Sweden
 
sv
en
 
SEK
Sweden
 
sv
en
 
SEK

Fältbuss

Nätverk på fältnivå med fältbussar


Industriella nätverk kan vara komplexa. Redan på 1980-talet stod det klart att digital styrning av ett system krävde kommunikation som var så felfri som möjligt mellan systemdeltagarna. För att gradvis automatisera ett system bör därför så många enheter som möjligt anslutas till systemstyrningen. Dock innebar så många enheter som möjligt vanligtvis en mycket stor mängd ledningsarbete, eftersom ledningsdragningen alltid utfördes parallellt och alla deltagare var individuellt anslutna till styrningen.


Önskan om seriell kabelinstallation fortsatte att växa. Den fältbussteknik som infördes vid den tiden kommunicerade därför via endast en kabel och överförde information – i form av bitar – den ena efter den andra, snarare än parallellt.  
En fältbuss är ett bussystem som kopplar ihop givare och aktorer för att utbyta information med en styrdator (PLC). Detta innebär att en dataanslutning skapas från en PLC till olika enhetsdeltagare med hjälp av busskablar.

Läs mer om givare, ställdon och fältnivån

De flesta fältbussar baseras på master-slav-processen. Mastern ansvarar för processkontrollen, medan slavarna utför de kommunikationsuppgifter som tilldelats dem.


I del 1 definierar den internationella standarden IEC 61158 (Industriella kommunikationsnätverk – Fältbussspecifikationer) konceptet bakom fältbussar och standardiserar i andra delar de olika system som kan upprättas med fältbussar. 

En bekväm lösning: fördelarna med fältbussteknik


Fältbussar kommunicerar endast via EN kabel. Detta ger följande fördelar:

FördelFörklaring
EnkelhetKommunikation sker via EN kabel, vilket gör planeringsprojektet för installation av ett fältbussystem snabbt och enkelt. En enda kabel innebär mindre installationsarbete och förenklade apparatskåp.
TillförlitlighetDe korta signalvägarna inom fältbussystemet ökar kommunikationens tillförlitlighet. Kommunikationsvägen från master till slav skapar nästan automatiskt kollisionsskydd.
Felskydd

Ett fältbussystem ger ökat skydd mot interferens, särskilt med analoga värden.
Tack vare systemets enkelhet kan dessutom felsökning enkelt genomföras i händelse av fel.

Standardisering Protokollen för fältbussystemen är standardiserade och kan fungera med olika enheter från olika tillverkare. Som kund behöver du inte binda dig till en enda tillverkare.
FlexibilitetSystemet kan enkelt utökas och givare och aktorer kan läggas till flexibelt.
Eftermontering Fältbussteknik kan ofta integreras väl i Ethernet-system, vilket gör det möjligt att enkelt byta teknik.

Fördelarna med fältbusstekniken står dock i kontrast till nackdelarna.
Dessa inkluderar längre svarstider och högre kostnader, eftersom de enskilda fältbusskomponenterna är betydligt dyrare än alternativa komponenter för kommunikationssystem.

Rätt val: egenskaper hos fältbussar


Ett fältbussystem väljs sällan utifrån tekniska kriterier, utan snarare utifrån vilken typ av programmerbar logisk styrenhet (PLC) som används. Varje PLC-tillverkare gynnar och optimerar därför fältbusstekniken för sina applikationer så att givare och aktorer kan utbyta information utan störningar eller fördröjningar.

Alla fältbussar har samma grundläggande funktion av cyklisk överföring av inmatnings- och utmatningsdata. De tekniska skillnaderna mellan de olika fältbussystemen är:

  • Maximal uppnåbar kabellängd
  • Maximalt antal databyte per datapaket
  • Funktionsomfattning
  • Topologisk form (t.ex. stjärna, ring, träd)
  • Överföringsmedium (koppar, optiska fibrer, trådlöst)

Paketorienterad kommunikation via fältbuss-protokollstandarder


För att fältenheter ska kunna prata med sina styrenheter och vice versa krävs ett gemensamt språk. Ramvillkoren för felfri kommunikation definieras och standardiseras i så kallade (nätverks-)protokoll.

Grundläggande information om protokollstandarder

Beroende på de tekniska krav som ett nätverk måste uppfylla i din applikationsmiljö kan olika bussystem användas.

Följande avsnitt behandlar enkla givar-/aktorkablar (som ansluter givare och aktorer till varandra) samt mer komplexa fältbussar (som upprättar ett nätverk mellan decentraliserade kringutrustning och styrenheter).

Läs mer om de viktigaste protokollstandarderna för fältbusstekniken nedan:

Enkel ledningsdragning givare/aktor


Om du behöver ansluta konventionella givare och aktorer till överordnade nätverksnivåer finns givar-/aktorkablar i koppar, samt en rad olika busskomponenter allmänt tillgängliga. I fallet med enkel givare/aktor ledningsdragning överförs endast enkla spänningsnivåer eller strömmar. Det finns ingen paketorienterad kommunikation via protokoll.

AS-i (Actuator Sensor Interface) är världens enda standardiserade fältbussystem för den lägre processnivån. Med endast en port och endast en kabel med två buffrade fibrer kan detta enkla anslutningssystem nätverka upp till 31 givare och aktorer/AS-i-moduler med styrnivå.
I detta sammanhang ansvarar AS-i-kabeln inte bara för att utbyta data, utan även för att leverera ström till slavarna. En cyklisk överföringshastighet på ≤ 5 ms kan uppnås här med en kabellängd på 100 m. Som ett resultat möjliggör denna öppna industristandard (som inte är bunden till en specifik tillverkare) snabb och effektiv kabelinstallation i industriell automation, vilket i slutändan minskar kostnaderna.

AS International Association e.V. främjar utvidgningen och standardiseringen av AS-i-protokollstandarden. LAPP är medlem i föreningen och spelar en aktiv roll i dess fortsatta utveckling.

Mer komplex nätverks-ledningsdragning


PROFIBUS (Process Field Bus) är en standard för fältbusskommunikation och en av världens ledande fältbussar idag. Den gör det möjligt att cykliskt utbyta data mellan enheter på den lägre fältnivån (decentraliserade kringutrustning, slavar) och styrenheter på högre nivå (centrala master). Det har nu blivit ett viktigt kommunikationsprotokoll som används inom tillverkningsteknik, liksom processteknik och teknik. Master-slav-systemet kan använda både tvinnade parkablar och fiberoptiska kablar.
Högre hastigheter uppnås av efterföljaren PROFINET med dess Ethernet-lösning.
LAPP Kabel är medlem i den tyska användarorganisationen PROFIBUS Nutzerorganisation e.V. (PNO) och spelar en aktiv roll i vidareutvecklingen av PROFIBUS.
Följande två varianter av PROFIBUS används främst.

PROFIBUS DP
Fältbusskommunikation i tillverkningsteknik kan hanteras med antingen en mono-masteruppsättning eller ett multi-master-system (där flera master är anslutna till en buss). Master-enheterna frågar efter ingångsinformation från slavarna med cykliska intervall och returnerar utgångsinformation. PROFIBUS

DP-systemet finns i olika varianter:

  • DP-V0 för cyklisk kommunikation,
  • DP-V1 dessutom för acyklisk kommunikation,
  • DP-V2 dessutom för isokron realtidsfunktionalitet, användning av tidstämplar och slav-till-slav-kommunikation.

PROFIBUS DP har en överföringshastighet på 12 Mbit/s och kan kombinera upp till 126 enheter (mastrar och slavar) i ett nätverk.

PROFIBUS PA
PROFIBUS PA används för kommunikation inom processautomation. Eftersom strömmen är begränsad är PROFIBUS PA idealisk för användning i potentiellt explosiva atmosfärer. Överföringshastigheten på 31,25 kbit/s möjliggör långa kabelvägar och en hög grad av motståndskraft mot elektromagnetiska störningar.

Namnen på PROFIBUS-kompatibla produkter från LAPP:s UNITRONIC®-serie (kablar) och EPIC Data-serie (kontaktdon) inkluderar beteckningen "BUS DP" för PROFIBUS DP och "PA" för PROFIBUS PA.

CANopen-standarden har tagit CAN (Controller Area Network) fältbussystem som ursprungligen utvecklades för fordonsindustrin och utökat det till att inkludera en kommunikationsprofil. Detta gör CANopen till en öppen protokollstandard för användning inte bara inom automationsteknik, utan även inom många andra branscher, såsom medicin, järnvägar, etc., främst i Europa.


I det seriella CAN-systemet utbyts data i form av telegram på både cyklisk och händelsebaserad basis. Datautbytet hanteras via de första två skikten i OSI-modellen. Nätverksdeltagarna med samma status överför självständigt sina meddelanden till bussen med en säker dataöverföringshastighet på upp till 1 Mbit/s över en kabellängd på 40 m. I processen utbyts data i realtid.


I CANopen-systemet på högre nivå är ett applikationslager integrerat för att tillhandahålla en kommunikationsprofil. Med hjälp av standardiserade gränssnitt kan denna profil individuellt adressera enhets- och applikationsprofilerna för de enhetsklasser som används i nätverket. Som ett resultat styr kommunikationsprofilen vilka telegram som används för att utbyta vilka enhetsdata.
CANopen underhålls av CiA (CAN in Automation).

I Asien är CC-Link den ledande öppna industristandarden med uttalade deterministiska egenskaper, som används för att utbyta data mellan styr- och tillverkningsnivån. Den finns tillgänglig i olika varianter. I standardvarianten är CC-Link ett fältbussystem som möjliggör en dataöverföringshastighet på upp till 10 Mbit/s över en total kabellängd på 100 m, samt kommunikation i realtid med upp till 64 enheter i nätverket. Eftersom överföringsavståndet kan utökas till upp till 1 200 m med en lägre nätverkshastighet är CC-Link också lämplig för stora applikationer. Den enkla strukturen i denna standard räcker för ett brett spektrum av automatiseringsteknikuppgifter. Denna nätverksteknik används också alltmer i Europa, eftersom CC-Link-kompatibla produkter från olika tillverkare lätt kan integreras.

Du hittar mer information om den Ethernet-baserade varianten av CC-Link under CC-Link IE.

CC-Link är standardiserad av användarorganisationen CLPA (CC-Link Partner Association).

LAPP är medlem i CLPA och deltar aktivt i arbetet med att vidareutveckla CC-Link.

Som en smart förlängning: IO-Link


IO-Link är den första globalt standardiserade IO-tekniken och används för kommunikation mellan givare och aktorer. Denna teknik är internationellt standardiserad och definierad i standarden IEC 61131-9.

Tekniken baseras på punkt-till-punkt-kommunikation med en 3-ledar-givare-aktorsanslutning. IO-Link är inte en fältbuss, utan snarare en anslutningsteknik. Detta är fältbuss-oberoende och kan integreras i alla fältbussar. Ett IO-Link-system består av en master och en eller flera enheter (givare och aktor). Mastern fungerar som ett gränssnitt till den centrala PLC-enheten och styr de anslutna enheterna. Tack vare dubbelriktad kommunikation möjliggör IO-Link avancerad diagnostik av givare och aktorer. Detta gör det exempelvis möjligt att underhålla enheter på distans.

IO-Link kännetecknas av sin höga överföringshastighet på 4,8 kBaud, 38,4 kBaud och 230,4 kBaud. Data skickas snabbt den ena efter den andra med hjälp av IO-Link-protokollet. Anslutningstekniken kräver lite utrymme och möjliggör därmed miniatyrisering av smart kommunikation mellan givare och aktorer.