Hálózati kommunikáció az iparban

A negyedik ipari forradalom az ipari automatizálás és a modern technológia, amely minden termelési folyamatot kísér.

A kommunikációs rendszereknek köszönhetően egyre több adat gyűjtésével vezérelhetők az eszközök működése, valamint a termelés integrálható az IT-rendszerekkel.

Ipari hálózat – mi is ez?

Az ipari hálózat nem más, mint kommunikáció egy IKT-hálózaton keresztül, amely összeköti és lehetővé teszi a különböző eszközök egységes, szabványosított módon történő kommunikációját ipari körülmények között. Az ipari kommunikációt biztosító ipari hálózatnak megbízhatónak kell lennie ahhoz, hogy a folyamatok megfelelően működjenek. Az ipari hálózati kommunikáció célja a stabilitás és a biztonság garantálása.

Az ipari hálózati rendszereket fenyegető veszélyek

Az ipari hálózat, és így a kommunikáció is, veszélyben lehet a működésében szerepet játszó kihívást jelentő ipari körülmények miatt. Az ipari hálózatot károsító tényezők többek között:

• szennyezés
• magas hőmérséklet
• páratartalom, rezgések és ütések
• elektromágneses interferencia
• por és szennyeződés
• eszközök közötti nagy távolságok
• olajgőzök és -ködök
• vegyi anyagok
• hálózati fenyegetések

Az ipari hálózati kommunikáció által használt adatok

Az ipari hálózati kommunikáció kis mennyiségű (például egyetlen szó) adatátvitelt foglal magában, amelyeket nagyon gyakran továbbítanak. Ilyen adatok például:

• stop/start parancs
• mért érték
• érték parancs a vezérlőnek

Ethernet

Az Ethernet egy kommunikációs szabvány, amelyet az 1970-es években fejlesztettek ki. Az Ethernetet a helyi környezetben, azaz LAN-ban (Local Area Network) lévő eszközök hálózatainak összekapcsolására hozták létre. Azóta az Ethernet elterjedt megoldás otthonainkban, irodáinkban és ipari üzemeinkben. Az Ethernet-kábel csatlakozik a routerhez és más eszközökhöz, lehetővé téve az adatok továbbítását. Az Ethernet megfelelő működésének kulcsfontosságú tényezője, hogy a kábel mindkét vége megfelelő távolságra legyen egymástól, és ne legyen elektromos eszközök közelében. A nagy rés csatlakozási sebességproblémákat okoz. Az Ethernet skálázhatóságot, biztonságot, alacsony infrastrukturális költségeket és egyszerű integrációt kínál az IT-rendszerekkel.

Modbus TCP            

A Modbus TCP egy Modbus RTU hálózaton kifejlesztett kommunikációs protokoll. Az adatok nem soros kapcsolatokon, hanem az Ethernet hálózaton keresztül továbbítódnak, amely egy számos gyártó által támogatott szabvány. Fontos megjegyezni, hogy a Modbus, akárcsak az Ethernet, egy nyílt és nyilvánosan elérhető protokoll, ezért olyan népszerű. A Modbus TCP-n alapuló hálózati kommunikáció különbséget tesz a master és a slave eszközök között. Az ezen a protokollon alapuló hálózat nagyobb kontrollt tesz lehetővé az átviteli felügyelet felett, ezáltal növeli a megbízhatóságot és hozzájárul az ipari folyamatok hatékonyságának növeléséhez.

Ipari Ethernet/IP

Az Ethernet ipari felhasználásának egyik példája az Ethernet/IP (Ethernet Industrial Protocol), amelyet a Rockwell Automation fejlesztett ki. A CIP-t (Common Industrial Protocol) használja. Az Ethernet/IP-n keresztüli kommunikáció a táblázatban tárolt paraméterek egyszerű hozzáadását jelenti. Az ilyen üzeneteknek két típusa különböztethető meg. Az első típus a nem kritikus adatok, például a diagnosztikai adatok, amelyeket a TCP protokoll kezel. A valós időben továbbítandó prioritású adatokhoz az UDP protokollt használják.

Profinet

A Profinet egy több változatban elérhető protokoll, amelyek mindegyike két követelményben különbözik. Az első követelmény, amelyet a gyártóüzem és a gyártósor sajátosságai határoznak meg, az átviteli idő. A kritikus adatokat azonnal (valós időben) kell továbbítani, míg a diagnosztikai adatokat periodikusan kell továbbítani. A protokoll kiválasztásakor figyelembe vett második kategória az Ethernet szabványnak való megfelelés mértéke. A protokollt a Siemens és a Profibus User Organizer (PNO) fejlesztette ki, és a hagyományos ipari automatizálási eszközökkel is kompatibilis.

EtherCAT

Az EtherCAT (Ethernet for Control Automation Technology) az egycsomópontos Ethernettel ellentétben egy olyan protokoll, amely lehetővé teszi az információk egyidejű küldését több hálózati csomópontra. A valós időben továbbítandó kritikus adatok tényleges mennyisége nagyon-nagyon kicsi. Ez a protokoll egyedülálló, mivel nem osztja fel az adatokat kritikus (prioritásos) és kevésbé fontos adatokra. Nem osztja fel az adatokat, és nem rendel prioritási státuszt az összes adathoz. Nagy adatátviteli sebességének köszönhetően értékes iparági szabvány. Az EtherCAT-et az EtherCAT Technology Group vezette be a piacra.

Powerlink

A Powerlink szintén Ethernet szabvány, és egy valós idejű protokoll, amelynek válaszideje kevesebb, mint 0,5 milliszekundum. Az adatok gyorsan és pontosan továbbítódnak, és a szabvány további előnye a hardverkövetelmények hiánya, mivel a Powerlink szabványos hálózati eszközökön is működhet. Ez a szabvány a leggyorsabb megoldás, és a hálózati sebesség világrekordját tartja.

Vezeték nélküli hálózatok

A vezeték nélküli kommunikáció korában érdemes megkérdezni, hogy az Ethernetnek még mindig van-e értelme. Az ipar számára az Ethernet alapvető fontosságú a hálózati kapcsolat tagadhatatlan stabilitása miatt. A vezeték nélküli internet olyan problémákkal szembesülhet, mint a jelveszteség. Az Ethernet a legjobb megoldás az ipari hálózati kommunikációra, mivel minden iparág megbízhatóságot, valamint a gyártósor állandó, megszakítás nélküli felügyeletét és diagnosztikáját igényli.

Power over Ethernet

A PoE vagy PoE+ (Power over Ethernet / +) egy nagyon fontos kérdés, és érdemes itt megemlíteni. A PoE egyszerűen lehetővé teszi az Ethernet-kábelek számára, hogy az adatátvitel részeként áramellátást biztosítsanak a hálózati eszközöknek. Ez jelentősen leegyszerűsíti a hálózati kábelezést, csökkenti az ilyen hálózat kiépítéséhez szükséges helyet, és a kevesebb alkatrész miatt csökkenti a rendszer meghibásodási arányát.

Bluetooth és ZigBee

A Bluetooth vagy ZigBee formájában megjelenő vezeték nélküli hálózatokat elsősorban az épületautomatizálásban használják, és a működtetőkért és érzékelőkért felelősek. A Bluetooth jól működik kis, legfeljebb hét eszközből álló hálózatokban, és nagy megbízhatóság jellemzi. A ZigBee kiváló alternatívája a Bluetooth-nak, alkalmas nagyobb távolságokra történő adatátvitelre, és nem időérzékeny.

Hálózati kommunikációs eszközök:

• Ipari switchek, PoE switchek (hálózati switchek)

• Soros és optikai átalakítók

• Soros port szerverek

• Kültéri házak

• Ipari csatlakozók

• Ipari Routerek

• Szünetmentes tápegységek ipari felhasználásra

• Ipari jelosztók

• Ipari modemek

• Hálózati kártyák

• Hálózati elosztók

• Adók

• Hálózati hidak

Az ipari felhasználásra szánt alkatrészeket a környezeti hatásokkal szembeni ellenállás és a megbízhatóság, de a valós idejű működés képessége is jellemzi, ami rendkívül fontos a vezérlőgéppark esetében.

Lásd még: Munkabalesetek az iparban. Hogyan lehet megelőzni őket?