Komunikacja sterowników PLC


Wraz z rozwojem technologii zaczęły powstawać coraz to bardziej złożone procesy produkcyjne zwiększając stopień skomplikowania układów automatyki oraz zmuszając do łączenia coraz to większej liczby sterowników PLC dla uzyskania oczekiwanego efektu. Dodatkowym czynnikiem wpływającym na rozwój komunikacji sterowników programowalnych był czynnik ekonomiczny, po co budować olbrzymie jednostki sterujące skoro można zrobić to za pomocą połączonych między sobą kilku mniejszych. Rozbudowa lub dodanie kolejnych funkcji w maszynie nie musi wymagać wymiany całej automatyki, skoro udało się połączyć komputery to można było to zrobić z innymi urządzeniami.
Istnieje wiele sposobów komunikowania ze sobą sterowników PLC, pomimo wprowadzania prze wielu producentów gotowych rozwiązań nie ma jednak uniwersalnej architektury. Różnorodność sposobów tworzenia rozwiązań jest wynikiem różnorodności zakładów, stopnia skomplikowania procesów technologicznych, ich wyposażenia w urządzenia i maszyny oraz adaptacji do już istniejącego układu automatyki


Port szeregowy

pozwala na wymianę informacji z innym urządzeniem bit po bicie. Obydwa urządzenia oprócz fizycznego połączenia kablem komunikacyjnym (wystarczą trzy przewody) powinny mieć ustawione takie same parametry łącza jak: prędkość, bity stopu, kontrola parzystości długość danych (bity). Głównym zastosowaniem dla portów szeregowych jest programowanie sterowników PLC, komunikacja z różnego rodzaju czujnikami (np. kodu kreskowego), drukarkami i terminalami tekstowymi.


Sieć polowa (Fieldbus)

jako środowisko „naturalne” do komunikacji sterowników PLC jest siecią deterministyczną zapewniającą wymianę danych pomiędzy oddalonymi I/O a jednostką centralną w ściśle określonych odstępach czasowych rzędu kilku-kilkunastu milisekund.
Dla systemów sterowania jest to bardzo ważny element zapewnienie cyklicznej i powtarzalnej wymiany informacji w czasie rzeczywistym. Nawet chwilowa utrata komunikacji może w skrajnych przypadkach prowadzić do poważnych problemów nad utrzymaniem kontroli nad sterowanym obiektem. Jest to sieć typu master-slave, gdzie jest jedno urządzenie inicjujące i kontrolujące transmisje z pozostałymi urządzeniami podpiętymi do takiej sieci.
Z punktu widzenia sprzętowego sieci polowe są rozwinięciem interfejsu RS485, lecz parametrami przewyższając pierwotne rozwiązanie.


Sieć Ethernet

ze względu na swoją rosnącą popularność staje się coraz chętniej wykorzystywanym sposobem komunikacji w systemach automatyki. Aplikacje przemysłowe charakteryzują się bardzo dużym stopniem rozproszenia, w większości węzłów potrzebne jest od dwóch do ośmiu portów przyłączeniowych: sterownik PLC, terminal operatorski, urządzenie pomiarowe, zapasowy port do podłączenia laptopa itp.
W przemysłowych sieciach rozproszonych istotnym parametrem nie jest ich przepustowość lecz szybkość przesyłania informacji, innaczej mówiąc któtki czas pomiędzy zapytaniem i odpowiedzią komunikujących się urządzeń.
Dla typowych aplikacji czasu rzeczywistego przesyłane informacje są krótkie – zazwyczaj nie większe niż 128 bajtów dla pojedynczego urządzenia. Oznacza to, że połączenie o przepustowości 10 Mbps powinno już zapewnić wystarczające warunki do prawidłowej komunikacji więcej niż dwóch urządzeń..

Sieć Ethernet
Sieć przemysłowa Ethernet



XWAY

Jest to dość „stara” technologia opracowana przez firmę Schneider Electric w czasach powstawania ethernet’u. Architektura XWAY obejmuje cztery podstawowe standardy komunikacji :


XWAY - OSI
XWAY w odniesieniu do modelu OSI.



Modbus

Od połowy lat 90-tych gdy wraz z przejęciem firmy Modicon, francuski potentat w dziedzinie automatyki implementuje protokół Modbus do swoich urządzeń i w niedługim czasie staje się on podstawą komunikacji wszystkich nowo projektowanych rozwiązań technicznych. Rozwinięciem tej technologii jest wersja sieci polowej, występującej pod nazwą „Modbus Plus”. Jest to sieć deternistyczna , osiągająca za pomocą ekranowanej jednoparowej skrętki transfer na poziomie 1Mbps i długości do 450 metrów bez użycia ripitera.
Kolejnym krokiem w ewolucji, było zaadaptowanie do pracy protokołu Modbus w sieciach ethernetowych pod nazwą Modbus-TCP. Ponieważ jest to protokół otwarty występujący pod nazwą Modbus-IDA, więc jest używany przez wiele innych firmy z dużym powodzeniem.



Profibus

Rozwiązanie które wybrała firma siemens AG.

ProfiNet - OSI
Kanały PROFInet a model OSI.



CANopen

Prosta sieć do wymiany niewielkiej ilości danych, pierwotnie została zaprojektowana dla systemów wbudowanych, trudne warunki pracy - bardzo duża odporność na zakłócenia.
Począwszy od wersji 4.01 Wersja ta została zgłoszona do europejskiej organizacji standaryzującej jako EN50325-4, od tego momentu stała się międzynarodowym otwartym standardem.
Prosta i automatyczna konfiguracja sieci, do uruchomienia komunikacji pomiędzy urządzeniami wystarczy para skręconych przewodów na obu końcach zakończona rezystorami terminującymi.
Więcej informacji można znaleść na stronie CANopen



PRZYKŁAD

Poniżej umieściłem przykładowe schematy sieci przemysłowych ethernet.

Link zawiera schemat sieci ze sterownikami PLC, terminalem HMI oraz stacją operatorską PC.