Компоненты систем Fieldbus

от

В течение многих лет промышленные сети подключались с использованием последовательной связи RS232, которая была ограничена тем, что позволяла устройствам в сети обмениваться данными только через прямые последовательные соединения. Это означает, что если на одно соединение приходится N устройств, то будет доступно (N-1) соединений для других коммуникаций в отрасли. Однако в конце 20 века был разработан Международный стандарт полевой шины, который ознаменовал значительный поворотный момент в соединении этих сетей, обеспечив большую гибкость и масштабируемость, чем позволяли предыдущие технологии.

Полевая шина — это сеть компьютеров, встроенных в различные машины на рабочих местах. Они позволяют устройствам ввода (таким как коммутаторы Ethernet и датчики) взаимодействовать с устройствами вывода (клапаны, приводы) без подключения их к отдельному контроллеру.

В целом, системы полевой шины https://al-teh.ru/category/komponenty-sistem-fieldbus/ обеспечивают эффективный способ подключения различных устройств к единой промышленной сети и упрощают управление ими на каждом этапе производства. В следующем руководстве будет дана оценка системы полевой шины, основных компонентов данного типа полей и некоторых конкретных реализаций этой технологии.

Полевая шина в сложной автоматизированной промышленной системе

Сложные автоматизированные промышленные системы обычно имеют много уровней иерархии в своей организационной структуре. В большинстве случаев бизнес-стратегиями производства управляют высшие уровни управления. Они подключаются к программируемым логическим контроллерам (ПЛК) более низкого уровня через систему связи, не зависящую от времени, такую как кабель Ethernet. Однако при таких низких уровнях часто также возникает необходимость в том, чтобы машины могли быстро обмениваться данными друг с другом, поэтому вместо этого они используют полевую шину. Это средство связи соединяет ПЛК на уровне прямого управления с элементами внутри зданий, такими как датчики, исполнительные механизмы, электродвигатели, переключатели и клапаны. Полевые шины заменяют другие формы подключения, такие как провода или цифровые сигналы ввода-вывода, которые в противном случае соединяли бы каждую машину последовательно по линии.

Платы полевой шины

Эти платы полевой шины подключаются к контроллерам семейства pCO sistema по последовательным каналам связи с использованием стандартных или проприетарных протоколов, позволяя получать доступ к этой информации и отправлять команды. Для эффективного управления устройствами организации предлагают эти платы полевой шины в различных вариантах в зависимости от требуемого протокола.

Распространенные протоколы полевой шины

Промышленные покупатели должны решить, какой протокол они хотят использовать при покупке продукта Fieldbus. После того, как они определятся с протоколом, они могут рассмотреть другие аспекты, такие как то, насколько хорошо он соответствует их системе или сети, его физические характеристики и характеристики производительности, что позволит им найти наилучший вариант, соответствующий их потребностям.

В настоящее время еще не согласованы стандарты для архитектур полевых шин. Отныне протоколы различаются в зависимости от того, для какого приложения или отрасли они будут использоваться. Наиболее распространенными протоколами, встречающимися в этих системах, являются Fountain Fieldbus, Device Net, Modbus, Profibus и так далее.

Со временем был разработан широкий спектр вариантов протоколов полевой шины, поскольку постоянно конкурирующие производители полевых шин искали способы превзойти друг друга. Необходимость создания полевой шины, которая соответствовала бы индивидуальным потребностям, в сочетании с крупными рынками, созданными этими покупателями, привела к выпуску множества различных протоколов. В настоящее время существует два основных варианта – базовая полевая шина и Profibus, – которые разработчики систем управления часто рассматривают при определении того, какой коммуникационный модуль они хотят использовать. Однако не все модули будут работать с любым типом протокола, поэтому имейте это в виду, когда решаете, какой вариант лучше для любой системы.

Технические характеристики

Проектные спецификации продуктов Fieldbus включают количество и типы соединений, которые они допускают. Это важное соображение при определении совместимости процессов.

  • Максимальное количество подключений:Количество доступных портов или подключений, которые могут выполнять компоненты и устройства.
  • Тип (ы) подключения: Кабели и типы соединений совместимы с полевой шиной, включая коаксиальные и волоконно-оптические кабели.
  • Модульность: она связана с универсальностью дизайна продукта. Модульные продукты Fieldbus разработаны с использованием классических элементов, которые допускают дополнения и расширения, таких как планшеты ввода-вывода (IOS).

Технические характеристики

Технические характеристики характеризуют степень корректности функционирования изделия Fieldbus. Спецификации, которые следует учитывать, включают точность и отклонение.

  • Точность может количественно определять, насколько измерения близки к их фактическим значениям — свойство, которое становится все более важным, поскольку многие устройства также снимают показания.
  • Drift измеряет изменения точности с течением времени; устройства с большим дрейфом в конечном итоге перестанут работать должным образом из-за этого отклонения. Обычно она характеризуется отклонением в течение одного года (± 0,10 ° C).

Функции и возможности

Продукты Fieldbus имеют множество вариантов связи, таких как измерение, калибровка, анализ данных и ПИД-регулирование.

  • Измерительные функции могут быть встроены в продукты Fieldbus вместо некоторых простых датчиков или зондов, которые предоставляют прерывистую или непрерывную информацию об условиях процесса.
  • Устройства полевой шины калибровки автоматически корректируют смещение компонентов или ошибки калибровки, связанные с температурой.
  • В продукты Fieldbus могут быть встроены функции документирования для автоматической обработки и хранения информации со всех подключенных компонентов.
  • Продукты Fieldbus могут также добавлять возможности анализа данных для агрегированного анализа данных со всех подключенных компонентов.
  • Наконец, опция, известная как PID-контроль, также может существовать в некоторых продуктах Fieldbus. ПИД-регулятор служит не столько в качестве пассивных соединителей, сколько обеспечивает локальную обработку данных, не полагаясь на центральный ПЛК.

Функции полевой шины

Полевая шина — это набор стандартов для датчиков, исполнительных механизмов и анализаторов, который был разработан для повышения эффективности сбора данных в режиме реального времени.

устройства емкостью 4-20 мА (МИЛ) используют аналоговые сигналы для передачи информации о предприятии обратно по цепочке – эта технология была заменена новыми цифровыми форматами, передаваемыми по полевой шине. Благодаря переходу от централизации к распределению этих протоколов обеспечивается единая игровая площадка, где управление технологическим процессом может осуществляться полевыми устройствами, а не контроллером или главной шиной, что означает более совершенное оборудование, способное работать дольше без ошибок. Это создает возможность беспроводного удаленного мониторинга на больших расстояниях – даже через континенты!

Как работает полевая шина

Полевая шина позволяет нескольким полевым устройствам получать доступ к одной центральной точке передачи данных вместо ограничения связи только двумя одновременно. Затем основной узел взаимодействует с центром управления, эффективно распространяя важную информацию во время процедуры.

Связь по полевой шине обычно осуществляется с помощью коротких пакетов, доставляемых последовательно, мультиплексированных по времени для обеспечения достаточного объема и закодированных. В отличие от параллельных передач, этот стиль связи требует меньшего количества подключений, поскольку двухточечные соединения между полевым оборудованием и центрами управления эффективно устраняются. Эта централизованная линия связи предлагает сотни точек, из которых данные могут передаваться туда и обратно с любого подключенного компьютера или устройства, а не просто два соединения.

Уровни системы полевой шины

Сначала необходимо обратить внимание на то, из чего состоят сети полевой шины, чтобы полностью разобраться в их сложности.

От наименее сложного до самого совершенного, четырьмя уровнями системы полевой шины являются сеть шин датчиков, сеть шин устройств, сеть шин управления и сеть шин предприятия.

  • Сети шин датчиков: Сеть шин датчиков является основополагающим компонентом системы полевой шины. Эти сети передают выходные сигналы контроллера на сигналы тревоги, индикаторные лампы или другие исполнительные механизмы путем подключения нескольких необходимых полевых устройств, таких как концевые выключатели или оптические датчики уровня, по одному проводу.
  • Сеть шин устройств: Этот уровень сети соединяет множество датчиков и исполнительных механизмов, включая некоторые устройства для приводов с регулируемой частотой вращения или центров управления двигателями, которые обеспечивают автономность отдельных компонентов системы в их работе. Она функционирует аналогично сети сенсорных шин, но в гораздо большем масштабе.
  • Сеть шины управления: Эти сети, в которых используются ПЛК и интеллектуальные приборы для обеспечения полной настройки и контроля над устройствами, к которым можно получить доступ через панели пользовательского интерфейса, функционируют на самых высоких уровнях сложности (HIP).
  • Сети корпоративных шин: также называемая сетью информационного уровня, эта служба соединяет всех сотрудников и компьютеры и выполняет крупномасштабный сбор данных, совместное использование файлов и другие задачи.

Другая топология сети полевой шины

В зависимости от типа расположение компонентов промышленной полевой шины может меняться. Большинство схем промышленных полевых шин состоят из:

  • Кольцевая топология: В этом случае каждый узел связан с двумя другими, по одному с каждой стороны, обеспечивая непрерывный и круговой канал для передачи данных.
  • Линейная топология: Также известная как последовательная цепь или шинная топология, линейная топология состоит из узлов, подключенных один за другим, начиная с первого.
  • Звездообразная топология: Центральный концентратор служит каналом для передачи данных и соединяет все подключенные устройства по звездообразной топологии.
  • Древовидная топология: Типы деревьев / ответвления состоят из звездообразных сетей, соединенных линейной топологией, подобно ветвям деревьев.

Преимущества полевой шины

Технология полевых шин изменила многие аспекты отраслей, некоторые менее глубокие, чем другие. Давайте рассмотрим, как это революционное изобретение значительно повысило эффективность промышленных сетей.

  1. Сниженные требования к прокладке кабелей. Одним из широко разрекламированных преимуществ систем полевой шины является то, что для их работы требуется меньше кабелей, чем при конфигурации параллельной проводки. Таким образом, вместо одного кабеля на устройство, каждые несколько сотен устройств могут подключаться через одну точку на контроллере полевой шины. И поскольку в среднем требуется всего один кабель на узел, а не на устройство, расстояние между узлами значительно сокращается, что значительно ускоряет и упрощает настройку в целом!
  2. Снижение затрат: Более того, сокращение времени монтажа за счет упрощения установки со временем приводит и к снижению эксплуатационных расходов!
  3. Одним из существенных преимуществ систем полевой шины является простота их установки. По сравнению с параллельными проводами полевая шина имеет более короткие кабели, и, следовательно, для настройки этих типов кабелей в процессе установки требуется меньше времени и усилий.
  4. Эти системы также известны повышенной надежностью в отличие от параллельного подключения, поскольку в них используются короткие пути передачи сигналов. Они позволяют избежать проблем с колебаниями, что делает их идеальными при работе с аналоговыми значениями (непрерывными значениями, а не кодированными).
  5. Эти компоненты хорошо работают вместе, потому что каждый поставщик занимается своим устройством, поэтому разные устройства от разных производителей могут работать вместе без каких-либо проблем или конфликтов между собой.
  6. Другие преимущества включают возможность гибкости в ее реализации — например, отображение всех данных, передаваемых с контроллеров, на экранах и т.д.
  7. Расширенная информация о полевых условиях включает обработанные данные, средние значения, минимумы, максимумы, диагностическую и эксплуатационную информацию.