Die Feldkommunikation ist eine fortschrittliche Technologie, die zentralisierte Netzwerke durch verteilte Steuerungsebenen ersetzt. Fieldbus dient als Upgrade von Punkt-zu-Punkt-Verbindungen und stellt verschiedene Feldkommunikationsprodukte für mehrere Zwecke und Standorte bereit.
Moderne Feldkommunikationsgeräte bieten Zweiwege-Multi-Drop-Verbindungen zwischen isolierten intelligenten Geräten, einschließlich Leistungs- und Temperaturreglern, Thermoelementen und anderen Heizprodukten. In einigen Fällen umfassen diese Verbindungen Single-Master-/Multiple-Slave-Systeme, bei denen ein Master-Gerät Multi-Slave-Geräte zu und von einem zentralen Kommunikations-Hub verbindet und steuert.
Arten von Feldkommunikationsprodukten
Modbus® TCP
Modbus® ist ein beliebtes Kommunikationsprotokoll, das in verschiedenen Branchen eingesetzt wird. Der Modbus® TCP ist ein Upgrade seiner vorherigen RTU-Einstellungen, das Anwendern Ethernet-Funktionalitäten (TCP/IP) im Vergleich zu eingeschränkten seriellen Kommunikationseinstellungen bietet.
Modbus® TCP integriert sich nahtlos mit den aktuellen Infrastrukturen über RJ45-Verdrahtung, was eine einfache Skalierbarkeit und schnelle Datenübertragungsgeschwindigkeit ermöglicht. Anwender können ein Modbus® TCP-System bequem innerhalb von Stunden über Treiberkonfigurationen einrichten. Ingenieure entwickelten den Modbus® TCP 1979 als aktualisierte Kommunikationslösung (über LAN-Infrastrukturen) zwischen programmierbaren Steuerungen und Sensoren. Die verbesserte Modbus-®Technologie erhöhte die Grenze der angeschlossenen Geräte von geschätzten 240 (RTU-Fähigkeiten) auf über 16 Millionen.
Was die Nachteile anbelangt, bietet der Modbus® TCP diskrete Daten-Pulls. Zusätzlich hängt das Gerät von angeforderten Daten (ohne Ausnahmeberichte) und einer kontinuierlichen Verbindung ab.
DeviceNet™
DeviceNet™ wurde 1999 gegründet und läuft als Anwendungsschicht auf einem CAN-Chip durch Twisted-Pair-Verdrahtung. DeviceNet™ verwaltet implizite und explizite Nachrichten zu erschwinglichen Kosten, und das Gerät erhält eine breite Nutzung in verschiedenen Branchen mit hoher Zuverlässigkeit. Die niedrigen Kosten und die Einfachheit von DeviceNet machen es zu einer ’praktikablen Option für Einrichtungen, die kostspielige Festverdrahtungsprozesse eliminieren und gleichzeitig genaue Diagnosen auf Geräteebene bereitstellen.
DeviceNet™ ermöglicht es Benutzern auch, mehrere Geräte in einem Netzwerk in Echtzeit zu konfigurieren und die Konfigurationen für die zukünftige Verwendung aufzuzeichnen.
Nachteilig ist, dass DeviceNet™ eine begrenzte Bandbreite und Nachrichtengröße hat, was die Verwendung auf kleinere Kommunikationssysteme beschränkt. Darüber hinaus funktioniert DeviceNet™ mit einer begrenzten Kabellänge, was es ungeeignet für komplexere Einrichtungsvorgänge in Anlagen macht, die sich über einen weiten Bereich erstrecken. Einige Benutzer melden Fehler im Zusammenhang mit falschen EDS-Dateien (elektronisches Datenblatt), was zu technischen Problemen führt.
EtherNet/IP™
EtherNet/IP™ ist der häufig verwendete Standard für die meisten SPS-Geräte (speicherprogrammierbare Logiksteuerung). ControlNet gründete die Technologie in Zusammenarbeit mit ODVA in den 2000er Jahren und bleibt eine weithin anerkannte Wahl für die Feldkommunikation. EtherNet/IP™ bietet einen zertifizierbaren Standard, um sicherzustellen, dass Feldgeräte die Branchenkonsistenzen und Qualität erfüllen.
Eines der herausragenden Merkmale von EtherNet/IP™ ist das Transportkontrollprotokoll (TCP), das den Benutzern hilft, unterschiedliche, aber verbundene Geräte für einen bequemen Zugriff über einen gemeinsamen Steuerungs-Hub zu organisieren. Darüber hinaus funktioniert EtherNet/IP™ mit einer schnellen Zyklusrate und optimiert die E/A-Datenübertragungen bis zu 1 ms Zyklen.
Hinsichtlich der Nachteile funktioniert der EtherNet/IP™ mit begrenzter Bandbreite (bei einer maximalen Größe von 500 Byte pro Datenpaket). EtherNet/IP™ verfügt nicht über allgemeine Diagnosefunktionen, was die Effektivität der Fehlerbehebung verringert.
Profibus DP
Profibus DP (dezentralisierte Peripherie) ist einer der am weitesten verbreiteten Feldbus-Standards in der gesamten Produktionsindustrie. Gegründet 1989 durch das BMBF (Deutsches Departement für Bildung und Forschung), arbeitet Profibus mit hoher Geschwindigkeit und Zuverlässigkeit und wird häufig in Branchen in ganz Europa eingesetzt. Ingenieure und OEMs verwenden oft Profibus DP, um verschiedene Peripheriegeräte (d. h. Aktoren und Sensoren) von einem zentralen Hub mit einer einfachen Plug-and-Play-Funktion zu betreiben.
Weltweit sind etwa 13 Millionen Knoten von Profibus installiert, wobei 2,1 Millionen aus der Prozessindustrie kommen, möglicherweise aufgrund der Unterstützung, die von Regler-Lieferanten erhalten wird.
Zu den Nachteilen des Profibus DP gehören niedrige Datenbandbreitengrenzen (bei 244 Byte pro Knoten) und teure Installationsgebühren, einschließlich des Preises für Kabel- und Distanzverlängerungen.
ProfiNet®
Siemens® hat das ProfiNet als industrielle Variante des Profibus DP entworfen. Die Technologie bietet eine Vielzahl von Vorteilen, einschließlich Hochgeschwindigkeitsleistung, implizite Messaging-Funktionen und erhöhte Zuverlässigkeit aufgrund seiner deterministischen Protokolle. ProfiNet ist außerdem mit energiesparenden Funktionen ausgestattet, die nicht verwendete Geräte und Produktionseinheiten ausschalten.
Darüber hinaus ermöglichen die Ultra-Speed-Funktionen von ProfiNet die Kommunikation über Feldgeräte in Echtzeit, um synchronisierte Bewegungen und verbesserte Effizienz zu erzielen. Das Gerät bietet auch eine hochverfügbare Installation, entweder durch externe Schalter oder integrierte Programme.
Die Echtzeitfunktionen von ProfiNet ermöglichen es Benutzern, mehrere Protokolle über einzelne parallele Netzwerke zu betreiben. Auf der anderen Seite ist ProfiNet mit einigen PCs/SPS in der Branche nicht kompatibel, sodass Benutzer alternative Lösungen suchen müssen.
CAN-Bus
CAN (Controller Area Network) Bus bietet Benutzern Master-to-Master-Kommunikation und erfordert minimale Verdrahtungskosten. Darüber hinaus ist das Gerät sehr flexibel und leicht in verschiedene Projektstandorte integriert. CAN-Bus reduziert die komplexen verdrahteten Systeme, die in mehreren Branchen (d. h. Automobil, Heizung usw.) gefunden werden, erheblich und bietet Benutzern eine automatische Neuübertragung von Nachrichten mit verlorenen Zuordnungswerten während eines Systemfehlers.
In Bezug auf die Vorteile hat CAN Bus eine begrenzte verdrahtete Länge von 40 Metern und ist sehr empfindlich gegenüber Spannungsänderungen. Darüber hinaus können CAN Bus Software-Management und Prozesse zu hohen Ausgaben führen. Das System ermöglicht es Benutzern auch nicht, Knoten ohne Abschlusswiderstände zu entfernen.
EtherCat®
EtherCAT® (Ethernet for control automation technology) ist ein Upgrade des Modbus® RTU, das die Kommunikationsqualität zwischen programmierbaren Steuerungen und Sensoren verbessert, speziell für industrielle Automatisierungsvorgänge. Zusätzlich zu den physischen Ethernet-Vorteilen verwendet EtherCAT® einen einzigartigen Satz von Protokollen, wobei das Master-Gerät der einzige Knoten ist, der autorisiert ist, einen Frame zu liefern, der die Echtzeit-Betriebsfähigkeit erheblich optimiert und gleichzeitig den Bandbreitenbedarf reduziert.
Aufbau der richtigen Kommunikation
Letztendlich haben alle Feldkommunikationsoptionen ihre Vor- und Nachteile. OEMs und Konstrukteure können das am besten geeignete Gerät finden, indem sie ihre spezifischen Projektanforderungen neben Faktoren wie Branchentyp, Topologie (Systemlayout), Anzahl der angeschlossenen Geräte und Datengeschwindigkeit berücksichtigen.
Watlow ist ein vertrauenswürdiger internationaler Anbieter von hochwertigen Heizprodukten. Unser umfassendes Produktportfolio umfasst Leistungs- und Temperaturregler, PID-Regler, Thermoelemente und andere optimierte Feldkommunikationsgeräte. Wir glauben an die Bereitstellung führender Technologie für eine Zukunft, die von Möglichkeiten angetrieben wird.