Šta je komunikacioni protokol – i zašto su toliko popularni

Komunikacioni protokoli definišu kako terenski uređaji - senzori, aktuatori ili roboti - razmenjuju podatke sa kontrolerima kao što su PLC-ovi ili rubni računari. Oni smanjuju ožičenje, štede vreme instalacije i smanjuju rizik od grešaka, a istovremeno omogućavaju pametnije, pouzdanije mašine. Sa protokolima, uređaji dele dijagnostiku, I / O status i podatke o performansama, podržavajući daljinski nadzor, analitiku vođenu AI, usluge u oblaku i nove poslovne modele koji pokreću efikasnost i inovacije usluga.

Kratka istorija PLC-a i komunikacionih protokola

PLC-ovi su se prvo oslanjali na RS232 serijske veze za povezivanje uređaja kao što su monitori ili štampači. U kasnim 1980-ih, Fieldbus tehnologija zamenio složene paralelne ožičenje sa digitalnim prenosom, kasnije standardizovan u IEC 61158. Od 1999. godine, različiti sistemi sabirnice su u širokoj upotrebi, sa protokolima zasnovanim na Ethernetu, delimično u realnom vremenu koji formiraju sledeću generaciju. Danas, povezivanje u oblaku, jezera podataka i IT/OT konvergencija definišu modernu industrijsku komunikaciju - sa sigurnošću koja je sada ključna briga.

IT/OT konvergencija povezuje Office Ethernet i industrijski Ethernet

Informaciona tehnologija (IT) upravlja podacima i aplikacijama, kao što su informacioni sistemi, kancelarijski računari i mreže. Operativna tehnologija (OT) prati i kontroliše fizičke uređaje kao što su proizvodna oprema. IT/OT konvergencija integriše oboje, često preko zajedničkih protokola. Međutim, tehnologije se razlikuju: Industrijski Ethernet mora da izdrži teže uslove kao što su vibracije, prašina i toplota, što zahteva veću robusnost. Dizajniran je da spreči greške i brzo reaguje na poremećaje, koristeći protokole izgrađene za visoke brzine prenosa podataka, upravljanje sudarima i - što je najvažnije - determinističku komunikaciju kako bi se osiguralo da se podaci prenose na vreme i da se izbegnu kvarovi u proizvodnji.
Ali koje su Top 10 vrhunske tehnologije koje danas oblikuju industrijsku automatizaciju?

1. generacija Fieldbus standarda

Preko 30 protokola je razvijeno u prvoj generaciji, ali standardi kao što su Profibus, Interbus, CANopen, DeviceNet i CC-Link ubrzo su suzili polje na nekoliko ključnih igrača.

1. Profibus. Profibus je standardizovan na međunarodnom nivou (npr. EN 50170) i povezan kontroleri, senzori i aktuatori. Varijante kao što su Profibus DP i PA služile su različitim potrebama za automatizacijom. To je bio jedan od najčešće korišćenih ranih protokola za automatizaciju.

2. Interbus. Interbus, rani industrijski standard, povezao je uređaje u topologiji prstena za brz i pouzdan prenos podataka u industrijskim okruženjima.

3. CANopen i 4. DeviceNet. Oba su zasnovana na CAN-u koji je prvobitno razvijen za umrežavanje automobila. DeviceNet je omogućio jednostavnu, brzu integraciju, popularnu u SAD-u, dok je CANopen ponudio veću fleksibilnost i napredne funkcije upravljanja.

5. CC-Link. CC-Link je brzi otvoreni autobus u realnom vremenu koji se široko koristi i standardizuje u Aziji.

2. generacija Ethernet-based Fieldbus sistema

6. Profinet. Profinet se široko koristi u industrijskoj automatizaciji zbog svojih visokih performansi, skalabilnosti i Ethernet kompatibilnosti. Podržava standardni TCP / IP, prenos podataka u realnom vremenu (RT) i izohroni u realnom vremenu (IRT), idealan za složene, vremenski kritične aplikacije. Profinet takođe omogućava industriju 4.0 integrišući automatizaciju sa IT sistemima, podržavajući dijagnostiku, konfiguraciju i održavanje.

7. EtherNet / IP. EtherNet / IP se široko koristi u industrijskoj automatizaciji zbog svoje interoperabilnosti, skalabilnosti i oslanjanja na standardni Ethernet (TCP / IP). Izgrađen na Zajedničkom industrijskom protokolu (CIP), nudi dosledan komunikacioni okvir za uređaje kao što su senzori, aktuatori i kontroleri. Podržavajući komunikaciju u realnom vremenu i komunikaciju u realnom vremenu, odgovara aplikacijama od jednostavne kontrole do složene proizvodnje.

8. EterCAT. EtherCAT (Ethernet za tehnologiju automatizacije kontrole) je Ethernet sabirnica visokih performansi u realnom vremenu dizajnirana za industrijsku automatizaciju. Obrađuje podatke u letu dok okviri prolaze kroz uređaje, minimizirajući kašnjenja i maksimizirajući efikasnost. Poznat po niskoj latenciji, preciznoj sinhronizaciji i skalabilnosti, EtherCAT je idealan za kontrolu pokreta, robotiku i brzu proizvodnju.

9. PoverLink. Poverlink je otvoreni Ethernet protokol u realnom vremenu za industrijsku automatizaciju, koji nudi determinističku, brzu komunikaciju. Koristi vremenski zakazani, master-slave mehanizam kako bi se osigurala precizna razmena podataka sa niskim kašnjenjem i podrhtavanjem, idealno za zadatke kao što su kontrola pokreta i robotika.

10. CC-Link IE. CC-Link IE je otvorena, brza Ethernet-based fieldbus razvijena od strane CC-Link Partner Association. Nudi gigabitne brzine i determinističku komunikaciju u realnom vremenu za industrijsku automatizaciju. Široko se koristi u Aziji, omogućava besprekornu integraciju uređaja preko složenih mreža i podržava aplikacije industrije 4.0 kao što su pametne fabrike i IIoT.

3. generacija koja koristi IT/OT, IoT/IIoT i tehnologiju zasnovanu na oblaku

Pored Top 10 protokola za industrijsku automatizaciju, ističu se četiri ključna dodatka.

• Modbus TCP. Modbus TCP je jednostavan, otvoren i široko kompatibilan Ethernet protokol za zadatke koji nisu vremenski kritični. Popularan za praćenje i kontrolu, podržava i nasleđene i moderne sisteme. Iako nije u realnom vremenu, njegova jednostavnost korišćenja i interoperabilnost čine ga vitalnim za SCADA i Industri 4.0 integraciju.
• OPC-UA. OPC UA (Open Platform Communications Unified Architecture) je arhitektura nezavisna od platforme, orijentisana na usluge za sigurnu i pouzdanu razmenu podataka u industrijskoj automatizaciji. Ključ za industriju 4.0 i IIoT, omogućava besprekornu IT/OT integraciju sa skalabilnošću, sigurnošću i podrškom za složene podatke, događaje i istorijski pristup. OPC UA promoviše neutralnu komunikaciju i fleksibilne arhitekture, pokrećući inovacije pametne fabrike. Njegova evolucija u realnom vremenu je OPC UA preko TSN (Time-Sensitive Netvorking).
• MQTT. MQTT je lagan protokol za objavljivanje i pretplatu na razmenu poruka dizajniran za efikasnu komunikaciju u ograničenim ili nepouzdanim mrežama. Široko se koristi u IoT-u i industrijskoj automatizaciji, omogućava u realnom vremenu, nisku propusnost i pouzdanu razmenu podataka između senzora, uređaja i cloud platformi. MQTT podržava skalabilnu, sigurnu komunikaciju i besprekornu integraciju rubnih uređaja sa sistemima preduzeća, što ga čini neophodnim za industriju 4.0 i pametnu proizvodnju.
• IO-Link. IO-Link je otvoreni, standardizovani protokol od tačke do tačke koji povezuje senzore i aktuatore sa sistemima za automatizaciju. Omogućava dvosmernu komunikaciju za procesne podatke, dijagnostiku i konfiguraciju preko jednostavnih 24 V DC kablova za napajanje. IO-Link poboljšava pametne fabrike poboljšanjem transparentnosti uređaja, prediktivnog održavanja i fleksibilne proizvodnje. Njegova jednostavnost upotrebe, interoperabilnost i isplativost čine ga široko prihvaćenim za efikasnu automatizaciju i upravljanje uređajima.

Komunikacioni protokoli u pametnim fabrikama

Pametna fabrika koristi digitalne tehnologije, automatizaciju i razmenu podataka kako bi stvorila fleksibilnu, efikasnu i međusobno povezanu proizvodnju. Integriše IoT, AI, robotiku, velike podatke i sajber-fizičke sisteme za praćenje u realnom vremenu, autonomne odluke i besprekornu komunikaciju između mašina, sistema i ljudi. Komunikacioni protokoli 2. i 3. generacije pružaju tehničku osnovu za analitiku podataka i nove poslovne modele. Institucije poput poslovnih škola i univerziteta koriste sajber-fizičke fabrike iz Festo Didactic za obuku na ovim tehnologijama.

Pametni proizvodi

Pametan proizvod je fizička stavka poboljšana senzorima, softverom, povezivanjem i inteligencijom za prikupljanje, obradu i razmenu podataka. Ovo omogućava funkcije kao što su daljinsko praćenje, samodijagnoza, adaptivno ponašanje i integracija u digitalne ekosisteme. Rani primeri uključuju Festo Motion Terminal VTEM, modul energetske efikasnosti (MSE6-E2M) i inteligentne terminale ventila (CPX/MPA, CPX/VTSA, VTUX) koji podržavaju MQTT i OPC UA. Festo AX industrijske AI aplikacije omogućavaju naprednu analitiku čak i za korisnike bez AI ekspertize.

Rezime i preporuke

Pametne fabrike i proizvodi leže u srži industrije 4.0, pokreću produktivnost, smanjuju zastoje, poboljšavaju kvalitet i ubrzavaju odgovor tržišta. Oni omogućavaju održivu proizvodnju, podstiču inovacije i otključavaju nove poslovne modele.
Edge računari, PLC-ovi i napredni komunikacioni protokoli daju inženjerima alate za stvaranje čvrste osnove za moćnu analitiku podataka i rešenja spremna za budućnost. Lideri u inovacijama poput Festa ubrzavaju ovaj trend nudeći sveobuhvatna rešenja na jednom mestu.