Komunikační protokoly definují způsob, jakým si provozní zařízení – čidla, pohony nebo roboty – vyměňují data s řídicími jednotkami, jako jsou PLC nebo edge computers. Klesá počet kabelů, šetří se čas potřebný k instalaci a klesá riziko chyb, stroje jsou chytřejší a spolehlivější. Pomocí protokolů sdílejí zařízení diagnostiku, stav vst./výst. a údaje o výkonu, pomáhají se vzdáleným sledováním, analýzou s využitím umělé inteligence, cloudovými službami a novými obchodními modely, které zvyšují efektivitu a inovace služeb.
PLC nejprve využívaly sériové linky RS232 pro připojení zařízení, jako jsou monitory nebo tiskárny. Koncem 80. let 20. století nahradila technologie průmyslových sítí složité paralelní zapojení digitálním přenosem, později standardizovaným v IEC 61158. Od roku 1999 se hojně používají různé průmyslové sítě, následnou generaci tvoří protokoly vycházející na Ethernetu a částečně pracující v reálném čase. Moderní průmyslovou komunikaci dnes definují propojení s cloudem, data lakes a konvergence IT/OT, bezpečnost je nyní hlavním úkolem.
Informační technologie (IT) spravují data a aplikace, jako jsou informační systémy, kancelářské počítače a sítě. Provozní technologie (OT) sleduje a řídí fyzická zařízení, jako jsou výrobní linky. Konvergence IT/OT integruje obojí, často prostřednictvím společných protokolů. Technologie se však liší: Průmyslový Ethernet musí odolávat náročnějším podmínkám, jako jsou vibrace, prach a teplo, vyžaduje tedy silnější odolnost. Je vyvinut tak, aby předcházel chybám a rychle reagoval na poruchy, a to pomocí protokolů pracujících vysokými rychlostmi přenosu dat, s řízením kolizí a – což je nejdůležitější – s deterministickou komunikací, aby se zajistilo, že data budou přenášena včas a nedojde k výpadkům ve výrobě.
Kterých 10 top technologií dnes ovlivňuje průmyslovou automatizaci?
V první generaci bylo vyvinuto více než 30 protokolů, ale standardy jako Profibus, Interbus, CANopen, DeviceNet a CC-Link brzy zúžily pole na několik klíčových hráčů.
1. Profibus. Síť Profibus byla mezinárodně standardizována (např. EN 50170) a propojuje řídicí jednotky, čidla a pohony. Varianty jako Profibus DP a PA slouží různým automatizačním potřebám. Byl to jeden z nejrozšířenějších protokolů rané automatizace.
2. Interbus. Interbus, jeden z prvních průmyslových standardů, propojoval zařízení do kruhové topologie pro rychlý a spolehlivý přenos dat v průmyslovém prostředí.
3. CANopen a 4. DeviceNet. Oba protokoly vycházejí zse sítě CAN, která byla původně vyvinuta pro automobily. DeviceNet umožňoval jednoduchou a rychlou integraci, která byla oblíbená v USA, zatímco CANopen nabízel větší přizpůsobivost a pokročilé funkce správy.
5. CC-Link. CC-Link je vysokorychlostní otevřená síť pracující v reálném čase, která je široce používána a standardizována v Asii.
6. Profinet. Protokol Profinet je v průmyslové automatizaci široce používán pro svůj velký výkon, modularitu a kompatibilitu s Ethernetem. Obsahuje standardní protokol TCP/IP, přenos dat v reálném čase (RT) a izochronní přenos dat v reálném čase (IRT), což je ideální pro složité aplikace, pro které je čas kritický. Profinet také umožňuje Průmysl 4.0 integrací automatizace s IT systémy, podporou diagnostiky, konfigurace a údržby.
7. EtherNet/IP. EtherNet/IP je v průmyslové automatizaci široce používán pro svou interoperabilitu, modularitu a závislost na standardním Ethernetu (TCP/IP). Je postaven na společném průmyslovém protokolu (CIP) a nabízí konzistentní komunikační rámec pro zařízení, jako jsou čidla, pohony a řídicí jednotky. Využívá případně i komunikaci v reálném čase a hodí se pro aplikace od jednoduchého řízení až po složitou výrobu.
8. EtherCAT. EtherCAT (Ethernet for Control Automation Technology) je velmi výkonná ethernetová komunikace pracující v reálném čase, určená pro průmyslovou automatizaci. Průběžně zpracovává data tak, jak procházejí zařízeními, čímž minimalizuje zpoždění a maximalizuje efektivitu. EtherCAT je známý nízkou latencí, přesnou synchronizací a modularitou a je ideální pro řízení pohybu, robotiku a vysokorychlostní výrobu.
9. Powerlink. Powerlink je otevřený ethernetový protokol pracující v reálném čase, pro průmyslovou automatizaci, který nabízí deterministickou a vysokorychlostní komunikaci. Využívá časově plánovaný mechanismus master-slave, který zajišťuje přesnou výměnu dat s nízkou latencí a kolísáním, což je ideální pro úlohy, jako je řízení pohybu a robotika.
10. CC-Link IE. CC-Link IE je otevřená vysokorychlostní ssíť vycházející z Ethernetu, kterou vyvinulo sdružení CC-Link Partner Association. Nabízí gigabitové rychlosti a deterministickou komunikaci v reálném čase pro průmyslovou automatizaci. Je široce používán v Asii, umožňuje hladkou integraci zařízení v komplexních sítích a je vhodný pro aplikace Průmyslu 4.0, jako jsou chytré továrny a IIoT.
Kromě 10 nejlepších protokolů pro průmyslovou automatizaci jsou zde čtyři klíčové novinky.
Chytrá továrna využívá digitální technologie, automatizaci a výměnu dat k vytvoření přizpůsobivé, efektivní a propojené výroby. Integruje IoT, umělou inteligenci, robotiku, big data a kyber-fyzické systémy pro monitorování v reálném čase, autonomní rozhodování a hladkou komunikaci mezi stroji, zařízeními a lidmi. Komunikační protokoly 2. a 3. generace poskytují technický základ pro analýzu dat a nové obchodní modely. Instituce, jako jsou obchodní školy a univerzity, využívají ke školení o těchto technologiích kyber-fyzikální továrny od Festo Didactic.
Chytrý výrobek je fyzický předmět vybavený senzory, softwarem, konektivitou a inteligencí, které umožňují sběr, zpracování a výměnu dat. To umožňuje funkce, jako je vzdálené monitorování, autodiagnostika, adaptivní chování a integrace do digitálních ekosystémů. Mezi první příklady patří Motion Terminal Festo VTEM, moduly pro energetickou účinnost (MSE6-E2M) a inteligentní ventilové terminály (CPX/MPA, CPX/VTSA, VTUX) pracující s MQTT a OPC UA. Průmyslové aplikace Festo AX AI umožňují pokročilou analýzu i uživatelům bez odborných znalostí AI.
Inteligentní továrny a výrobky jsou jádrem Průmyslu 4.0, který zvyšuje produktivitu, zkracuje prostoje, zlepšuje kvalitu a urychluje reakce trhu. Umožňují udržitelnou výrobu, podněcují inovace a znamenají nové obchodní modely.
Špičkové počítače, PLC a pokročilé komunikační protokoly poskytují konstruktérům nástroje pro vytvoření pevného základu pro výkonnou analýzu dat a řešení připravená na budoucnost. Lídři v oblasti inovací, jako je Festo, tento trend urychlují tím, že nabízejí komplexní řešení.