Coraz więcej przemysłowych systemów sterowania wykorzystuje magistrale polowe (fieldbus) do sterowania większą liczbą czujników i siłowników. Jako kluczowy element wykonawczy w procesach sterowania przepływem, siłowniki elektryczne są powszechnie stosowane w zastosowaniach przemysłowych. Do najczęściej używanych systemów magistralowych dla siłowników elektrycznych należą Modbus, CAN, Profibus, DeviceNet, Foundation Fieldbus, HART i Ethernet.

Wspólne systemy magistrali dla siłowników elektrycznych:

  • Modbus

  • MÓC

  • Profibus

  • DeviceNet

  • Foundation Fieldbus (FF)

  • JELEŃ

  • Ethernet

Modbus

W porównaniu z innymi technologiami magistrali polowych, Modbus jest prosty, ale wielofunkcyjny. Zapewnia wszystkie usługi niezbędne do automatyzacji produkcji, takie jak wymiana prostych informacji binarnych, wartości analogowych, parametrów urządzeń czy danych diagnostycznych.

W przypadku automatyki przemysłowej i urządzeń takich jak Profibus, zazwyczaj stosuje się prostą i solidną warstwę fizyczną RS-485. W oparciu o tę warstwę fizyczną, Modbus obsługuje różne formaty telegramów, takie jak Modbus RTU czy Modbus ASCII. Wykorzystanie wersji Modbus TCP/IP opartej na sieci Ethernet umożliwia integrację pionową z systemami automatyki hosta.

Cechy:

  • Prosty protokół

  • Nadaje się do prostych środowisk automatyki przemysłowej
    www.modbus.org

CAN (Controller Area Network)

CAN to protokół komunikacji szeregowej znormalizowany przez ISO, zaproponowany po raz pierwszy przez firmę Bosch w 1986 roku. Jest szeroko stosowany w elektronice samochodowej, automatyce przemysłowej, sprzęcie morskim, urządzeniach medycznych i sprzęcie przemysłowym.

Sieć CAN korzysta z dwóch standardowych protokołów: ISO11898 do komunikacji o dużej prędkości (125 kb/s – 1 Mb/s) oraz ISO11519-2 do komunikacji o niskiej prędkości (poniżej 125 kb/s). Sieć CAN charakteryzuje się wysoką niezawodnością i obsługuje sterowanie wieloma urządzeniami głównymi, wysokie prędkości transmisji oraz elastyczne dodawanie węzłów.

Cechy:

  • Sterowanie wielo-główne

  • Szybka prędkość transmisji

  • Elastyczne dodawanie węzłów

Profibus

PROFIBUS to międzynarodowy, otwarty i niezależny od urządzenia standard magistrali polowej. Jego prędkość transmisji waha się od 9,6 kb/s do 12 Mb/s. PROFIBUS jest szeroko stosowany w automatyzacji produkcji, automatyzacji przemysłu przetwórczego oraz automatyzacji budynków.

PROFIBUS składa się z trzech kompatybilnych części:

  • PROFIBUS-DP (Zdecentralizowane Peryferia) do komunikacji między systemami sterowania na poziomie urządzeń i rozproszonymi systemami wejścia/wyjścia.

  • PROFIBUS-PA (Automatyzacja procesów) do łączenia czujników i siłowników na tej samej magistrali, z zachowaniem wewnętrznych standardów bezpieczeństwa.

  • PROFIBUS-FMS (Specyfikacja komunikatów Fieldbus) do monitorowania na poziomie warsztatu z obsługą sieci wielo-masterowej w czasie rzeczywistym.

Cechy:

  • Otwarta architektura

  • Niezawodność

  • Elastyczność

  • Wydajność w czasie rzeczywistym

DeviceNet

DeviceNet to niedroga magistrala komunikacyjna łącząca urządzenia przemysłowe, takie jak wyłączniki krańcowe, czujniki, zawory, rozruszniki silników i inne, eliminująca wysokie koszty okablowania. Usprawnia komunikację między urządzeniami i zapewnia istotne funkcje diagnostyczne na poziomie urządzenia, trudne do osiągnięcia w przypadku tradycyjnych interfejsów wejścia/wyjścia.

DeviceNet opiera się na protokole CAN, zapewniając transmisję danych w czasie rzeczywistym. Obsługuje komunikację punkt-punkt, multi-master lub master/slave i może połączyć do 64 węzłów. Prędkości transmisji wynoszą 125 kb/s, 250 kb/s i 500 kb/s.

Cechy:

  • Komunikacja o niskich kosztach

  • Proste rozwiązanie sieciowe

  • Otwarty standard dla sprzętu i oprogramowania

  • Możliwości diagnostyczne

Foundation Fieldbus (FF)

Sieć Foundation Fieldbus została zaprojektowana specjalnie do automatyzacji procesów, a protokół FF H1 umożliwia transmisję na poziomie pola. FF obsługuje różne topologie i umożliwia bezpośrednią komunikację między urządzeniami po wyposażeniu ich w harmonogramer aktywnego łącza (LAS).

Cechy:

  • Elastyczność topologii

  • Obsługuje zdecentralizowane sterowanie cyfrowe

  • Bezpośrednia komunikacja między urządzeniami polowymi

  • Oparte na standardowych blokach funkcyjnych dla wejścia/wyjścia

www.fieldcommgroup.org

HART (Adresowalny zdalny przetwornik autostradowy)

HART wykorzystuje standardowy sygnał analogowy 4-20 mA do przesyłania danych zarówno analogowych, jak i cyfrowych. Komunikacja HART moduluje ten dodatkowy sygnał poprzez analogowy sygnał 4-20 mA, umożliwiając jednoczesną transmisję sygnałów cyfrowych i analogowych.

Obsługuje zasadę master/slave i jest często używany w komunikacji typu punkt-punkt.

Cechy:

  • Wykorzystuje istniejącą infrastrukturę 4-20 mA

  • Cyfrowa komunikacja dla dodatkowych parametrów i diagnostyki

  • Obsługiwane przez szeroką gamę urządzeń
    www.fieldcommgroup.org

Ethernet

Obecnie klasyczny Ethernet stał się wiodącym standardem sieci danych w środowiskach biurowych. „Ethernet przemysłowy” odnosi się do ulepszonego Ethernetu, który może być wykorzystywany w środowiskach automatyki przemysłowej.

Cechy:

  • Transmisja danych w czasie rzeczywistym i IT za pomocą powszechnych mediów

  • Praktycznie nieograniczona liczba uczestników i rozbudowa sieci

  • Skalowalna i elastyczna topologia

  • Szybki transfer danych, nawet w przypadku dużych ilości danych

  • Łatwa integracja z serwerami sieciowymi i interfejsami IoT (np. OPC UA)

Protokoły przemysłowego Ethernetu, takie jak Profinet, Ethernet/IP i Modbus TCP, są bezpośrednio zintegrowane z systemami DCS i zapewniają niezawodną komunikację oraz łatwy dostęp do urządzeń terenowych.