Комуникационните протоколи определят начина, по който локалните устройства – сензори, изпълнителни механизми или роботи – обменят данни с контролери, т.е. с PLC или устройства за периферни изчисления (edge computing). Те намаляват броя на кабелите, спестяват време за инсталиране и намаляват рисковете от грешки, като същевременно осигуряват по-интелигентни и надеждни машини. С помощта на протоколите устройствата споделят данни за диагностиката, състоянието на входовете/изходите и производителността, като осигуряват отдалеченото наблюдение, анализи с ИИ, облачни услуги и нови бизнес модели, стимулиращи ефективността и иновациите в услугите.
Първоначално PLC разчитаха на серийни канали RS232 за свързване на устройства, например монитори или принтери. В края на 80-те години на миналия век Fieldbus технологията замени сложното успоредно кабелно свързване с цифрово предаване, по-късно стандартизирано в IEC 61158. От 1999 г. насам широко се използват разнообразни Fieldbus системи, като следващото поколение се формира от Ethernet-базирани протоколи, работещи частично в реално време. Днес облачната свързаност, езерата от данни и взаимодействието между ИТ и OT определят съвременната индустриална комуникация – като сигурността вече е основна грижа.
Информационните технологии (ИТ) управляват данни и приложения, като например информационни системи, офис компютри и мрежи. Оперативните технологии (ОТ) наблюдават и контролират физически устройства като производственото оборудване. Сближаването на ИТ/ОТ интегрира и двете, често чрез общи протоколи. Технологиите обаче се различават: Индустриалната Ethernet мрежа трябва да издържа на по-тежки условия на работа, като вибрации, прах и топлина, което изисква по-голяма устойчивост. Тя е проектирана да предотвратява грешки и да реагира бързо на смущения, като използва протоколи, създадени за високи скорости на предаване на данни, управление на сблъсъци и – най-важното – детерминистична комуникация, за да гарантира, че данните се предават навреме и се избягват производствени сривове.
Но кои са най-добрите 10 технологии, които формират индустриалната автоматизация днес?
В първото поколение бяха разработени над 30 протокола, но стандарти като Profibus, Interbus, CANopen, DeviceNet® и CC-LINK® скоро ограничиха сферата до няколко ключови играчи.
1. Profibus. Profibus е стандартизирана на международно ниво (напр. EN 50170) и свързва контролери, сензори и изпълнителни механизми. Варианти като Profibus DP и PA обслужват различни нужди в областта на автоматизацията. Това е един от най-широко използваните по-ранни протоколи за автоматизация.
2. Interbus. Interbus, ранен индустриален стандарт, свързва устройствата в кръгова топология за бързо и надеждно предаване на данни в промишлени условия.
3. CANopen и 4. DeviceNet®. И двете са базирани на CAN, която първоначално е разработена за автомобилни мрежи. DeviceNet® дава възможност за лесна и бърза интеграция, популярна в САЩ, докато CANopen предлага по-голяма гъвкавост и разширени функции за управление.
5. CC-LINK®. CC-LINK® е високоскоростна отворена полева шина в реално време, широко използвана и стандартизирана в Азия.
6. Profinet. Profinet се използва широко в индустриалната автоматизация заради високата си производителност, мащабируемост и съвместимост с Ethernet. Тя поддържа стандартен TCP/IP протокол, трансфер на данни в реално време (RT) и изохронно предаване на данни в реално време (IRT), което е идеално за сложни приложения с критично време. Profinet също така дава възможност за Индустрия 4.0 чрез интегриране на автоматизацията с ИТ системите, като подпомага диагностиката, конфигурирането и поддръжката.
7. EtherNet/IP. EtherNet/IP се използва широко в индустриалната автоматизация поради своята оперативна съвместимост, мащабируемост и разчитане на стандартния Ethernet (TCP/IP). Изграден на базата на общия промишлен протокол (CIP), той предлага постоянна комуникационна рамка за устройства, като сензори, задвижващи механизми и контролери. Поддържайки комуникация в реално време и извън него, той е подходящ за приложения от прост контрол до сложно производство.
8. EtherCAT. EtherCAT (технология Ethernet за управление на автоматизацията) е високопроизводителна Ethernet полева шина в реално време, предназначена за индустриална автоматизация. Този протокол обработва данните в движение, докато кадрите преминават през устройствата, като свежда до минимум забавянията и увеличава ефективността. Известен с ниската си латентност, прецизната синхронизация и мащабируемостта, EtherCAT е идеален за управление на движението, роботиката и високоскоростното производство.
9. Powerlink. Powerlink е отворен Ethernet протокол в реално време за индустриална автоматизация, който предлага детерминистична, високоскоростна комуникация. Той използва планиран във времето механизъм „главен-подчинен“, за да осигури прецизен обмен на данни с ниска латентност и неголеми изкривявания на сигналите, което е идеално за задачи като управление на движението и роботика.
10. CC-LINK® IE. CC-LINK® IE е отворена, високоскоростна полева шина, базирана на Ethernet, разработена от партньорската асоциация CC-LINK®. Предлага гигабитови скорости и детерминистична комуникация в реално време за индустриална автоматизация. Широко използван в Азия, той позволява безпроблемна интеграция на устройства в сложни мрежи и поддържа приложения от Индустрия 4.0, като например интелигентни фабрики и IIoT.
Освен 10-те водещи протокола за индустриална автоматизация, се открояват четири ключови допълнения.
Интелигентната фабрика използва цифрови технологии, автоматизация и обмен на данни, за да създаде гъвкаво, ефективно и взаимосвързано производство. Тя интегрира IoT, ИИ, роботика, големи данни и киберфизични системи за наблюдение в реално време, автономни решения и безпроблемна комуникация между машини, системи и хора. Комуникационните протоколи от 2-ро и 3-то поколение осигуряват техническата основа за анализ на данни и нови бизнес модели. Институции като бизнес училища и университети използват киберфизични фабрики от Festo Didactic, за да се обучават по тези технологии.
Интелигентният продукт е физическо изделие, снабдено със сензори, софтуер, свързаност и интелигентност за събиране, обработка и обмен на данни. Това позволява работата на функции като дистанционно наблюдение, самодиагностика, адаптивно поведение и интегриране в цифрови екосистеми. Такива примери са Festo Motion Terminal VTEM, модул за енергийна ефективност (MSE6-E2M) и интелигентни клапанни терминали (CPX/MPA, CPX/VTSA, VTUX), поддържащи MQTT и OPC UA. Индустриалните приложения с ИИ на Festo AX дават възможност за усъвършенстван анализ дори на потребители без опит в областта на изкуствения интелект.