 dodatkowo do izochronicznej funkcjonalności w czasie rzeczywistym, stosowania oznaczników czasowych i komunikacji slave-to-slave.


PROFIBUS DP oferuje szybkość transmisji 12 Mbit/s i może łączyć do 126 urządzeń (master i slave) w sieci.


PROFIBUS PA
PROFIBUS PA służy do komunikacji w automatyzacji procesów. Ponieważ zasilanie jest ograniczone, PROFIBUS PA jest idealny do zastosowania w atmosferze zagrożonej wybuchem. Szybkość transmisji 31,25 kbit/s pozwala na długie ścieżki kablowe i wysoki stopień odporności na zakłócenia elektromagnetyczne.

Nazwy produktów zgodnych z PROFIBUS z serii LAPP UNITRONIC® (dla przewodów) i EPIC Data (dla złączy PLUG) zawierają oznaczenie „BUS DP” dla PROFIBUS DP i „PA” dla PROFIBUS PA.
Anchor

Standard CANopen oparty jest na systemie Fieldbus CAN (Controller Area Network), który został pierwotnie opracowany dla przemysłu motoryzacyjnego i rozszerzony o profil komunikacyjny. Dzięki temu CANopen jest otwartym standardem protokołu do zastosowania nie tylko w technologii automatyzacji, ale także w wielu innych branżach, takich jak medycyna, kolejnictwo itp., głównie w Europie.

W szeregowym systemie CAN dane są wymieniane w formie telegramów, zarówno cyklicznie, jak i na podstawie zdarzeń, a wymiana jest zarządzana przez dwie pierwsze warstwy modelu OSI. Uczestnicy sieci o równym statusie niezależnie przesyłają swoje wiadomości do magistrali z bezpieczną szybkością transmisji danych do 1 Mbit/s, na długości przewodu 40 m. W tym procesie wymiana danych odbywa się w czasie rzeczywistym.

W systemie CANopen wyższego poziomu zintegrowana jest warstwa aplikacyjna zapewniająca profil komunikacyjny. Dzięki znormalizowanym interfejsom profil ten jest w stanie indywidualnie zarządzać profilami urządzeń i aplikacji dla klas urządzeń stosowanych w sieci. W rezultacie profil komunikacyjny kontroluje, które telegramy są używane do wymiany danych z jakimi urządzeniami.

CANopen jest obsługiwany przez CiA (CAN in Automation).

W Azji CC-Link jest wiodącym otwartym standardem branżowym o wyraźnie deterministycznych cechach, wykorzystywanym do wymiany danych między poziomem sterowania a produkcją. Jest dostępny w różnych wersjach. W standardowej wersji CC-Link jest systemem Fieldbus umożliwiającym prędkość transmisji danych do 10 Mbit/s na całkowitej długości przewodu 100 m, a także komunikację w czasie rzeczywistym z maks. 64 urządzeniami w sieci. Jeśli prędkość sieci jest niższa, odległość transmisji można wydłużyć do 1200 m. Oznacza to, że CC-Link nadaje się również do zastosowań na dużą skalę. Prosta struktura tego standardu wystarcza do realizacji szerokiej gamy zadań związanych z technologią automatyzacji. Ta technologia sieciowa jest coraz częściej stosowana również w Europie, ponieważ produkty zgodne z CC-Link różnych producentów mogą być łatwo zintegrowane.

Więcej informacji na temat wariantu CC-Link opartego na sieci Ethernet można znaleźć pod CC-Link IE.

CC-Link jest standaryzowany przez organizację użytkowników CLPA (CC-Link Partner Association).

LAPP jest członkiem CLPA i odgrywa aktywną rolę w dalszym rozwoju CC-Link.

Jako inteligentne rozszerzenie: IO-Link


IO-Link jest pierwszą globalnie znormalizowaną technologią IO i służy do komunikacji między czujnikami i elementami wykonawczymi. Technologia ta jest znormalizowana na arenie międzynarodowej i zdefiniowana w standardzie IEC 61131-9.

Technologia oparta jest na komunikacji punkt-punkt za pomocą 3-żyłowego połączenia czujnik-element wykonawczy. IO-Link nie jest magistralą Fieldbus, ale raczej technologią połączenia . Jest niezależny od Fieldbus i można go zintegrować ze wszystkimi magistralami Fieldbus. System IO-Link składa się z mastera i jednego lub więcej urządzeń (czujników i elementów wykonawczych). Master działa jako interfejs do centralnego PLC i kontroluje podłączone urządzenia. Dzięki dwukierunkowej komunikacji IO-Link umożliwia zaawansowaną diagnostykę czujników i elementów wykonawczych. Umożliwia to na przykład zdalne serwisowanie urządzeń.

IO-Link charakteryzuje się wysoką prędkością transmisji wynoszącą 4,8 kBaud, 38,4 kBaud i 230,4 kBaud. Dane są szybko wysyłane jedno po drugim przy użyciu protokołu IO-Link. Technologia połączeń wymaga niewielkiej ilości miejsca, a tym samym umożliwia miniaturyzację inteligentnej komunikacji między czujnikiem a elementem wykonawczym.