{"id":52162,"date":"2019-11-02T00:00:00","date_gmt":"2019-11-01T21:00:00","guid":{"rendered":"https:\/\/prohoster.info\/blog\/blog_prohoster\/obzor-sovremennyh-protokolov-v-sistemah-promavtomatiki"},"modified":"2020-02-18T13:59:50","modified_gmt":"2020-02-18T10:59:50","slug":"obzor-sovremennyh-protokolov-v-sistemah-promavtomatiki","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/prohoster.info\/nl\/blog\/news\/obzor-sovremennyh-protokolov-v-sistemah-promavtomatiki","title":{"rendered":"Overzicht van moderne protocollen in industri\u00eble automatiseringssystemen","gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"text"}]},"content":{"rendered":"

\"Overzicht
\n<\/p>\n

In de vorige publicatie<\/a><\/noindex> hebben we uitgelegd hoe bussen en protocollen werken in industri\u00eble automatisering. Dit keer focussen we ons op moderne toepassingsoplossingen: we bekijken welke protocollen wereldwijd in systemen worden gebruikt. We onderzoeken de technologie\u00ebn van het Duitse bedrijf Beckhoff en Siemens, het Oostenrijkse B&R, het Amerikaanse Rockwell Automation en het Russische Fastwel. Daarnaast bekijken we universele oplossingen die niet aan een specifieke producent zijn gebonden, zoals EtherCAT en CAN.\u00a0<\/p>\n

<\/p>\n

Aan het einde van het artikel zal er een vergelijkende tabel zijn met de specificaties van de protocollen EtherCAT, POWERLINK, PROFINET, EtherNet\/IP en ModbusTCP.<\/p>\n

<\/a><\/noindex><\/p>\n

We hebben de protocollen PRP, HSR, OPC UA en andere niet opgenomen, omdat er op Habr al uitstekende artikelen van onze collega-engineers zijn die zich bezighouden met de ontwikkeling van industri\u00eble automatiseringssystemen. Bijvoorbeeld, \u201eDe protocollen voor 'naadloze' redundantie PRP en HSR\u201c<\/a><\/noindex> en \u201eGateways voor industri\u00eble communicatienetwerken op Linux. Stel het zelf samen\u201c<\/a><\/noindex>.<\/p>\n

<\/p>\n

Laten we beginnen met het defini\u00ebren van de terminologie: Industrial Ethernet = industri\u00eble netwerk, Fieldbus = veldbus. In de Russische industri\u00eble automatisering is er soms verwarring over de termen die betrekking hebben op de veldbus en het industri\u00eble netwerk op laag niveau. Vaak worden deze termen samengevoegd tot \u00e9\u00e9n vage term 'laag niveau', die zowel veldbus als bus op laag niveau kan aanduiden, hoewel het ook helemaal geen bus kan zijn. <\/p>\n

Waarom is dat?<\/b>Deze verwarring is waarschijnlijk te wijten aan het feit dat in veel moderne controllers de verbinding van in- en uitvoermodules vaak wordt gerealiseerd met behulp van een backplane of fysieke bus. Met andere woorden, er worden bepaalde buscontacten en connectors gebruikt om verschillende modules tot \u00e9\u00e9n eenheid te combineren. Maar zulke eenheden kunnen op hun beurt met elkaar verbonden zijn, zowel via industri\u00eble netwerken als via veldbussen. In de westerse terminologie is er een duidelijke scheiding: een netwerk is een netwerk, en een bus is een bus. Het eerste wordt aangeduid met de term Industrial Ethernet, het tweede met Fieldbus. In het artikel wordt voorgesteld om voor deze concepten de termen 'industri\u00eble netwerk' en 'veldbus' respectievelijk te gebruiken.<\/p>\n

De standaard van het industri\u00eble netwerk EtherCAT, ontwikkeld door het bedrijf Beckhoff<\/h2>\n

<\/p>\n

Het EtherCAT-protocol en industri\u00eble netwerken zijn wellicht een van de snelste manieren om gegevens te verzenden in automatiseringssystemen. Het EtherCAT-netwerk wordt met succes gebruikt in gedistribueerde automatiseringssystemen waar de interactie tussen de knooppunten over grote afstanden plaatsvindt.<\/p>\n

<\/p>\n

Het EtherCAT-protocol maakt gebruik van standaard Ethernet-frames voor het verzenden van zijn telegrammen, waardoor compatibiliteit met elke standaard Ethernet-apparatuur behouden blijft en in feite de ontvangst en verzending van gegevens op elke Ethernet-controller kan worden georganiseerd, mits de juiste software beschikbaar is.<\/p>\n

\"Overzicht
\nBeckhoff-controller met een set in- en uitvoermodules. Bron: www.beckhoff.de<\/a><\/noindex><\/i><\/p>\n

De specificatie van het protocol is openbaar en toegankelijk, maar alleen binnen het ontwikkelingsassociatie \u2014 EtherCAT Technology Group.<\/p>\n

<\/p>\n

Zo werkt EtherCAT (het spektakel is fascinerend, net als het spel Zuma Inca):<\/p>\n

\n

\r\n \"Video\r\n
<\/div>\r\n <\/div><\/center><\/p>\n

De hoge snelheid van gegevensoverdracht in dit protocol \u2014 enkele microseconden \u2014 is gerealiseerd doordat de ontwikkelaars hebben afgezien van de uitwisseling via telegrammen die rechtstreeks naar een specifiek apparaat worden verzonden. In plaats daarvan wordt er \u00e9\u00e9n telegram naar het EtherCAT-netwerk gestuurd, dat aan alle apparaten tegelijk is gericht. Elk van de ondergeschikte knooppunten voor gegevensverzameling en -overdracht (ze worden ook vaak<\/p>\n

<\/p>\n

De EtherCAT-netwerk kan elke topologie hebben, maar in wezen zal het altijd een ring zijn - vanwege het gebruik van de full-duplex modus en twee Ethernet-aansluitingen. Hierdoor zal het telegram altijd sequentieel aan elk apparaat op de bus worden verzonden.<\/p>\n

\"Overzicht
\nSchematische weergave van het EtherCAT-netwerk met meerdere knooppunten. Bron: realpars.com<\/a><\/noindex><\/i><\/p>\n

Overigens bevat de EtherCAT-specificatie geen beperkingen voor het fysieke niveau 100Base-TX, waardoor de implementatie van het protocol mogelijk is op basis van gigabit- en optische lijnen.<\/p>\n

<\/p>\n

Open industri\u00eble netwerken en PROFIBUS-\/NET-standaarden van Siemens<\/h2>\n

<\/p>\n

Het Duitse concern Siemens is al lang bekend om zijn programmeerbare logische controllers (PLC's), die over de hele wereld worden gebruikt.<\/p>\n

<\/p>\n

De gegevensuitwisseling tussen de knooppunten van een geautomatiseerd systeem dat wordt aangedreven door Siemens-apparatuur gebeurt zowel via de veldbus die PROFIBUS heet als in het industri\u00eble netwerk PROFINET.<\/p>\n

<\/p>\n

De PROFIBUS-bus maakt gebruik van een speciale tweedradige kabel met DB-9-connectoren. Bij Siemens is deze paars, maar we zijn ook andere kleuren tegengekomen in de praktijk :). Voor de verbinding van meerdere knooppunten kan de connector twee kabels aan elkaar verbinden. Daarnaast heeft hij een schakelaar voor de terminatieweerstand. De terminatieweerstand moet zijn ingeschakeld op de eindapparaten van het netwerk, zodat wordt aangegeven dat dit het eerste of laatste apparaat is, en er na dit apparaat niets meer komt, alleen duisternis en leegte (alle rs485 werken zo). Als de weerstand op de tussenconnector is ingeschakeld, wordt het segment erachter uitgeschakeld.<\/p>\n

\"Overzicht
\nPROFIBUS-kabel met verbindingsconnectoren. Bron: VIPA ControlsAmerica<\/a><\/noindex><\/i><\/p>\n

In het PROFINET-netwerk wordt een vergelijkbare twist-pair gebruikt, meestal met RJ-45-connectoren, de kabel is groen gekleurd. Als de topologie van PROFIBUS een bus is, kan de topologie van het PROFINET-netwerk alles zijn: een ring, een ster, een boom, of zelfs een combinatie van deze.<\/p>\n

\"Overzicht
\nSiemens-controller met aangesloten PROFINET-kabel. Bron: w3.siemens.com<\/i><\/p>\n

Er zijn verschillende protocollen voor gegevensuitwisseling op de PROFIBUS-bus en in het PROFINET-netwerk.<\/p>\n

<\/p>\n

Voor PROFIBUS:<\/p>\n

<\/p>\n

    \n
  1. PROFIBUS DP \u2014 deze implementatie van het protocol houdt in dat er verbinding wordt gemaakt met externe, ondergeschikte apparaten; voor PROFINET komt dit protocol overeen met de PROFINET IO-protocol.<\/li>\n
  2. PROFIBUS PA \u2014 is in wezen dezelfde als PROFIBUS DP, maar wordt gebruikt voor explosieveilige transmissies van gegevens en voeding (een analoog van PROFIBUS DP met andere fysieke eigenschappen). Voor PROFINET bestaat er nog geen explosieveilig protocol dat analoog is aan PROFIBUS.<\/li>\n
  3. PROFIBUS FMS \u2014 is bedoeld voor gegevensuitwisseling met systemen van andere fabrikanten die geen gebruik kunnen maken van PROFIBUS DP. Het analoog van PROFIBUS FMS in het PROFINET-netwerk is het PROFINET CBA-protocol.<\/li>\n<\/ol>\n

    <\/p>\n

    Voor PROFINET:<\/p>\n

    <\/p>\n

      \n
    1. PROFINET IO;<\/li>\n
    2. PROFINET CBA.<\/li>\n<\/ol>\n

      <\/p>\n

      Het PROFINET IO-protocol is onderverdeeld in verschillende klassen:<\/p>\n

      <\/p>\n