Komunikačné protokoly definujú, ako si zariadenia v teréne - snímače, akčné členy alebo roboty - vymieňajú údaje s riadiacimi jednotkami, ako sú PLC alebo okrajové počítače. Znižujú počet káblov, šetria čas potrebný na inštaláciu a znižujú riziko chýb, pričom umožňujú inteligentnejšie a spoľahlivejšie stroje. Pomocou protokolov zariadenia zdieľajú diagnostiku, stav vstupov a výstupov a údaje o výkone, podporujú vzdialené monitorovanie, analýzu založenú na umelej inteligencii, cloudové služby a nové obchodné modely, ktoré zvyšujú efektívnosť a inovácie služieb.
PLC sa najprv spoliehali na sériové spojenie RS232 na pripojenie zariadení, ako sú monitory alebo tlačiarne. Koncom 80. rokov 20. storočia nahradila technológia fieldbus zložité paralelné zapojenie digitálnym prenosom, neskôr štandardizovaným v IEC 61158. Od roku 1999 sa vo veľkej miere používajú rôzne zbernicové systémy, pričom ďalšiu generáciu tvoria protokoly založené na ethernete a čiastočne na reálnom čase. Moderná priemyselná komunikácia je dnes definovaná cloudovým pripojením, dátovými jazerami a konvergenciou IT/OT, pričom hlavným problémom je teraz bezpečnosť.
Informačné technológie (IT) spravujú údaje a aplikácie, ako sú informačné systémy, kancelárske počítače a siete. Prevádzková technológia (OT) monitoruje a riadi fyzické zariadenia, napríklad výrobné zariadenia. Konvergencia IT/OT integruje obidve oblasti, často prostredníctvom spoločných protokolov. Technológie sa však líšia: Priemyselný Ethernet musí odolávať náročnejším podmienkam, ako sú vibrácie, prach a teplo, čo si vyžaduje väčšiu odolnosť. Je navrhnutý tak, aby predchádzal chybám a rýchlo reagoval na poruchy, pričom využíva protokoly vytvorené pre vysoké prenosové rýchlosti, riadenie kolízií a - čo je najdôležitejšie - deterministickú komunikáciu, aby sa zabezpečil včasný prenos údajov a zabránilo sa výpadkom výroby.
Čo je top 10 technológii, ktoré dnes formujú priemyselnú automatizáciu?
V prvej generácii bolo vyvinutých viac ako 30 protokolov, ale štandardy ako Profibus, Interbus, CANopen, DeviceNet a CC-Link čoskoro zúžili pole na niekoľko kľúčových hráčov.
1. Profibus. Profibus bol medzinárodne štandardizovaný (napr. EN 50170) a pripája riadiace jednotky, snímače a akčné členy. Varianty ako Profibus DP a PA slúžia rôznym potrebám automatizácie. Bol to jeden z najpoužívanejších protokolov ranej automatizácie.
2. Interbus. Interbus, skorý priemyselný štandard, spájal zariadenia do kruhovej topológie na rýchly a spoľahlivý prenos údajov v priemyselnom prostredí.
3. CANopen a 4. DeviceNet. Obe sú založené na technológii CAN, ktorá bola pôvodne vyvinutá pre automobilové siete. DeviceNet umožňoval jednoduchú a rýchlu integráciu, populárnu v USA, zatiaľ čo CANopen ponúkal väčšiu flexibilitu a pokročilé funkcie riadenia.
5. CC-Link. CC-Link je vysokorýchlostná otvorená zbernica v reálnom čase, ktorá sa široko používa a je štandardizovaná v Ázii.
6. Profinet. Profinet sa široko používa v priemyselnej automatizácii pre svoj vysoký výkon, škálovateľnosť a kompatibilitu s Ethernetom. Podporuje štandardný protokol TCP/IP, prenos údajov v reálnom čase (RT) a izochrónny prenos údajov v reálnom čase (IRT), čo je ideálne pre komplexné aplikácie s kritickým časom. Profinet tiež umožňuje Industry 4.0 integráciou automatizácie s IT systémami, podporou diagnostiky, konfigurácie a údržby.
7. EtherNet/IP. EtherNet/IP sa v priemyselnej automatizácii široko používa pre svoju interoperabilitu, škálovateľnosť a závislosť od štandardného Ethernetu (TCP/IP). Je založený na spoločnom priemyselnom protokole (CIP) a ponúka konzistentný komunikačný rámec pre zariadenia, ako sú snímače, akčné členy a riadiace jednotky. Podporuje komunikáciu v reálnom aj nereálnom čase a hodí sa pre aplikácie od jednoduchého riadenia až po komplexnú výrobu.
8. EtherCAT. EtherCAT (Ethernet for Control Automation Technology) je vysoko výkonná ethernetová zbernica v reálnom čase určená pre priemyselnú automatizáciu. Spracováva údaje za chodu, keď rámce prechádzajú cez zariadenia, čím minimalizuje oneskorenia a maximalizuje efektivitu. EtherCAT je známy nízkou latenciou, presnou synchronizáciou a škálovateľnosťou a je ideálny pre riadenie pohybu, robotiku a vysokorýchlostnú výrobu.
9. Powerlink. Powerlink je otvorený ethernetový protokol v reálnom čase pre priemyselnú automatizáciu, ktorý ponúka deterministickú a vysokorýchlostnú komunikáciu. Využíva časovo naplánovaný mechanizmus master-slave, ktorý zabezpečuje presnú výmenu údajov s nízkym oneskorením a chvením, čo je ideálne pre úlohy, ako je riadenie pohybu a robotika.
10. CC-Link IE. CC-Link IE je otvorená vysokorýchlostná priemyselná zbernica založená na sieti Ethernet, ktorú vyvinulo partnerské združenie CC-Link. Ponúka gigabitové rýchlosti a deterministickú komunikáciu v reálnom čase pre priemyselnú automatizáciu. Široko sa používa v Ázii, umožňuje bezproblémovú integráciu zariadení v komplexných sieťach a podporuje aplikácie Industry 4.0, ako sú inteligentné továrne a IIoT.
Okrem hlavných protokolov 10 pre priemyselnú automatizáciu vystupujú do popredia štyri kľúčové prírastky.
Inteligentná továreň využíva digitálne technológie, automatizáciu a výmenu údajov na vytvorenie flexibilnej, efektívnej a prepojenej výroby. Integruje internet vecí, umelú inteligenciu, robotiku, veľké objemy údajov a kyberneticko-fyzické systémy na monitorovanie v reálnom čase, autonómne rozhodnutia a bezproblémovú komunikáciu medzi strojmi, systémami a ľuďmi. Komunikačné protokoly 2. a 3. generácie poskytujú technický základ pre analýzu údajov a nové obchodné modely. Inštitúcie, ako sú obchodné školy a univerzity, využívajú na vzdelávanie v oblasti týchto technológií kyberfyzikálne továrne od Festo Didactic.
Inteligentný výrobok je fyzický predmet vybavený snímačmi, softvérom, konektivitou a inteligenciou na zber, spracovanie a výmenu údajov. To umožňuje funkcie, ako je vzdialené monitorovanie, autodiagnostika, adaptívne správanie a integrácia do digitálnych ekosystémov. Medzi prvé príklady patrí Festo Motion Terminal VTEM, modul energetickej účinnosti (MSE6-E2M) a inteligentné ventilové terminály (CPX/MPA, CPX/VTSA, VTUX) podporujúce MQTT a OPC UA. Priemyselné aplikácie Festo AX AI umožňujú pokročilú analýzu aj používateľom bez odborných znalostí AI.
Inteligentné továrne a výrobky sú jadrom Priemyslu 4.0, zvyšujú produktivitu, znižujú prestoje, zlepšujú kvalitu a urýchľujú reakcie trhu. Umožňujú udržateľnú výrobu, podporujú inovácie a odomykajú nové obchodné modely.
Hranové počítače, PLC a pokročilé komunikačné protokoly poskytujú inžinierom nástroje na vytvorenie pevného základu pre výkonnú analýzu údajov a riešenia pripravené na budúcnosť. Lídri v oblasti inovácií, ako je spoločnosť Festo, urýchľujú tento trend tým, že ponúkajú komplexné riešenia na jednom mieste.