Czym jest fieldbus? Przemysłowe sieci komunikacyjne w praktyce

Czym jest magistrala obiektowa (fieldbus)?

Magistrala obiektowa (fieldbus) to cyfrowa, szeregowa, dwukierunkowa sieć komunikacyjna, która łączy urządzenia poziomu obiektowego, czyli czujniki, elementy wykonawcze, sterowniki PLC, napędy i aparaturę pomiarową, z systemem sterowania. Zanim pojawiły się magistrale obiektowe, każde urządzenie obiektowe wymagało dedykowanego przewodu analogowego 4 do 20 mA prowadzonego z powrotem do sterownika. Magistrale obiektowe zastąpiły te analogowe połączenia typu punkt-punkt jednym, współdzielonym przewodem cyfrowym, radykalnie obniżając koszt i złożoność okablowania.

Termin "fieldbus" obejmuje rodzinę różnych standardów rozwijanych od lat 80. XX wieku. Do najważniejszych magistral obiektowych stosowanych dziś w przemyśle w Indiach należą PROFIBUS, DeviceNet i Foundation Fieldbus.

Najważniejsze protokoły magistral obiektowych

PROFIBUS

PROFIBUS (Process Field Bus) to najszerzej wdrożona magistrala obiektowa na świecie, opracowana w Niemczech pod koniec lat 80. XX wieku. Występuje w dwóch odmianach:

• PROFIBUS DP (Decentralised Periphery), stosowany do szybkiej, cyklicznej komunikacji między sterownikami PLC a urządzeniami obiektowymi, takimi jak napędy, moduły I/O i enkodery. Prędkości do 12 Mbit/s po przewodzie RS-485.
• PROFIBUS PA (Process Automation), odmiana iskrobezpieczna do stref zagrożonych wybuchem (przemysł procesowy), pracująca z prędkością 31,25 kbit/s po dwużyłowej magistrali, która jednocześnie zasila aparaturę obiektową.

DeviceNet

DeviceNet został opracowany przez firmę Allen-Bradley (Rockwell Automation) i jest szeroko stosowany w zakładach motoryzacyjnych w Ameryce Północnej oraz w Indiach. Opiera się na protokole CAN (Controller Area Network), pracuje z prędkością do 500 kbit/s i obsługuje do 64 węzłów w jednym segmencie sieci. DeviceNet spotyka się najczęściej przy podłączaniu rozruszników silników, czujników fotoelektrycznych i bloków I/O do sterowników PLC firmy Rockwell.

Foundation Fieldbus (FF)

Foundation Fieldbus to w pełni cyfrowy, dwukierunkowy standard komunikacji opracowany na potrzeby automatyki procesowej: rafinerii, zakładów chemicznych i energetyki. W odróżnieniu od PROFIBUS urządzenia Foundation Fieldbus mogą realizować funkcje sterowania lokalnie, na poziomie samego urządzenia, co odciąża sterownik centralny. Standard pracuje z prędkością 31,25 kbit/s (H1) na poziomie obiektowym oraz 100 Mbit/s (HSE) na poziomie sieci sterowania.

Magistrala obiektowa a Ethernet przemysłowy: najważniejsze różnice

Dlaczego magistrale obiektowe są nadal stosowane

Mimo rozwoju Ethernetu przemysłowego magistrale obiektowe pozostają dominujące w wielu fabrykach w Indiach z kilku praktycznych powodów:

• Baza zainstalowana, miliony urządzeń PROFIBUS i DeviceNet są już wdrożone i pracują. Ich wymiana jest kosztowna i zakłóca produkcję.
• Sprawdzona niezawodność, PROFIBUS DP ma 30 lat udokumentowanej, niezawodnej pracy w trudnych warunkach przemysłowych.
• Iskrobezpieczeństwo, PROFIBUS PA i Foundation Fieldbus H1 mają certyfikaty do pracy w strefach zagrożonych wybuchem w zakładach naftowych, gazowych i chemicznych.
• Prosta diagnostyka, doświadczone zespoły utrzymania ruchu dobrze znają diagnostykę magistral obiektowych.

Łączenie magistrali obiektowej z nowoczesnymi systemami

Praktycznym wyzwaniem jest dziś połączenie starszych systemów magistral obiektowych z nowoczesnymi platformami SCADA, MES i chmurowymi. Realizuje się to za pomocą bram protokołów, czyli dedykowanego sprzętu, który tłumaczy dane PROFIBUS lub DeviceNet na Modbus TCP, OPC UA albo MQTT w celu dalszej transmisji.

Panele HMI Cermate od TSL Automation Solutions obsługują PROFIBUS DP jako wbudowany sterownik protokołu, co pozwala na bezpośrednie podłączenie do istniejących sieci PROFIBUS bez dodatkowych bram. Komputery przemysłowe Avalue mogą pracować z oprogramowaniem serwera OPC, aby przekazywać dane z magistrali obiektowej do systemów wyższego poziomu. Prosimy o kontakt z TSL Automation Solutions, aby omówić Państwa wymagania dotyczące integracji magistrali obiektowej.