Da der Grad der industriellen Automatisierung immer weiter zunimmt, wird die Bedeutung der industriellen Bustechnologie immer deutlicher. Als eine der Kerntechnologien im Industriesektor spielen Industriebusse eine entscheidende Rolle für die effiziente Kommunikation und den Datenaustausch zwischen Geräten. Ein Industriebus bezieht sich auf eine Reihe gemeinsam genutzter Signalleitungen, die zur Übertragung von Informationen und zur Erleichterung der Kommunikation zwischen Modulen verwendet werden. Unter der Kontrolle eines Master-Geräts dient es als Pfad zur Übertragung von Informationen an ein bestimmtes Empfangsgerät.
Basierend auf ihrem Standort können Busse in externe Busse, interne Busse und On-Chip-Busse eingeteilt werden. Zu den gängigen externen Bussen gehören RS-232, RS-485, USB und CAN (Abbildung 1); Zu den gängigen internen Bussen gehören HT, I²C und SPI (Abbildung 2). Zu den üblichen Systembussen gehören Datenbusse, Steuerbusse und Adressbusse.
Externer Bus
Interner Bus
Gemeinsame Industriebusse
CAN-Bus
CAN (Controller Area Network) ist ein von der ISO standardisiertes serielles Kommunikationsprotokoll. Der CAN-Bus ist ein serielles Datenkommunikationsprotokoll, das Anfang der 1980er Jahre von Bosch in Deutschland entwickelt wurde, um den Datenaustausch zwischen den zahlreichen Steuerungs- und Prüfsystemen in modernen Automobilen zu erleichtern. Es handelt sich um einen Multi-Master-Bus, der als Kommunikationsmedium Twisted-Pair-Kabel, Koaxialkabel oder Glasfaser verwenden kann. Die maximale Kommunikationsrate kann 1 Mbit/s erreichen.
EtherCAT-Bus
EtherCAT (Ethernet for Control Automation Technology) ist ein leistungsstarkes industrielles Ethernet-Kommunikationsprotokoll, das speziell für industrielle Echtzeit-Steuerungssysteme entwickelt wurde. Es handelt sich um einen offenen internationalen Standard, der 2003 von Beckhoff Automation aus Deutschland eingeführt wurde.
In einem EtherCAT-Netzwerk werden Daten über eine ringförmige oder lineare Netzwerktopologie übertragen. Jedes Slave-Gerät liest die benötigten Daten und gibt das Datenpaket dann sofort an den nächsten Slave weiter; Dieser Vorgang wird als „Verarbeitung im laufenden Betrieb“ bezeichnet.
ProfiNet-Bus
ProfiNet ist ein fortschrittliches Kommunikationssystem, das verteilte Automatisierung unterstützt und von Siemens und der ProfiBus User Association entwickelt wurde. ProfiNet=ProfiBus + Ethernet; Es passt die ProfiBus-Master-{3}}Slave-Architektur an Ethernet an und ist ein Automatisierungsbusstandard, der auf der Industrial-Ethernet-Technologie basiert. Es unterstützt nicht nur verschiedene Topologien und erleichtert so die Systemintegration und -erweiterung, sondern ist auch mit vorhandenen Ethernet-Schnittstellen und -Protokollen kompatibel; Es ermöglicht nicht nur die Echtzeitsteuerung von Produktionslinien, sondern stellt über TCP auch Datendienste für das Web und die Cloud bereit.
Modbus-Bus
Das Modbus-Kommunikationsprotokoll wurde 1979 von Modicon erfunden und war eines der frühesten Busprotokolle, die in industriellen Umgebungen verwendet wurden. Es gibt mehrere Versionen des Modbus-Kommunikationsprotokolls, wobei Modbus RTU, Modbus ASCII und Modbus TCP am häufigsten verwendet werden.
Überlegungen
Um den unterschiedlichen Anforderungen verschiedener Anwendungsszenarien gerecht zu werden, müssen folgende Faktoren geklärt werden:
① Pünktlichkeitsanforderungen: Wählen Sie einen Industriebus mit Hochgeschwindigkeitsübertragungsfähigkeiten basierend auf den Pünktlichkeitsanforderungen für die Informationsübertragung während des Produktionsprozesses aus. Zu den gängigen Hochgeschwindigkeits-Industriebussen gehören EtherCAT, Profinet und EtherNet/IP. Diese Busse zeichnen sich durch geringe Latenz und hohe Bandbreite aus und eignen sich daher für Szenarien mit hohen Anforderungen an die Kommunikationsgeschwindigkeit.
② Datenvolumen und Echtzeitanforderungen: Bei der Auswahl eines geeigneten Industriebusses müssen Datenvolumen und Echtzeitanforderungen berücksichtigt werden. Einige Busse wie CAN und DeviceNet eignen sich für Szenarien mit kleinen Datenmengen und geringen Echtzeitanforderungen, während Modbus und ProfiBus für Szenarien mit moderaten Datenmengen und höheren Echtzeitanforderungen geeignet sind.
③ Zuverlässigkeit und Fehlertoleranz: Berücksichtigen Sie potenzielle Risiken in Industrieumgebungen, wie z. B. Störungen und Geräteausfälle. Beispielsweise bietet der ControlNet-Bus robuste Fehlertoleranzfunktionen und eignet sich daher für Szenarien, die eine hohe Zuverlässigkeit erfordern. Darüber hinaus verfügen bestimmte Busse wie EtherCAT und ProfiNet über automatische Erkennungs- und Selbstheilungsfunktionen, die eine zuverlässige Kommunikation gewährleisten.
④ Flexibilität und Interoperabilität: Ein weiterer zu berücksichtigender Faktor ist, ob das System mit mehreren Geräten und Geräten verschiedener Hersteller kommunizieren muss. Einige Industriebusse wie Modbus und OPC UA bieten eine hervorragende Interoperabilität und Gerätekompatibilität, sodass sie sich -gut für Szenarien eignen, die die Kommunikation mit mehreren Geräten erfordern.
Prozessschritte
Vor der Auswahl eines geeigneten Industriebusses empfiehlt es sich, folgende Schritte zu befolgen:
① Anforderungsanalyse: Berücksichtigen Sie umfassend den Produktionsprozess, die Geräteanforderungen und andere spezifische Anforderungen, um die spezifischen Eigenschaften zu klären, die an den Industriebus gestellt werden.
② Marktforschung: Gewinnen Sie ein detailliertes Verständnis der Funktionen, Anwendungsszenarien, Marktanteile und Kosten verschiedener Industriebusse. Informationen erhalten Sie durch die Lektüre relevanter Berichte, den Besuch von Branchenmessen und die Beratung mit Fachleuten.
③ Anbieterbewertung: Die Kontaktaufnahme mit verschiedenen Industriebusanbietern wird Ihnen helfen, die Leistung, den technischen Support und andere von ihnen angebotene Dienstleistungen besser zu verstehen.
④ Technische Validierung: Vergleichen Sie durch praktische Validierung und Tests die Leistung und Zuverlässigkeit verschiedener Industriebusse innerhalb des Systems (basierend auf Metriken wie Busübertragungszyklus, Taktzyklus, Betriebsfrequenz und Busbandbreite), um die optimale Lösung auszuwählen.
Zu beachtende Punkte
Achten Sie bei der Auswahl eines geeigneten Industriebusses auf folgende Aspekte:
① Gerätekompatibilität: Stellen Sie sicher, dass die Geräte mit dem ausgewählten Industriebus kompatibel sind und die entsprechenden Kommunikationsprotokolle unterstützen.
② Topologie: Wählen Sie basierend auf den Systemanforderungen eine geeignete Bustopologie-wie Bus, Stern, Baum oder Ring- aus.
③ Effiziente Wartung: Verstehen Sie die Wartungs- und Fehlerbehebungsverfahren für den Industriebus und planen und verwalten Sie das Industriebusnetzwerk entsprechend, um eine stabile und zuverlässige Kommunikation sicherzustellen.
Schließlich sollten Sie bei der Auswahl eines Industriebusses auf eine langfristige Planung und Skalierbarkeit achten, um häufigen Austausch und Upgrades zu vermeiden.