Endüstriyel Haberleşme Protokolleri

0

Dijitalleşmenin yaygınlaşması ile endüstriyel otomasyon da değişmeye devam ediyor. Bu değişimler hem cihazların kontrol edilmesinde hem de cihazların birbiriyle iletişiminin gelişmesine yol açıyor. Cihazlar yeni işlemler yapmaya başladıkça karmaşıklıkları ve makineler arası iletişim daha zor bir hale gelmeye başladı. Bu zorluğun üstesinden gelmek için var olan haberleşme protokolleri ortaya çıktı. Bu yazımızda endüstride kullanılan ve standart haline gelmiş protokollerden ve yeni tekniklerle hala geliştirilmekte olan protokollerden bahsedeceğiz.

İlginizi Çekebilir:Smartenance Mobil Dijital Bakım Uygulaması

Nesnelerin İnterneti (Internet of Things – IoT) kavramı hayatımıza girdiğinden beri cihazların veri toplama ve aktarma kapasitelerinde ciddi artış görülmektedir. Veri miktarı büyüdükçe ortaya daha net sonuçlar çıkıyor ama bunun da bir bedeli oluyor. Veri aktarma zorluğu yıllardır çözülmeye çalışılan en büyük problemlerin başında geliyor. Geliştirilmiş olan ve hala geliştirilmeye devam edilen haberleşme protokolleri bu soruna çözüm arıyorlar. Veri miktarı büyüdükçe aktarım tekniklerinde değişikliğe gitmek kaçınılmaz oluyor. Her birinin birbirinden avantajlı ve dezavantajlı özellikleri olan bu protokollerin ortak noktası ise endüstri tarafından kabul edilmiş protokoller olmasıdır.

TCP/IP

TCP (Transmission Control Protocol) ve IP(Internet  Protocol) – TCP / IP olarak . Ticari ve resmi kurumlarda internette ve Ethernet ağlarında birlikte kullanılırlar. TCP / IP, paketlerdeki verileri bir bilgisayardan diğerine iletmek için bir standarttır. İki bölümden oluşur, bunlardan ilki veri paketlerinin yapılandırılmasıyla ilgilenen TCP ve bunları makineden makineye yönlendiren IP’dir. IP 32 adres biti için 4 sekizli yani oktet yapı kullanılır. Her sekizlinin ondalık eşdeğerleri 0 ila 255 arasındadır ve periyotlar bir IP adresinde ayrı sekizlilerini oluşturur, örneğin 192.168.41.23. IP adresleriyle ilgili kısıtlamalar vardır. Bazı adresler kullanılamaz ve Internet Protokolü sürüm 4 (IPv4) adresleri günümüzde hızla tükenmektedir. Kontrol uygulamalarında kullanılan bazı protokoller TCP / IP uyarlamalarıdır. Örneğin, Modbus TCP / IP’de TCP / IP, Modbus protokolüne göre iletilen veriler için bir zarf yapısındadır. TCP / IP’nin bu uyarlamalarında veriler, IP’nin kullandığı aynı düğüm adresleme şemasını kullanarak bir ağdaki bir düğümden diğerine gönderilir.

2010’ların sonunda, IPv4 tüm dünyada kullanılmaktadır. 128 adres biti olan IPv6 (Internet Protokolü sürüm 6), yakın zamanda IPv4’ün yerini alacaktır.

Modbus ve Modbus varyantları

Orijinal, tescilli Modbus protokolü Modicon tarafından 1979 yılında Modicon PLC’lerle kullanılmak üzere geliştirilmiştir. Şimdiye kadar geliştirilen en eski kontrol protokollerinden biridir. Modbus’ta veri iletimi seri ve bir bit diğerini takip edecek şekilde gerçekleştirilir. 2004 yılında Modbus, Modbus Vakfı tarafından yönetilen açık bir protokol haline geldi. Modbus, Modicon PLC’leri programlamış olanlara aşina olan numaralandırma şemalarını kullanan nispeten basit bir protokoldür. Piyasada bulunan bazı enstrümanlar, sayaçlar, göstergeler ve aktüatörler Modbus uyumludur. 247 tane slave cihaz ile haberleşme gerçekleştirilebilir.

Modbus RTU: Bu varyasyon çok yaygın olarak kullanılmaktadır. Genellikle RS-485 ağlarında kullanılır. Master-slave iletişim kullanılır. Hata kontrolü içerir. Modbus RTU ağındaki tüm cihazlar aynı iletişim hızına ayarlanmalıdır.

Modbus TCP / IP: Bu, Modbus varyasyonu bir Ethernet ağında kullanılmak üzere uyarlanmıştır. Modbus IP olarak da bilinir. Modbus TCP / IP kullanılarak iletilen mesajlardaki işlem verileri bir TCP çerçevesine gömülür. Modbus TCP / IP (ve TCP / IP kullanan diğer protokoller) kullanan bir ağdaki düğümlerin IP adreslerini kullanır.

İlginizi Çekebilir:Servo Sürücüler ve Uygulama Alanları

CANBus

CAN Bus, Robert Bosch tarafından geliştirilen ve otomotiv ve havacılık endüstrilerini hızla kabul eden bir haberleşme protokolüdür. CAN, geleneksel çok amaçlı tezgahlara alternatif olarak bağımsız sistemleri ve sensörleri bağlamak için bir seri veri yolu protokolüdür. Otomotiv bileşenlerinin 1Mbps’ye kadar tek veya çift kanallı ağa bağlı veri yolu üzerinde iletişim kurmasını sağlar.

BMW 850 coupe, BMW’nin 1986 yılında piyasaya giren ilk CAN Bus ile donatılmış aracıydı. Araç kablolarını 2 km azaltarak, araçların toplam ağırlığı en az 50 kg ve konnektörlerin sadece yarısı kullanılarak önemli ölçüde azaltıldı. İlk kez, taşıt sistemlerinin ve sensörlerinin her biri, önceki çok kablolu sistemlerin aksine, tek veya çift kablolu bir iletişim hattında çok yüksek hızlarda (25kbps – 1Mbps) iletişim kurabiliyordu.

DeviceNet

DeviceNet bir uygulama katmanı protokolüdür. DeviceNet bir uygulama katmanı protokolü olduğu için mesajları bilgi aktarır. DeviceNet içerisinde taşınan mesajda tüm bilgiler bayt-bayt tutulur, örneğin cihaz numarası için bir bayt, servis kodu için bir bayt vb. bir uygulama şekli vardır. Devicenet bir sensör ağıdır. Tek bir DeviceNet tarama cihazı ile 63 cihaza kadar iletişim sağlanabilir. Bu 63 cihaz içerisinde sürücüler, sensörler, butonlar ve diğer birçok IO cihazı bulunabilir.

EtherNet/IP

EtherNet/IP, CIP kullanan ve iletişim ve kontrol için düğümler arasında Ethernet iletişimi uygulayan ve ODVA tarafından yönetilen açık bir protokoldür. ODVA, EtherNet / IP donanımını yalnızca endüstriyel ortamlarda çalışacaksa kullanılmasına izin vermektedir. Ethernet belirleyici değildir; iletişim yalnızca gerektiği gibi gerçekleşir, ancak EtherNet / IP giriş ve çıkış kontrolleri için belirleyici iletişim sağlar ve bu da onu tesis kontrol kullanımları için uygun hale getirir. EtherNet / IP ile işlemciden uzak sisteme ve işlemciden-işlemciye iletişim mümkündür. EtherNet / IP ile arabirim sağlayan sürücüler ve motor kontrol merkezleri (MCC’ler) de ticari olarak mevcuttur.
EtherNet / IP gibi Ethernet tabanlı protokoller, hızlı tepki süreleri gerektiren hareket kontrolü gibi uygulamalarda kabul görmektedir. (Ethernet iletişim hızları diğer ağ hızlarına göre çok daha yüksektir.) EtherNet / IP önümüzdeki 5-10 yıl içinde daha da önemli bir protokol haline gelecektir. EtherNet / IP’nin yüksek veri aktarım hızı ve deterministik iletişimi, onu büyük ağlarda kullanım için bir tür ana protokol olarak hareket etmek için ideal bir aday yapıyor.

FOUNDATION Fieldbus H1 ve HSE

Bir ağ üzerindeki bir denetleyici ve saha cihazları arasındaki iletişim için veya saha cihazları arasındaki iletişim içindir. Fieldbus H1 ağlarındaki tüm iletişim sadece dijital olarak gerçekleşir. Her bir Fieldbus H1 iletişim ağı, bir fieldbus bağlantı cihazı, bir güç kaynağı ve sonlandırma dirençleri gerektirir. Kablolar için normalde belirli özelliklere uyan bükülmüş çift kablo kullanılır, ancak standart aynı zamanda fiber optik kabloların kullanımını da destekler. Diğer özelliklerinden bazıları ise:

  • 25 kbps iletişim hızı
  • 32 cihaza kadar destek verir
  • Trunk kablosu 9-32 VDC aralığında bir güç kaynağı gerektirir ve çoğu kullanım için 24 VDC ± 2 VDC önerilir.
  • Standart veya Gelişmiş işlev blokları, kontrol sistemleri ve ağ aygıtları arasındaki etkileşim için kullanılır. Tüm değerler floating-point olarak iletilir.

Fieldbus HSE (High Speed Ethernet), proses kontrol Ethernet bağlantısı ve iletişimlerini birleştiren bir iletişim ve kontrol protokolüdür. Ethernet’in yüksek veri aktarım bant genişliği ana avantajıdır. Bir kilometreyi aşan mesafelerde iletişim Fieldbus HSE sertifikalı ekipmanla elde edilebilir. Endüstriyel ortamlar için onaylanmış donanımlar üretilmiştir. 255 cihaza kadar destekler, ancak bazı düğümler özel kullanımlar için ayrılmıştır.

HART Protokolü

1970’lerde, son kullanıcılar diğer seçeneklere göre 4-20 miliamper (mA) sinyal çıkışlı vericileri tercih etmeye başladı. 40 yıl sonra hala, 4-20 mA çıkış veren cihazların yaygın olarak kullanıldığını görmekteyiz. 4-20mA sisteminin çalışma mantığı basitçe, tipik bir sinyal verici bir DC güç kaynağına bağlanır ve bu sinyal vericinin kalibre edilen aralığının düşük ve yüksek limitleri arasındaki bir aralıkta doğrusal (veya neredeyse doğrusal olacak şekilde ayarlanmış) bir denetleyiciye 4 ila 20 mA sinyal gönderilir.
1982’de Rosemount Inc, HART (Highway Addressable Remote Transducer) protokolünü tanıttı. HART vericileri, bir kontrolör tarafından ihtiyaç duyulmayan veya algılanmayan ve vericinin çıkışını etkilemeyen 4-20 mA sinyaline bir dalga yerleştirir. Dalganın frekansı, bitin 0 veya 1 olmasına bağlı olarak sürekli değişir. Dalga, devre, ölçüm ve verici hakkında veri içerir. Bir HART El Terminali, 4-20 mA devresine HART uyumlu bir verici ile bağlandığında, kullanıcı devreyi izleyebilir ve terminalden verici özelliklerini ayarlayabilir. Bu, sorunları kontrol etme ve vericinin kapağını çıkarmadan bir vericinin aralığını değiştirme görevlerini basitleştirir. Üst üste bindirilmiş dalga, tamamen analog 4-20 mA sinyalini etkileyebilen elektrik gürültüsü ve toprak akımlarından etkilenmez. HART iletişimleri bazen iki veya daha fazla sinyali temsil etmek için kullanılabilir.

HART orijinal olarak Rosemount tarafından tescillidir, ancak günümüzde açık bir protokol halini almıştır. Bugünlerde, bazı HART cihazlarında IEEE 802.3 kablosuz radyo sinyalleri ile uyumlu alıcılar veya kısa mesafeli iletime dayanan bir iletişim teknolojisi olan Bluetooth ile kullanılabilen modelleri vardır. HART’ın IP uyumlu bir versiyonu da geliştirilmiştir.

PROFIBUS Standartları

PROFIBUS (Process Field Bus) standartları, Siemens Corp. ve Alman hükümeti de dahil olmak üzere Alman şirketlerinin konsorsiyumundan çıkan bir karar ile ortaya çıktı. Bu standartlar ve Fieldbus standartlarının birçok benzerliği vardır. PROFIBUS standartları PROFIBUS & PROFINET International (PI) tarafından korunur. PI, satıcı ekipmanlarını geçerli standartlara uygunluk açısından test eder.

PROFIBUS PA

PROFIBUS PA (Proses Automation) saha cihazları ve veri yolu kabloları için geçerli bir Profibus standartıdır. PROFIBUS DP ile birlikte çalışabilir. Nominal iletişim hızı 31,25 kbps’dir. PROFIBUS PA ve Fieldbus H1 benzerdir. Diğer özelliklerinden bazıları ise:

  • Bükümlü çift veya fiber optik kablo ile uygulanır.
  • Bükümlü çift kablolar kullanılıyorsa, hat sonu dirençleri gereklidir.
  • RS-485 topolojisi standarttır.
  • Çoğaltıcılar ve tekrarlayıcılar kullanıldığında ağ üzerinde 26 cihazda bulunabilir.

PROFIBUS DP

PROFIBUS DP (Decentralized  Peripherals), kontrolörler için geçerli olan bir başka PROFIBUS standardıdır. Profibus DP, PLC uygulamaları için sunulmuştur. Özelliklerinden bazıları:

  • Döngüsel (deterministik) iletişimleri destekler.
  • 126 cihaza kadar destekler.
  • İsteğe bağlı olarak yedek kablolama ile yapılandırılabilir.

PROFINET

PROFINET, yüksek hızlı Ethernet ağlarında kullanım içindir. EtherNet / IP ve Fieldbus HSE ile benzerlikleri vardır. PROFINET cihazları zorlu fabrika ve proses kontrol ortamlarında çalışacak kadar dayanıklı olacak şekilde tasarlanmıştır. Nasıl EtherNet / IP yavaş yavaş ControlNet’in yerini alıyorsa, PROFINET de aynı şekilde PROFIBUS PA ve DP’yi yavaş yavaş saf dışı bırakmaktadır.

Bonus

CEVAP VER

Lütfen yorumunuzu giriniz!
Lütfen isminizi buraya giriniz

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.