Síťová komunikace v průmyslu

Čtvrtá průmyslová revoluce je průmyslová automatizace a moderní technologie doprovázející každý výrobní proces.

Díky komunikačním systémům je možné řídit provoz zařízení shromažďováním stále většího množství dat a také integrovat výrobu s IT systémy.

Průmyslová síť – co to je?

Průmyslová síť není nic jiného než komunikace prostřednictvím ICT sítě, která propojuje a umožňuje různým zařízením komunikovat jednotným, standardizovaným způsobem v průmyslových podmínkách. Průmyslová síť, která zajišťuje komunikaci v průmyslu, musí být spolehlivá, aby procesy správně fungovaly. Komunikace v průmyslové síti je navržena tak, aby zaručovala stabilitu a bezpečnost.

Hrozby pro průmyslové síťové systémy

Průmyslová síť, a tedy i komunikace, může být ohrožena v důsledku náročných průmyslových podmínek, ve kterých působí. Mezi faktory, které mohou poškodit průmyslovou síť, patří:

• znečištění
• vysoké teploty
• vlhkost, vibrace a otřesy
• elektromagnetické rušení
• prach a nečistoty
• velké vzdálenosti mezi zařízeními
• olejové výpary a mlhy
• chemické látky
• síťové hrozby

Data používaná průmyslovou síťovou komunikací

Průmyslová síťová komunikace zahrnuje velmi často přenášená malá data (například jedno slovo). Mezi taková data patří například:

• příkaz stop/start
• naměřená hodnota
• příkaz hodnoty do regulátoru

Ethernet

Ethernet je komunikační standard, který byl vyvinut v 70. letech 20. století. Ethernet byl vytvořen pro propojení sítí zařízení v lokálním prostředí, tj. LAN – Local Area Network. Od té doby je Ethernet běžným řešením v našich domácnostech, kancelářích a průmyslových závodech. Ethernetový kabel se připojuje k routeru a dalším zařízením a umožňuje přenos dat. Klíčovým faktorem pro správné fungování Ethernetu je, že oba konce kabelu musí být od sebe dostatečně vzdáleny a nesmí se nacházet v blízkosti elektrických zařízení. Velká mezera způsobí problémy s rychlostí připojení. Ethernet nabízí škálovatelnost, zabezpečení, nízké náklady na infrastrukturu a snadnou integraci s IT systémy.

Modbus TCP         

Modbus TCP je komunikační protokol vyvinutý na síti Modbus RTU. Data se nepřenášejí přes sériové linky, ale přes síť Ethernet, což je standard podporovaný mnoha výrobci. Důležité je, že Modbus, stejně jako Ethernet, je otevřený a veřejně dostupný protokol, a proto je tak populární. Síťová komunikace založená na Modbus TCP rozlišuje mezi zařízeními master a slave. Síť založená na tomto protokolu umožňuje větší kontrolu nad dohledem nad přenosem, čímž zvyšuje spolehlivost a přispívá ke zvýšení efektivity průmyslových procesů.

Průmyslový Ethernet/IP

Jedním z příkladů průmyslového využití Ethernetu je Ethernet/IP (Ethernet Industrial Protocol), vyvinutý společností Rockwell Automation. Používá CIP (Common Industrial Protocol). Komunikace přes Ethernet/IP zahrnuje jednoduché přidání parametrů uložených v tabulce. Lze rozlišit dva typy takových zpráv. Prvním typem jsou nekritická data, jako jsou diagnostická data, a jsou zpracovávána protokolem TCP. Pro prioritnější data, která musí být přenášena v reálném čase, se používá protokol UDP.

Profinet

Profinet je protokol dostupný v několika verzích, přičemž každá se liší dvěma požadavky. Prvním požadavkem, stanoveným specifiky výrobního závodu a výrobní linky, je doba přenosu. Kritická data musí být přenášena okamžitě (v reálném čase), zatímco diagnostická data musí být přenášena periodicky. Druhou kategorií, která se při výběru protokolu zvažuje, je stupeň shody se standardem Ethernet. Protokol byl vyvinut společností Siemens a organizací Profibus User Organizer (PNO) a je také kompatibilní s tradičními průmyslovými automatizačními zařízeními.

EtherCAT

EtherCAT (Ethernet pro technologii automatizace řízení) je na rozdíl od Ethernetu s jedním uzlem protokol, který umožňuje odesílání informací do více síťových uzlů současně. Skutečné množství kritických dat, která musí být přenášena v reálném čase, je velmi, velmi malé. Tento protokol je unikátní, protože nerozděluje data na kritická (prioritní) a méně důležitá data. Nerozděluje data ani nepřiřazuje prioritu všem datům. Díky vysoké rychlosti přenosu dat je ceněným průmyslovým standardem. EtherCAT byl na trh uveden společností EtherCAT Technology Group.

Powerlink

Powerlink je také ethernetový standard a jedná se o protokol v reálném čase s dobou odezvy kratší než 0,5 milisekundy. Data se přenášejí rychle a přesně a další výhodou tohoto standardu je absence hardwarových požadavků, protože Powerlink může fungovat na standardních síťových zařízeních. Tento standard je nejrychlejším řešením a drží světový rekord v rychlosti sítě.

Bezdrátové sítě

Ve věku bezdrátové komunikace je vhodné se ptát, zda má Ethernet stále smysl. Pro průmysl je Ethernet zásadní kvůli nepopiratelné stabilitě síťového připojení. Bezdrátový internet se může setkat s problémy, jako je ztráta signálu. Ethernet je nejlepším řešením pro síťovou komunikaci v průmyslu, protože každé odvětví vyžaduje spolehlivost a neustálé, nepřerušované sledování a diagnostiku výrobní linky.

Napájení přes Ethernet

PoE neboli PoE+ (Power over Ethernet / +) je velmi důležitá otázka a stojí za zmínku. PoE jednoduše znamená umožnit ethernetovým kabelům napájet síťová zařízení jako součást přenosu dat. To výrazně zjednodušuje síťovou kabeláž, snižuje prostor potřebný k vybudování takové sítě a snižuje míru poruchovosti systému díky menšímu počtu komponent.

Bluetooth a ZigBee

Bezdrátové sítě v podobě Bluetooth nebo ZigBee se používají především v automatizaci budov a jsou zodpovědné za akční členy a senzory. Bluetooth funguje dobře v malých sítích s maximálně sedmi zařízeními a vyznačuje se vysokou spolehlivostí. ZigBee je vynikající alternativou k Bluetooth a je vhodný pro přenos dat na delší vzdálenosti a není časově citlivý.

Síťová komunikační zařízení:

• Průmyslové přepínače, PoE přepínače (síťové přepínače)

• Sériové a optické převodníky

• Servery sériových portů

• Venkovní skříně

• Průmyslové konektory

• Průmyslové Routery

• Zdroje nepřerušitelného napájení pro průmysl

• Průmyslové rozbočovače signálu

• Průmyslové modemy

• Síťové karty

• Síťové rozbočovače

• Vysílače

• Síťové mosty

Komponenty pro průmyslové použití se vyznačují odolností vůči vlivům prostředí a spolehlivostí, ale také schopností pracovat v reálném čase, což je v případě řídicího strojního parku mimořádně důležité.

Viz také: Pracovní úrazy v průmyslu. Jak jim předcházet?