Haalbare stappen naar digitale netwerken

De vele mogelijkheden die er vandaag bestaan op het vlak van industriële netwerken, met elk hun specifieke voor- en nadelen, maken het er niet altijd eenvoudiger op om de juiste keuze te maken inzake connectietechnologie. De macht der gewoonte is voor velen nog een bijkomend argument om het voorlopig dan maar op klassieke één-op-één bekabeling bekabeling te houden. In dit artikel overlopen we een aantal goede argumenten en haalbare oplossingen om de stap naar digitale netwerken te zetten en zo reeds vandaag al klaar te zijn voor het welbesproken Industry 4.0.

Eén-op-één aansluiting

In eenvoudige, compacte machines is er niets eenvoudiger dan sensoren en actuatoren een-op-een aan te sluiten op de controller. Het is relatief goedkoop, snel geïmplementeerd en bovendien makkelijk in onderhoud want als zich een probleem voordoet, volstaat het in veel gevallen om de kabel te volgen om de boosdoener op te sporen.

Zodra machines wat complexer worden en de footprint toeneemt, verdwijnen die voordelen vrij snel en wordt het beheren van de bekabeling een uitdaging op zich. Het gebruik van multipool kabels kan dan een eerste oplossing zijn om de installatie overzichtelijk te houden. De connectie tussen een component en de sturing is dan nog steeds een een-op-een verbinding waardoor er in de programmatie van de sturing verder niets verandert. De winst zit voornamelijk in tijds- en kostenbesparing door functionele groepen te creëren die via een multipool kabel bediend kunnen worden.

Multipool-aansluiting

Bij de overstap naar industriële netwerken worden de signalen van een functionele groep samengebracht op één enkele kabel door elke component een adres te geven. Dat maakt de bekabeling nog eenvoudiger maar brengt wel veranderingen met zich mee in de programmatie van de controller omdat de individuele I/O’s vervangen worden door netwerkadressen op het bussysteem. Bovendien moet men rekening houden met de meerkost van de netwerkcomponenten wanneer men de kostenbesparing in bekabeling wil evalueren.

Bestaan er misschien nog andere alternatieve connectie-technologieën?

Intelligente functies in de componenten

Het gebruik van digitale netwerken gaat echter om veel meer dan louter de keuze van bekabeling. Naast de mogelijkheid om meerdere signalen samen te brengen op één kabel, kunnen er ook goede redenen zijn om intelligente systemen toe te passen in een-op-een verbindingen. Dat is bij uitstek het domein van IO-Link – een intelligente punt tot punt verbinding dat vrij eenvoudig te implementeren is en mede daardoor op korte tijd zeer populair geworden is.

IO-Link is een fabrikant-onafhankelijke, Point-to-Point interface voor de aansluiting van actuatoren en sensoren. Het is geen busverbinding, maar een veldbus-onafhankelijk communicatiesysteem dat eenvoudig te integreren is in elk gangbaar bussysteem.

Via IO-Link kunnen analoge meetwaarden van sensoren in digitale vorm gecommuniceerd worden. Deze digitale communicatie is minder gevoelig voor elektromagnetische storingen wat de bekabeling opnieuw eenvoudiger kan maken, zeker als er wat grotere afstanden overbrugd moeten worden. Voor het doorgeven van meetsignalen is digitale communicatie ook een stuk nauwkeuriger dan het gebruik van analoge signalen. Dat kunnen goede redenen zijn om in een set-up met een-op-een verbindingen een aantal van die connecties over IO-Link te laten verlopen.

Bovendien kan men via IO-Link niet alleen de meetwaarden digitaal uitlezen. Het protocol maakt het ook mogelijk om intelligente functies in de componenten, zoals parametrisering en diagnose, vanop afstand te gebruiken. Deze functies bieden tal van mogelijkheden om machines intelligenter en gebruiksvriendelijker te maken. Maar dan is er wel een digitaal communicatieprotocol nodig, zoals IO-Link, om deze parameters toegankelijk te maken.

Automation Platform (AP)

Hoewel IO-Link per definitie een protocol is voor een-op-een verbindingen, vormt het ook de ideale opstap naar de decentrale architectuur die meer en meer terug te vinden is in industriële applicaties. IO-Link werkt immers via een master die als gateway de communicatie verzorgt tussen de intelligente field devices en de hogerliggende PLC.. Die master kan een kaart zijn in de controller, maar evengoed een fieldmodule die dicht bij de componenten geplaatst wordt.

Welke technologie bestaat er nu om een volledige decentrale architectuur zo efficiënt, eenvoudig en goedkoop mogelijk op te bouwen met integratie van intelligente IO-link componenten en allerlei remote IO modules?

Festo biedt met zijn nieuw gedecentraliseerd Automation Platform (AP) een industrieel netwerk dat bovendien onafhankelijk is van de netwerkprotocollen die door de PLC-fabrikanten naar voor geschoven worden.

Een dergelijke architectuur maakt het mogelijk om volop gebruik te maken van alle intelligentie die moderne componenten bieden, terwijl de fysieke structuur van het netwerk bijzonder eenvoudig wordt. Alle remote I/O modules in een machine kunnen immers samen met ventieleilanden en andere meer geavanceerde componenten zoals IO link masters aan elkaar gekoppeld worden via één enkel bussysteem dat de hele machine doorloopt.

Op die manier kan de volledige communicatiearchitectuur in een machine gestandaardiseerd worden, ongeacht de voorkeuren die een klant kan hebben voor een specifieke controller. Tussen de sturing en de AP backbone komt immers een module die de vertaalslag maakt van het Ethernet protocol dat door de PLC ondersteund wordt naar het AP protocol dat verder gebruikt wordt om met I/O modules en ventieleilanden te communiceren.

Complexiteit verlagen

Oplossingen zoals IO-Link en het nieuwe decentrale remote IO systeem van Festo (AP) maken de overstap naar digitale netwerken heel toegankelijk en bieden tal van mogelijkheden om maximaal gebruik te maken van de intelligentie die beschikbaar is in moderne componenten. Het gebruik van deze netwerken kan de complexiteit om alles te connecteren aanzienlijk verlagen wat niet alleen een tijdswinst maar finaal ook een kostenbesparing kan opleveren. Zodra een machine wat complexer wordt en de ambitie er is om intelligente functies in sensoren en actuatoren te gebruiken om machines performanter en gebruiksvriendelijker te maken, is de stap naar digitale netwerken al snel een evidente keuze.

Wanneer kies je welke oplossing? Dat is ook afhankelijk van veel factoren rondom de machine, maar dit overzicht geeft weer wanneer een bepaalde technologie een voordeel heeft.

Wanneer kies je welke optie ?

Tabel overzicht
Overzicht