Studiul comunicației pe magistrale industriale

1. Introducere

Protocoalele de comunicatie pentru aplicatiile industriale le cuprind si pe cele din asa numitul domeniu "Fieldbus" in care se trateaza comunicatia intre procesoare, senzori si actuatori. Sistemele distribuite au luat avant in acest domeniu o data cu marele progres in domeniul semiconductoarelor care a oferit si posibilitatea realizarii de cipuri cu un raport pret/capacitate foarte avantajos. S-au dezvoltat sisteme de senzori si actuatori din ce in ce mai inteligente care au necesitat Standarde corespunzatoare pentru comunicatia lor.

Arhitectura de comunicatie traditionala pentru sistemele de control este "peer-to-peer" si a fost implementata cu succes in industrie de cateva decade. Totusi nevoia de extindere din punct de vedere fizic si al functionalitatii a atins limitele arhitecturii de tip "point-to-point". Astfel un sistem de control traditional centralizat de tip "peer-to-peer" nu mai este adecvat pentru noile cerinte cum ar fi modularitatea, controlul descentralizat, diagnostice integrate, intretinerea usoara si rapida si costuri scazute.

Astazi exista cele mai diverse protocoale care se diferentiaza intre ele prin proprietatile lor, prin tehnica de sincronizare intre diferite noduri de retea, prin lungimea datelor, prin media numarului de pachete care se transmit in unitatea de timp, prin numarul de noduri de retea, prin lungimea fizica a retelei, prin felul in care sunt corectate erorile, prin toleranta la greseli, prin disponibilitate, siguranta, robustete etc.

Pentru sistemele de control retelele trebuie in general sa satisfaca doua criterii principale: intarzierea de timp in limitele dorite si garantarea transmisiei:aceasta inseamna ca un mesaj trebuie transmis cu succes in cadrul unei anumite intarzieri de timp). Retelele de control sunt in mod tipic bazate pe unul din doua protocoale de acces la mediu,CAN(folosit in Smart Distributed System, DeviceNet si CAN kingdom) si Token Ring sau Bus (folosit de Process Field Bus(PROFIBUS), Manufacturing Automation Protocol (MAP), ControlNet, and Fiber Distributed Data Interface (FDDI))

Standardele cele mai folosite pentru comunicatii in mediu industrial la nivel mondial sunt astazi: AS-Interface, CAN, CANopen, DeviceNet, SERCOS_interface, EtherCAT, FOUNDATION fieldbus, HART Protocol, Industrial Ethernet, Interbus, LonWorks, Modbus, PROFIBUS, BITBUS, CompuBus, SafetyBUS.

2. Retele multibit:

Avantajele acestor retele sunt viteza mare, inlocuirea imediata a conexiunilor electrice, dar dezavantajele pe care le prezinta le fac sa fie folosite in mod redus. Acestea sunt : marime redusa a datelor, faptul ca sunt digitale si nu contin date de diagnosticare

3. Retele seriale

Sunt retele orientate UART ( Universal Asynchronous Receiver-Transmitter) cu suport fizic RS-232, RS-422, RS-485.

Prezinta avantajele unor costuri reduse pentru implementare si intretinere si eficienta ridicata in transmiterea mesajelor. Totusi viteza de transmitere a datelor este mica si nu satisface conditiile de timp real.

Sunt create pe modelul de retea Sursa/ Destinatie pe standarde de firma sau deschise( open standard).

Aceste retele isi gasesc aplicabilitate in urmatoarele situatii: la inregistratoare, instrumente, actionari, cititoare de coduri de bare, cititoare de radio frecventa, rezervoare de combustibil, statii de tratare a apei reziduale.

4. Modbus

Este o tehnologie ce a fost dezvoltata si folosita in anii 1960. Este folosit pentru transmiterea de siruri de date si pentru comunicatii simple, concise. Suportul fizic al acestei tehnici il reprezinta RS-232, RS-422, RS-485. Dispozitivele implicate in acest protocol sunt modelate ca register si bobine. Protocolul are un set de instructiuni bine definit. Comunicatia se face intre un master si pana la 254 slave. Implementarea acestui tip de retea presupune un cost redus. Dezavantajele unei astfel de tip de retea sunt reprezentarea retelei sub forma de bobina/ registru, viteza redusa, ceea ce nu satisface conditiile de timp real, numarul mic de noduri admise in retea, maxim 247. Fiind promavat de grupul Schneider, protocolul Modbus nu are o certificare formala. Pentru ca reteaua sa functioneze este necesar ca toate dispozitivele conectate sa suporte Modbus.

Avantajele acestui tip de retea constau in faptul ca poate fi utilizat de majoritatea utilizatorilor deoarece are unelte de configurare la indemana, accesul la dispozitivele de adaptare la alte retele se face usor; majoritatea facilitatilor sunt disponibile gratuit pe web.