Internetowe sieci przemysłowe – podstawa komunikacji w nowoczesnym zakładzie produkcyjnym
W dobie postępującej cyfryzacji i automatyzacji produkcji kluczową rolę w wielu procesach odgrywają sieci przemysłowe. Odpowiadają one m.in. za sprawną wymianę danych, a także za sterowanie maszynami i dużo bardziej złożonymi procesami. Przedsiębiorcy mają do wyboru sieci bezprzewodowe, a także dwie kategorie rozwiązań przewodowych – sieci polowe typu fieldbus oraz sieci oparte na protokole Ethernet.
Spis treści
- Czym są internetowe sieci przemysłowe?
- Rodzaje sieci przemysłowych
- Sieci przemysłowe typu Ethernet
- Sieci polowe typu fieldbus
- Sieci bezprzewodowe
- Jaka sieć przemysłowa najlepsza w środowisku przemysłowym?
Czym są internetowe sieci przemysłowe?
Standardową sieć internetową tworzy grupa połączonych ze sobą urządzeń (głównie komputerów), które są w stanie wzajemnie wysyłać między sobą różnej wielkości dane. W przypadku sieci przemysłowej mamy do czynienia z większą grupą różnorodnych urządzeń, które ją tworzą. Poza komputerami przemysłowymi do sieci mogą być podłączone m.in. maszyny produkcyjne, systemy automatyki przemysłowej, systemy sterowania i kontrolne, czujniki, urządzenia wykonawcze i wiele innych. Podstawowym zadaniem takiej sieci jest transmisja danych i wzajemna komunikacja pomiędzy poszczególnymi elementami sieci w ustandaryzowany sposób.
Sieci przemysłowe muszą działać sprawnie i niezawodnie mimo często specyficznych warunków, jakie mogą panować w hali przemysłowej. To m.in. szeroki zakres temperatur, duża wilgotność, wibracje, zakłócenia elektromagnetyczne, a także różnego rodzaju zanieczyszczenia. Dlatego też sieć przemysłowa musi być dodatkowo wzmocniona, a jej komponenty powinny być odporne na wspomniane wyżej niekorzystne warunki.
Sieć przemysłowa charakteryzuje się ponadto tym, że często łączy dużą liczbę urządzeń, które rozmieszczone są na stosunkowo dużej powierzchni. Dlatego też dane przesyłane są z dużą częstotliwością, jednak w zdecydowanej większości mają one niewielki rozmiar (najczęściej zaledwie jednego lub kilku bitów).
Podstawowe cechy sieci przemysłowych:
- wysoka niezawodność,
- wysoki poziom bezpieczeństwa,
- efektywność w przekazywaniu informacji,
- łatwa instalacja, konfiguracja i możliwość podłączania różnego rodzaju urządzeń,
- duża elastyczność,
- standaryzacja i możliwość integracji z systemami od różnych dostawców,
- możliwość podłączania do zewnętrznych sieci internetowych,
- łatwość lokalizowania usterek.
Rodzaje sieci przemysłowych
Zadania związane z komunikacją sieciową, przesyłem danych, zdalnym sterowaniem czy kontrolowaniem różnych procesów można realizować za pośrednictwem różnych sieci przemysłowych. Jednak już wybór najlepszego możliwego rozwiązania powinien być dostosowany m.in. do konkretnego przeznaczenia tworzonej sieci, realizowanych zadań, miejsca, gdzie dana sieć będzie funkcjonować, odległości, na jakie będą przesyłane informacje, wymagań co do szybkości transmisji danych, a także różnych niekorzystnych warunków, które mogą zakłócać jej poprawne funkcjonowanie.
Zgodnie z podstawowym podziałem sieci przemysłowe dzielą się na:
- sieci przewodowe,
- sieci bezprzewodowe.
W przypadku tej pierwszej grupy na przestrzeni kilku ostatnich dekad na rynku funkcjonowało wiele różnych typów sieci przemysłowych, tworzonych często na swoje potrzeby przez firmy przemysłowe. Jednak problemy ze wzajemną komunikacją między różnymi rodzajami sieci, konieczność tworzenia skomplikowanych rozwiązań, które następnie były trudne w utrzymaniu czy rozbudowie sprawiły, że zaczęto stawiać na rozwiązania, które korzystają z otwartych standardów.
Dziś można wyróżnić dwie główne grupy przewodowych rozwiązań sieciowych:
- sieci polowe typu fieldbus,
- sieci oparte na protokole Ethernet.
Jak wynika z najnowszej edycji badań światowego rynku sieci przemysłowych, opublikowanych przez HMS Industrial Networks, dominującą rolę odgrywają instalacje Ethernetu przemysłowego. Ich udział w globalnym rynku stale rośnie i w ubiegłym roku wyniósł już 71%. W tym samym czasie udział magistrali polowych fieldbus spadł do 22%. Rozwiązania bezprzewodowe stanowią natomiast ok. 7% wszystkich nowych instalacji sieci przemysłowych
Sieci przemysłowe typu Ethernet
To właśnie dynamiczny rozwój Ethernetu w sieciach konsumenckich i związane z nim zalety spowodowały, że również branża przemysłowa zdecydowała się na wdrożenie tego standardu do sieci przemysłowych. Naturalnie niezbędne było dostosowanie klasycznego Ethernetu do wymagań przemysłowych, w tym przede wszystkim do przesyłu jednocześnie dużych ilości danych między wieloma urządzeniami. Dlatego też powstało wiele zmodyfikowanych protokołów, które wprawdzie mogą różnić się funkcjonalnością, jednak, dzięki temu, że bazują na tym samym standardzie, umożliwiają wzajemne łączenie różnych urządzeń w ramach tej samej sieci. Najważniejszym wymogiem przemysłowych odmian klasycznego Ethernetu było zapewnienie niezawodnej transmisji danych i to w czasie rzeczywistym.
Do najważniejszych zalet Ethernetu przemysłowego należy wysoka przepustowość sieci i wynikająca z tego duża prędkość transmisji danych. Umożliwia ponadto tworzenie rozległych sieci (zwłaszcza w przypadku zastosowania światłowodu), stosunkowo łatwa jest instalacja takiej sieci i rozbudowa o nowe urządzenia.
Najpopularniejszym obecnie protokołem sieciowym opartym na architekturze klasycznego Ethernetu jest Profinet. Został on opracowany przez organizację Profibus User Organization przy wsparciu firmy Siemens. Równie dużą popularnością cieszy się protokół Ethernet/IP, który jest rozwijany przez dużych producentów z branży automatyki przemysłowej. Znaczące udziały w rynku mają również takie protokoły komunikacyjne, jak EtherCat, Modbus TCP, Powerlink i CC-Link IE.
Sieci polowe typu fieldbus
Dynamiczny wzrost popularności sieci ethernetowych sprawia, że w ostatnich latach cały czas maleje udział rynkowy sieci polowych/magistralowych typu fieldbus. Architektura takich sieci opiera się na relacji master-slave, w której urządzenia na niższym poziomie (slave, czyli np. czujniki lub elementy wykonawcze) komunikują się tylko z przypisanymi im urządzeniami na wyższym poziomie (master, czyli urządzenie sterujące). Wykorzystuje się je głównie do sterowania automatyką przemysłową i systemami pomiarowymi. Ich rozwój w ostatnich latach zmierza w kierunku rozwiązań specjalistycznych, związanych m.in. z trudnymi warunkami środowiskowymi, które wymagają indywidualnego podejścia do projektowania sieci.
Do największych zalet polowych sieci komunikacyjnych należy dużą wydajność i niezawodność w czasie rzeczywistym, a także stosunkowo niski poziom opóźnień. Powyższe cechy sieci polowe są w stanie zapewnić również w trudniejszych warunkach, dlatego też sięgają po nie często przedsiębiorstwa o wyższym poziomie zaawansowania technicznego.
W tej grupie rozwiązań sieciowych dominują rozwiązania oparte na protokole Profibus. Ponadto znaczące udziały mają także takie protokoły jak Modbus RTU, CC-Link, DeviceNet i CAN/CANopen.
Sieci bezprzewodowe
W sieciach konsumenckich (domowych, biurowych i w obiektach użyteczności publicznej) coraz bardziej popularne stają się rozwiązania bezprzewodowe. Nie dziwi więc, że trend ten widoczny jest również w świecie przemysłu, choć udział rozwiązań wireless wciąż jest stosunkowo nieduży. Sieci bezprzewodowe pozwalają zrezygnować z dużej ilości okablowania, co jest niewątpliwie ich dużą zaletą. Dzięki temu dużo łatwiej można taką sieć skonfigurować i dodawać do niej kolejne urządzenia. Nie w każdym jednak zakładzie możliwe jest wykorzystanie sieci bezprzewodowych, nie jest to także optymalne rozwiązanie we wszystkich aplikacjach przemysłowych.
Obecnie najczęściej wykorzystuje się technologię WLAN i to przed nią rysuje się najlepsza przyszłość. W komunikacji bezprzewodowej można jednak korzystać również m.in. z technologii Bluetooth, ZigBee, a także radiomodemów czy sieci komórkowych.
Przeczytaj także:
- Czy humanoid zastąpi człowieka w przemyśle?
- Sztuczna inteligencja w logistyce. AI w spedycji – szansa czy zagrożenie?
- Wirtualna rzeczywistość w przemyśle. Czym jest rzeczywistość wirtualna?
Jaka sieć przemysłowa najlepsza w środowisku przemysłowym?
Wspomniane wyżej wyniki badań popularności sieci przemysłowych pozwalają sądzić, że przyszłość należy do rozwiązań, które bazują na standardzie Ethernet. I rzeczywiście, sieci Ethernetu przemysłowego wydają się optymalnym rozwiązaniem w wielu miejscach i do większości zastosowań. Zapewniają dużą prędkość transmisji danych, także dużych ich ilości, pozwalają ponadto budować rozległe sieci o wysokim poziomie niezawodności.
Nie w każdym jednak przypadku niezbędny jest szybki transfer dużych zbiorów danych. W aplikacjach sterowania różnymi urządzeniami, w których zmiana jakiegokolwiek stanu (np. włączenie/wyłączenie urządzenia lub zmiana jakiegoś jego parametru) nie musi się odbywać w ułamku sekundy, a przesyłane dane są często wielkości zaledwie kilku bajtów, sieci o dużej przepustowości nie zostaną nawet w małym wykorzystane. Dobierając jednak pod tym kątem sieć komunikacyjną w zakładzie produkcyjnym, warto jednak zawsze patrzeć w przyszłość. Obecnie coraz więcej przedsiębiorstw rozwija się zgodnie z ideą Przemysłu 4.0, przybywa urządzeń z kategorii Przemysłowego Internetu Rzeczy, co oznacza, że szybka i wydajna sieć przemysłowa może okazać się za chwilę niezbędna.
Listen to "Murowane starcie" on Spreaker.
