Sieci przemysłowe, które powinien znać każdy automatyk

Dzisiejszy automatyk to człowiek orkiestra. Powinien nie tylko znać się na programowaniu sterowników PLC, projektowaniu systemów SCADA czy analizie danych, ale również na sieciach przemysłowych – krwiobiegu nowoczesnej automatyki. Wybór odpowiedniej sieci, jej konfiguracja i utrzymanie to klucz do efektywnego działania zakładów produkcyjnych. Jakie sieci przemysłowe są dziś najczęściej wykorzystywane w zakładach produkcyjnych i powinien znać je każdy automatyk?

Ethernet przemysłowy – klasyk, który dominuje na halach produkcyjnych

Ethernet przemysłowy, czyli odmiana klasycznego Ethernetu znanego z biur, to podstawa nowoczesnych zakładów. Jego największą zaletą jest elastyczność – umożliwia integrację urządzeń od czujników po systemy zarządzania produkcją. Dzięki niemu można szybko przesyłać dane między maszynami, a także integrować starsze i nowsze technologie w jednym systemie.

Jako przykład można sobie wyobrazić fabrykę produkującą wszelkiego rodzaju maszyny, w której architektura sterowania łączy sterowniki PLC, panele HMI oraz roboty – za pomocą jednej sieci Ethernet. Dzięki temu operator może np. w czasie rzeczywistym monitorować i optymalizować procesy. W przypadku nagłej zmiany projektu, np. innego kształtu części maszyny, możliwe jest natychmiastowe przesłanie nowych danych.

Omówmy krótko najbardziej popularne standardy Ethernetu przemysłowego.

Profinet: stosowany do szybkiej komunikacji między sterownikami PLC a urządzeniami wykonawczymi. Standard ten oferuje wsparcie dla funkcji czasu rzeczywistego i zaawansowanego monitorowania. Jest bardzo elastyczny, co pozwala na stosowanie go zarówno w małych maszynach, jak i w dużych liniach produkcyjnych. Jego funkcje diagnostyczne pomagają szybko wykrywać i usuwać problemy, minimalizując przestoje, przez co jest on często wybierany jako standard komunikacji w nowoczesnych zakładach.

Więcej informacji na temat Profinetu znajdziesz w artykule Profinet – przemysłowy standard komunikacji

EtherCAT: najlepiej dopasowujący się do zadań wymagających synchronizacji, np. w maszynach CNC. Standard ten charakteryzuje się bardzo niskimi opóźnieniami i dużą przepustowością, co czyni go idealnym rozwiązaniem w aplikacjach wymagających precyzyjnej kontroli ruchu. Jako przykład możemy podać zastosowanie w wielkogabarytowej drukarce 3D do zadań konstrukcyjnych, gdzie dzięki wykorzystaniu struktury pierścieniowej uzyskaliśmy wysoką odporność na awarię oraz zapewniliśmy bardzo dużą szybkość i wydajność przesyłu danych dużych rozmiarów. Dodatkowo jego modułowa budowa pozwala na skalowanie architektury sterowania w zależności od potrzeby aplikacji. Kompatybilność EtherCAT z wieloma urządzeniami zdobyła uznanie w szerokim wachlarzu dedykowanych branż.

Więcej o EtherCAT dowiesz się z artykułu EtherCAT – czym jest i jak działa?

Modbus TCP: prosty w implementacji i najbardziej popularny w aplikacjach typu SCADA. Standard ten, jako rozszerzenie klasycznego Modbusa, oferuje możliwość łatwej integracji z nowoczesnymi systemami sieciowymi. Dzięki swojej prostocie stał się popularnym rozwiązaniem w mniejszych zakładach oraz tam, gdzie istotne są niskie koszty wdrożenia. Modbus TCP pozwala na efektywne przesyłanie danych w czasie rzeczywistym między systemami sterowania a urządzeniami wykonawczymi. Często wykorzystywany jest w systemach zarządzania energią, gdzie umożliwia monitorowanie zużycia oraz sterowanie urządzeniami.

Zachęcamy do zapoznania się z 14 odcinkiem naszego kursu programowania w środowisku Codesys.

Ethernet/IP: obsługuje wiele urządzeń jednocześnie, co czyni go idealnym rozwiązaniem dla dużych zakładów. Standard ten jest przeznaczony do przesyłania danych w czasie rzeczywistym, umożliwiając komunikację między sterownikami PLC, czujnikami, urządzeniami wykonawczymi oraz systemami nadrzędnymi. Kluczową cechą Ethernet/IP jest wykorzystanie modelu CIP (Common Industrial Protocol), który zapewnia jednolitą strukturę danych i funkcji, niezależnie od producenta urządzenia. Protokół wspiera zarówno komunikację cykliczną (I/O), jak i komunikację konieczną do np. przesyłania danych diagnostycznych. Dzięki zastosowaniu standardowych mechanizmów TCP/IP, jest on również łatwo integrowany z sieciami IT.

Zachęcamy do zapoznania się z kursem Ethernet/IP w robotach Kawasaki.

Sieci polowe – Fieldbus wciąż żywy

Choć mogłoby się wydawać, że Fieldbus to technologia minionej epoki, nadal ma swoje miejsce w świecie automatyki. Sieci te są niezawodne i świetnie sprawdzają się tam, gdzie potrzebna jest komunikacja o wysokiej niezawodności. Na przykład w zakładzie produkującym napoje gazowane linia rozlewnicza oparta na jednej z sieci polowych, zapewnia synchronizację pracy pomp, zaworów i czujników przepływu. Stabilność sieci umożliwia utrzymanie wysokiej jakości i minimalizację strat. Każda butelka jest napełniana z dokładnością co do mililitra, a system natychmiast reaguje na ewentualne awarie, zapewniając ciągłość produkcji.

Najczęściej stosowane standardy sieci polowych to:

• Profibus: lider w przemyśle, szczególnie w aplikacjach procesowych. Jego dwa główne warianty to Profibus DP, dedykowany do szybkiej wymiany danych w systemach automatyki, oraz Profibus PA, przeznaczony do aplikacji procesowych, w tym tych w strefach zagrożonych wybuchem, gdzie wymagana jest m.in. wysoka niezawodność.
• CAN/CANopen: to protokół komunikacyjny zaprojektowany pierwotnie dla przemysłu motoryzacyjnego, który później znalazł zastosowanie w automatyce przemysłowej. Jest ceniony za swoją odporność na zakłócenia i wysoką niezawodność. Rozwinięciem CAN jest standard CANopen, który ułatwia integrację w bardziej złożonych aplikacjach, umożliwiając efektywną komunikację w systemach sterowania maszynami czy robotami. Jednym z przykładów może być zastosowanie w przemyśle nowoczesnych technik drukarskich, czyli fleksografii.
• DeviceNet: to standard oparty na technologii CAN, używany głównie w przemyśle motoryzacyjnym oraz w maszynach przemysłowych. Umożliwia łatwą integrację urządzeń polowych, takich jak czujniki, siłowniki i sterowniki, eliminując potrzebę skomplikowanego okablowania. Wspiera również zasilanie urządzeń przez tę samą magistralę, co upraszcza instalację i redukuje koszty systemu.

OPC UA – uniwersalny tłumacz przemysłowy

OPC UA (Open Platform Communications Unified Architecture) to nie tylko standard komunikacji, ale prawdziwy ambasador między różnymi technologiami. Pozwala na wymianę danych między urządzeniami różnych producentów w sposób bezpieczny i niezależny od platformy. Jedną z kluczowych cech jest wysoki poziom bezpieczeństwa, obejmujący szyfrowanie, uwierzytelnianie użytkowników oraz integralność danych. OPC UA oferuje także możliwość zintegrowania systemów w chmurze, co ułatwia monitorowanie procesów w czasie rzeczywistym. Dzięki temu jest on podstawą dla Przemysłu 4.0 oraz IoT i umożliwia przez to  bezproblemowe łączenie różnych technologii.

Więcej informacji na ten temat można znaleźć w artykule Przemysł 4.0: „Wybieram OPC UA dla mojego Internetu Rzeczy”

Bezprzewodowe sieci przemysłowe – przyszłość na wyciągnięcie ręki

W erze Przemysłu 4.0 rośnie również popularność sieci bezprzewodowych. Technologie takie jak Wi-Fi 6, Bluetooth Low Energy (BLE) czy Zigbee znajdują zastosowanie w monitorowaniu stanu maszyn, śledzeniu aktywów czy integracji z IoT. Wi-Fi 6 oferuje nie tylko większą szybkość, ale również stabilność w środowiskach o dużym zagęszczeniu urządzeń. BLE to z kolei idealne rozwiązanie do aplikacji o niskim zużyciu energii.

Podsumowanie

Dzisiejszy automatyk musi znać różnorodne sieci przemysłowe, bo każda z nich ma swoje charakterystyczne zastosowanie i zalety. Ethernet przemysłowy dominuje na hali, Fieldbus wciąż ma swoje wierne grono fanów, a technologie bezprzewodowe i OPC UA otwierają drzwi do przyszłości. Niezależnie od tego, które sieci wykorzystujesz, pamiętaj – kluczem do sukcesu jest nie tylko znajomość technologii, ale także kreatywność i oryginalność w jej zastosowaniu.