Komunikacijski protokoli določajo, kako si naprave na terenu - senzorji, aktuatorji ali roboti - izmenjujejo podatke s krmilniki, kot so PLC ali robni računalniki. Z njimi lahko zmanjšate število ožičenja, prihranite čas za namestitev in zmanjšate tveganje napak, hkrati pa omogočite pametnejše in zanesljivejše stroje. S protokoli si naprave izmenjujejo podatke o diagnostiki, vhodno-izhodnem stanju in zmogljivosti ter podpirajo spremljanje na daljavo, analitiko na podlagi umetne inteligence, storitve v oblaku in nove poslovne modele, ki spodbujajo učinkovitost in inovacije na področju storitev.
PLC-ji so najprej uporabljali serijske povezave RS232 za povezovanje naprav, kot so monitorji ali tiskalniki. Konec osemdesetih let prejšnjega stoletja je tehnologija Fieldbus nadomestila zapleteno vzporedno ožičenje z digitalnim prenosom, ki je bil pozneje standardiziran v IEC 61158. Od leta 1999 se pogosto uporabljajo različni sistemi Fieldbus, naslednjo generacijo pa tvorijo protokoli Ethernet, ki delno delujejo v realnem času. Sodobno industrijsko komunikacijo danes opredeljujejo povezljivost v oblaku, podatkovna jezera ter konvergenca IT/OT, pri čemer je varnost zdaj glavna skrb.
Informacijska tehnologija (IT) upravlja podatke in aplikacije, kot so informacijski sistemi, pisarniški računalniki in omrežja. Operativna tehnologija (OT) spremlja in nadzoruje fizične naprave, kot je proizvodna oprema. Konvergenca IT/OT združuje oboje, pogosto prek skupnih protokolov. Vendar se tehnologije razlikujejo: Industrijski Ethernet mora vzdržati težje pogoje, kot so vibracije, prah in vročina, kar zahteva večjo robustnost. Zasnovan je tako, da preprečuje napake in se hitro odziva na motnje z uporabo protokolov, ki so zasnovani za visoke hitrosti prenosa podatkov, upravljanje trkov in – kar je najpomembneje – deterministično komunikacijo, da se zagotovi pravočasen prenos podatkov in preprečijo napake v proizvodnji.
Katere tehnologije, ki danes oblikujejo industrijsko avtomatizacijo, so med najpomembnejšimi 10 tehnologijami?
V prvi generaciji je bilo razvitih več kot 30 protokolov, vendar so standardi, kot so Profibus, Interbus, CANopen, DeviceNet in CC-Link, področje kmalu zožili na nekaj ključnih akterjev.
1. Profibus. Profibus je bil mednarodno standardiziran (npr. EN 50170) in je povezoval krmilnike, senzorje in aktuatorje. Različice, kot sta Profibus DP in PA, so služile različnim potrebam avtomatizacije. To je bil eden najbolj razširjenih zgodnjih protokolov za avtomatizacijo.
2. Interbus. Interbus, zgodnji industrijski standard, je povezoval naprave v obročno topologijo za hiter in zanesljiv prenos podatkov v industrijskih okoljih.
3. CANopen in 4. DeviceNet. Oba temeljita na tehnologiji CAN, ki je bila prvotno razvita za avtomobilsko omrežje. Omrežje DeviceNet je omogočalo preprosto in hitro integracijo, ki je bila priljubljena v ZDA, medtem ko je omrežje CANopen ponujalo večjo prilagodljivost in napredne funkcije upravljanja.
5. CC-Link. CC-Link je visokohitrostno odprto omrežje v realnem času, ki se pogosto uporablja in je standardizirano v Aziji.
6. Profinet. Profinet se zaradi visoke zmogljivosti, razširljivosti in združljivosti z omrežjem Ethernet pogosto uporablja v industrijski avtomatizaciji. Podpira standardni TCP/IP, prenos podatkov v realnem času (RT) in izohronski prenos podatkov v realnem času (IRT), kar je idealno za zahtevne aplikacije, ki so časovno kritične. Profinet omogoča tudi Industrijo 4.0, saj avtomatizacijo povezuje z informacijskimi sistemi ter podpira diagnostiko, konfiguracijo in vzdrževanje.
7. EtherNet/IP. EtherNet/IP se pogosto uporablja v industrijski avtomatizaciji zaradi interoperabilnosti, razširljivosti in odvisnosti od standardnega omrežja Ethernet (TCP/IP). Temelji na skupnem industrijskem protokolu (CIP) in ponuja dosleden komunikacijski okvir za naprave, kot so senzorji, aktuatorji in krmilniki. Podpira tako komunikacijo v realnem času kot tudi komunikacijo v nerealnem času, zato je primeren za aplikacije od preprostega nadzora do zahtevne proizvodnje.
8. EtherCAT. EtherCAT (Ethernet for Control Automation Technology) je visokozmogljivo ethernetno omrežno vodilo v realnem času, zasnovano za industrijsko avtomatizacijo. Podatke obdeluje sproti, medtem ko okvirji prehajajo skozi naprave, kar zmanjšuje zamude in povečuje učinkovitost. EtherCAT je znan po nizki zakasnitvi, natančni sinhronizaciji in razširljivosti, zato je idealen za nadzor gibanja, robotiko in visokohitrostno proizvodnjo.
9. Powerlink. Powerlink je odprti protokol Ethernet v realnem času za industrijsko avtomatizacijo, ki omogoča deterministično komunikacijo z visoko hitrostjo. Uporablja mehanizem master-slave, ki je časovno razporejen in zagotavlja natančno izmenjavo podatkov z nizko zakasnitvijo in tresljaji, kar je idealno za naloge, kot sta nadzor gibanja in robotika.
10. CC-Link IE. CC-Link IE je odprto visokohitrostno omrežno vodilo, ki temelji na Ethernetu in ga je razvilo partnersko združenje CC-Link. Ponuja gigabitne hitrosti in deterministično komunikacijo v realnem času za industrijsko avtomatizacijo. Široko se uporablja v Aziji in omogoča nemoteno vključevanje naprav v zapletenih omrežjih ter podpira aplikacije Industry 4.0, kot so pametne tovarne in IIoT.
Poleg 10 najpomembnejših protokolov za industrijsko avtomatizacijo izstopajo štirje ključni dodatki.
Pametna tovarna uporablja digitalne tehnologije, avtomatizacijo in izmenjavo podatkov za ustvarjanje prilagodljive, učinkovite in medsebojno povezane proizvodnje. Združuje internet stvari, umetno inteligenco, robotiko, velike količine podatkov in kibernetsko-fizične sisteme za spremljanje v realnem času, avtonomne odločitve in nemoteno komunikacijo med stroji, sistemi in ljudmi. Komunikacijski protokoli druge in tretje generacije zagotavljajo tehnično podlago za podatkovno analitiko in nove poslovne modele. Institucije, kot so poslovne šole in univerze, za usposabljanje o teh tehnologijah uporabljajo kibernetsko-fizične tovarne iz Festo Didactic.
Pametni izdelek je fizični predmet, opremljen s senzorji, programsko opremo, povezljivostjo in inteligenco za zbiranje, obdelavo in izmenjavo podatkov. To omogoča funkcije, kot so spremljanje na daljavo, samodiagnosticiranje, prilagodljivo vedenje in vključevanje v digitalne ekosisteme. Prvi primeri vključujejo Festo Motion Terminal VTEM, modul za energetsko učinkovitost (MSE6-E2M) in inteligentne terminale ventilov (CPX/MPA, CPX/VTSA, VTUX), ki podpirajo MQTT in OPC UA. Industrijske aplikacije umetne inteligence Festo AX omogočajo napredno analitiko tudi uporabnikom brez strokovnega znanja o umetni inteligenci.
Pametne tovarne in izdelki so jedro Industrije 4.0, saj spodbujajo produktivnost, zmanjšujejo število izpadov, izboljšujejo kakovost in pospešujejo odzivnost trga. Omogočajo trajnostno proizvodnjo, spodbujajo inovacije in odpirajo nove poslovne modele.
Robni računalniki, krmilniki PLC in napredni komunikacijski protokoli dajejo inženirjem orodja, s katerimi lahko ustvarijo trdno podlago za zmogljivo analitiko podatkov in rešitve, pripravljene na prihodnost. Vodilni inovatorji, kot je Festo, pospešujejo ta trend, saj ponujajo celovite rešitve na enem mestu.