PLC techniek
Een Programmable Logic Controller (PLC) is een industriële digitale computer die robuust is gemaakt en is aangepast voor de besturing van productieprocessen, zoals assemblagelijnen of robotapparatuur, of elke activiteit die hoge betrouwbaarheid, programmeer- en procesgemak vereist.
Deze pagina geeft informatie over de hardware en de merken. Bekijk ook de andere pagina’s over;
- Het programmeren van PLC’s
- De bus systemen
- How to… PLCnext
- How to… mappView
Geschiedenis en merken PLC’s
PLC’s werden voor het eerst ontwikkelt in de automobielindustrie om flexibele, robuuste en gemakkelijk programmeerbare controllers te bieden ter vervanging van vast bedrade relaislogica-systemen. Sindsdien zijn ze op grote schaal toegepast als zeer betrouwbare automatiseringsregelaars die geschikt zijn voor veeleisende omgevingen. De meest voorkomende merken zijn:
Siemens
Siemens AG is een Duits multinationaal conglomeraatbedrijf met het hoofdkantoor in München. En tevens het grootste industriële productiebedrijf in Europa met vestigingen in het buitenland. Het automatisering merk van Siemens is Simatic.
Binnen Siemens kunnen we de controllers onderverdelen in 4 categorieën. LOGO, Basic Controllers, Advanced Controllers en de Distributed Controllers.
De LOGO is perfect geschikt voor kleinschalige automatiseringsprojecten.
Onder de Basic Controllers verstaan we de S7-1200. De Basic Controllers zijn de beste keuze voor automatiseringstaken in een standaard en foutloze uitvoering, omdat ze uitgebreide functies, geïntegreerde IO’s en een bijzonder ruimtebesparend ontwerp bieden.
Onder de Advanced Controllers verstaan we de S7-300, S7-400 en de S7-1500. Voor complexe automatiseringstaken zijn de Advanced Controllers de juiste keuze. Ze laten een hoge systeemprestatie zien en zijn daardoor zelfs geschikt voor grote systemen met diverse componenten tot complete installaties.
De S7-300 is special ontworpen voor systeemoplossingen zoals vereist in de auto- of olie- en gasindustrie. De diverse componenten kunnen taak specifiek worden ingezet voor centrale uitbreidingen of ontwikkeling van decentrale structuren. Ze maken een kosteneffectieve inventaris van reserveonderdelen mogelijk.
De S7-400 wordt zowel voor systeemoplossingen als productie- en procestechniek gebruikt. Het is bijzonder geschikt voor data-intensieve taken en voldoet ook aan de eisen van het observeren van deterministische responstijden.
Als het grootse model onder de Advanced Controllers is de S7-1500 variant het hulpmiddel bij uitstek, vooral voor uitdagende taken. Deze controller kan door zijn verfijning aan de hoogste eisen voldoen en dankzij zijn speciaal ontwikkelde koelelementen zelfs bestand tegen temperaturen tot 70°C.
Allen Bradley
Allen-Bradley is de merknaam van een lijn fabrieksautomatiseringsapparatuur, sinds 1985 in het bezit van Rockwell Automation.
De PLC’s van Allen Bradley bestaan uit de volgende categorieën:
De grote besturingssystemen bieden krachtige besturingsoplossingen. Deze PLC’s zijn ontworpen voor gedistribueerde of toezichthoudende besturingstoepassingen. Deze reeks bestaat uit de ControlLogix Control Systems en de Softlogix Control Systems.
De kleine besturingssystemen bieden de mogelijkheid om te voldoen aan de eisen van slimme machines en apparatuur, zonder de overhead van grotere systemen. Deze reeks bestaan uit de CompactLogix Control Systems, SmartGuard 600 Safety Controllers en de SLC 500 Controllers.
De micro- en Nano besturingssystemen bieden goede oplossingen voor de basisbehoeften voor een eenvoudige installatie, variërend van relaisvervanging tot eenvoudige besturingstiming en -logica. Door de compacte behuizing, geïntegreerde I/O en communicatie maken deze reeks besturingssystemen geschikt voor toepassingen zoals transport automatisering, beveiligingssystemen en de verlichting van gebouwen en parkeerplaatsen. Deze reeks besturingssystemen bestaan uit de Micro800 Control Systems en de MicroLogix Control Systems.
B&R
De conventionele controller van B&R is de X20 generatie. Deze kan overal worden geïmplementeerd, van standaardtoepassingen tot de meest veeleisende toepassingen met de hoogste prestatie-eisen. Hij kan zelfs cyclustijden van 100 µs beheersen.
Naast de X20 generatie heeft B&R de X90 mobiele controllers. Het hart van het X90 besturingssysteem is een krachtige ARM-processor en multifunctionele I/O-kanalen. Tot de basisfuncties behoren interfaces voor CAN, Ethernet en het real-time POWERLINK-bussysteem.
Naast de conventionele controllers heeft ook B&R Hybrid Controllers. Op deze controller kan ook een besturingssysteem draaien. Deze bestaan uit de Automation PC’s en de Panel PC’s.
De Automation Pc’s bestaan uit krachtige Atom- en Core ™ i-technologie die ervoor zorgen dat de meest veeleisende automatiseringssystemen soepel werken. De Automation Pc’s zijn verkrijgbaar in de volgende varianten;
Automation PC’s
De Automation PC 2100 is gebaseerd op de Intel Bay Trail architectuur, waarvan de single-, dual- en quad-coreprocessortechnologie een mijlpaal vormt voor embedded systemen.
De Automation PC 2200 combineert een volwaardig pc-systeem en minimale grootte met de prestaties van de nieuwste Intel Atom E3900-processors. Dit pc-ontwerp is gebaseerd op de Intel Apollo Lake architectuur.
De Automation PC 3100 combineert de voordelen van een compact systeem met de prestaties van de nieuwste Core i-serie processors.
De Automation PC 910 biedt een heel scala aan processors beschikbaar, waardoor deze de maximale rekenkracht levert voor de meest complexe taken. Ze zijn gebaseerd op de 6e generatie Core i-serie processors, de maatstaaf voor de beste presterende pc-architecturen.
Panel PC’s
De Panel Pc’s combineren een display en een pc-eenheid tot één uiterst compact apparaat en zijn verkrijgbaar in een groot aantal verschillende schermformaten met een Touch of Multi Touch scherm en /of invoertoetsen. Ontwerpen met IP65-bescherming zijn perfect voor gebruik in bijzonder veeleisende omgevingen. De Panel Pc’s zijn verkrijgbaar in de volgende varianten;
De Panel PC 2100, single- en Multi Touch, hebben een grafische Intel Atom-processor die is afgeleid van de Core i-technology en biedt een krachtige verwerking.
De Panel PC 2200, single- en Multi Touch, is gebaseerd op de Intel Apollo Lake-architectuur. Ook deze heeft een grafische Intel Atom-processor die is afgeleid van de Core i-technology.
De Panel PC 3100, single- en Multi Touch, is gebaseerd op Intels nieuwste generatie Core i-technologie en kunnen over het volledige bereik worden geschaald, van Celeron tot Corei7. Een ander voordeel van de nieuwste generatie Core i-serie en Atom-technologie is dat het erin slaagt om de prestaties aanzienlijk te verbeteren terwijl het stroomverbruik wordt verlaagd, waardoor de maximale energie-efficiëntie wordt bereikt en de behoefte aan interne ventilatoren vrijwel overbodig is.
De Panel PC 910, single- en Multi Touch, biedt een veelzijdige selectie van CPU-prestatieniveaus, van de single-core Celeron tot de quad-core Core i7.
Beckhoff
Beckhoff Automation GmbH & Co. KG is een fabrikant van automatiseringstechnologie gevestigd in Verl in Oost-Westfalen en maakt deel uit van de Beckhoff-groep. Een essentieel kenmerk van de systemen is het gebruik van PC-gebaseerde besturingstechnologie, die is ontwikkeld op basis van open pc- en IT-standaarden.
Het IPC-segment omvat industriële pc’s en embedded pc’s. Met de Embedded PC verkoopt Beckhoff modulaire industriële Pc’s die direct op de DIN-rail van schakelkasten gemonteerd kunnen worden.
WAGO
WAGO Kontakttechnik GmbH & Co. KG is een Duits bedrijf dat componenten voor elektrische aansluitingen en elektronische componenten voor decentrale automatisering vervaardigt.
De WAGO-besturingssystemen bestaan uit de controllers PFC100, PFC200, PFC200 XTR, 750 Controllers, 750 XTR Controllers en de OFC200 Advanced Controller.
Alle WAGO-controllers zijn uitgerust met de krachtige industriestandaard CODESYS. Dit maakt softwareontwikkeling mogelijk in IEC 61131-3 PLC-programmeertalen (ST, FBD, LD, IL, SFC en CFC).
IFM
IFM Electronic GmbH is een Duits bedrijf dat componenten voor elektrische aansluitingen en elektronische componenten vervaardigt. De IFM-besturingssystemen bestaan uit de Standaard PLC Dataline en de Veiligheid PLC Safeline.
Turck
Turck is een Duitse fabrikant in de industriële automatisering. Turck maakt een reeks sensor-, veldbus-, interface- en connectiviteitsproducten, evenals HMI- en RFID-systemen.
De besturingssystemen van Turck zijn displays met een processor. Deze zijn ideaal voor het gebruik in kleine tot middelgrote machines. Deze reeks bestaat uit de TX100, TX200, TX500 en TX700-productserie.
Naast de TX-besturingssystemen, heeft Turck ook nog programmeerbare gateways van de I/O-systemen BL20 (IP20) en BL67) IP67. Deze kunnen autonoom als PLC of als gedecentraliseerde PLC in een netwerkinterconnectie worden ingezet voor de snelle gedecentraliseerde signaalverwerking.
Zowel de TX-productiereeks als de BL-productiereeks, draaien op het besturingssysteem CODESYS.
Mitsubishi
De Mitsubishi Group is een groep van autonome Japanse multinationale ondernemingen in een verscheidenheid aan industrieën. De vier belangrijkste bedrijven in de groep zijn MUFG Bank (de grootste bank in Japan), Mitsubishi Corporation (een algemene handelsmaatschappij), Mitsubishi Electric en Mitsubishi Heavy Industries (Beide zijn gediversifieerde productiebedrijven).
Mitsubishi Electric heeft verschillende PLC’s types beschikbaar onder de merknaam Melsec. Deze zijn in verschillende categorieën onder te verdelen:
De medium- to large-scale control, hieronder vallen de Melsec iQ-R Series en de Melsec-Q series.
De small- to medium-scale control, hieronder valt de Melsec-L Series. Deze is geschikt voor toepassingen met beperkte ruimte. Deze controller beschikt over geïntegreerde IO-functionaliteit.
De small-scale and stand-alone control, hieronder vallen de Melsec iQ-F Series en de Melsec-F Series. Deze controllers zijn krachtig en bieden een rijk assortiment aan geïntegreerde functies.
Phoenix Contact
Phoenix Contact, met het hoofdkantoor in Blomberg, Ostwestfalen-Lippe, Duitsland, is een fabrikant van industriële automatisering.
De krachtige PLC’s van de RFC-familie (Remote Field Controller) beschikken over een diagnosedisplay waarop statusmeldingen van het besturings- en veldbussysteem kunnen worden afgelezen. Deze PLC’s zijn in verschillende vermogensklassen beschikbaar en kan geprogrammeerd worden volgens de IEC-61131-3.
Naast de klassieke RFC PLC’s, heeft Phoenix Contact ook nog de PLCnext Control PLC’s. In deze generatie kan geprogrammeerd worden met de IEC-61131-3 of hogere programmeertalen. Tevens beschikt de PLCnext Control een eenvoudige integratie van open-source-software, apps, alsmede actuele en toekomstige communicatiestandaarden en intelligente Cloud-koppelingen.
I/O
Een PLC verzamelt gegevens uit het veld, verwerkt deze zoals voorgeprogrammeerd en produceert een of meer outputs. De gegevens die uit het veld worden verzameld, worden beschouwd als de inputs van de PLC en de gegevens die van de PLC naar het veld worden doorgegeven, worden als outputs beschouwd. Deze inputs en outputs worden door middel van IO-kaarten door de PLC verwerkt. Hieronder staan de verschillende type kaarten. Klik ze aan voor meer informatie.
Digitale input kaart
Een digitale input kaart verwerkt alleen digitale ingangen. Dit zijn binaire ingangen (0 of 1). Binaire ingangen zijn in feite spanning, variërend van 5v tot 230v, afhankelijk van het type kaart dat wordt gebruikt. In eenvoudige bewoordingen; elke drukknop, schakelaar of sensor produceert digitale ingangen naar een PLC. Digitale ingangen worden gebruikt om de status van elk apparaat te controleren, of het nu AAN of UIT is. Voor een ingangsmodule van 24Vdc fungeert 0Vdc als UIT-toestand (Binair 0) en 24Vdc als AAN-toestand (Binair 1). Dit zijn nominale spanning. In de praktijk wordt >18Vdc als AAN-toestand (Binair 1) aangemerkt.
Digitale output kaart
Een digitale output kaart verwerkt alleen digitale uitgangen. Dit zijn binaire uitgangen (0 of 1). Het is een bewerkte besturingsoutput van de PLC naar het veld. Het wordt gebruikt om elk veldapparaat AAN of UIT te zetten. Een digitale uitgang kan worden gebruikt om magneetventielen, relais, indicatielampjes te bedienen of als commando voor andere apparaten.
Analoge input kaart
Een analoge input kaart verwerkt alleen analoge ingangen. Dit zijn ingangen die een continue input van het veld naar de PLC levert. In tegenstelling tot digitale signalen is dit geen constant spanningssignaal. Het kan variëren afhankelijk van de veldomstandigheden. De meest gebruikte analoge signalen zijn 4-20mA signaal en 0-10Vdc signaal. Als u bijvoorbeeld een waterdruk controleert die door een buis stroomt met een druktransmitter met een bereik van 0-10bar, geeft de transmitter een signaal af tussen de 0 en 10V evenredig met de druk in de buis.
Analoge output kaart
Een analoge output kaart verwerkt alleen analogen uitgangen. Dit zijn uitgangen die een continue output leveren van de PLC naar het veld. Als u bijvoorbeeld een frequentieregelaar heeft en u wilt deze een snelheidsreferentiesignaal geven, dan kunt u een analoge uitgang gebruiken.
Bussystemen
Naast het gebruikt van de standaard in- en uitgangen, zoals hierboven beschreven, wordt er ook steeds meer gecommuniceerd door middel van automatisering protocollen. We kunnen deze uitsplitsen in op Ethernet gebaseerde protocollen of andere protocollen. Hieronder staan de meest gebruikte “andere” protocollen binnen de industriële automatisering. Klik op de bus voor meer informatie.
Profibus DP/PA
PROFIBUS (Process Field Bus) is een standaard voor veldbus communicatie in de automatisering technologie en werd voor het eerst gepromoot in 1989 door BMBF (Duitse afdeling onderwijs en onderzoek) en vervolgens gebruikt door Siemens. PROFIBUS wordt openlijk gepubliceerd als onderdeel van IEC 61158.
Er zijn momenteel twee varianten van PROFIBUS in gebruik; de meest gebruikte PROFIBUS DP en de minder gebruikte PROFIBUS PA.
PROFIBUS DP (Decentralized Peripherals) wordt gebruikt om sensoren en actuatoren te bedienen via een gecentraliseerde controller in productie automatiseringstoepassingen. PROFIBUS DP maakt gebruik van twee aderige afgeschermde kabel met een violette mantel, en werkt met snelheden tussen 9,6 kbit/s en 12 Mbit/s. Voor een netwerk kan een bepaalde snelheid worden gekozen om voldoende tijd te geven voor communicatie met alle in het netwerk aanwezige apparaten. Met de gebalanceerde RS485-transmissie die in PROFIBUS DP wordt gebruikt, kunnen slechts 31 apparaten tegelijk worden aangesloten. Er kunnen echter meer apparaten (tot 126) worden aangesloten of het netwerk kan worden uitgebreid met behulp van hubs of repeaters.
PROFIBUS PA (Process Automation) wordt gebruikt om meetapparatuur te bewaken via een procesbesturingssysteem in procesautomatiserings toepassingen. Deze variant is bedoeld voor gebruik in explosiegevaarlijke omgevingen (Ex-zone 0 en 1). PROFIBUS PA werkt met een vaste snelheid van 31,25 kbit/s via een blauw omhulde twee aderige afgeschermde kabel. De berichtformaten in PROFIBUS PA zijn identiek aan PROFIBUS DP.
IO-Link
IO-Link is een korte afstand, bi-directioneel, digitaal, point-to-point bedraad (of draadloos), industriële communicatie netwerkstandaard (IEC 61131-9) die wordt gebruikt voor het aansluiten van digitale sensoren en actuatoren op een type industriële veldbus of een type industrieel Ethernet.
Het doel is om een technologisch platform te bieden dat de ontwikkeling en het gebruik van sensoren en actuatoren mogelijk maakt die verrijkte datasets kunnen produceren en consumeren die op hun beurt kunnen worden gebruikt voor het economisch optimaliseren van industriële geautomatiseerde processen en operaties.
Een IO-Link-systeem bestaat uit een IO-Link-master en een of meer IO-Link-apparaten (sensoren of actuatoren). De IO-Link-master biedt de interface naar de controller (PLC) en regelt de communicatie met de aangesloten IO-Link-apparaten.
Een IO-Link-master kan een of meer IO-Link-poorten hebben waarop slechts één apparaat tegelijk kan worden aangesloten. Een IO-Link-apparaat kan intelligente sensoren, actuator, hub zijn of, vanwege de bi-directionele communicatie, ook een mechatronische component, bijvoorbeeld een grijper of een voedingseenheid met IO-Link-aansluiting.
Verder is IO-Link ook intelligent, bijvoorbeeld typeaanduiding, serienummer of parameterdata kunnen via het IO-Link-protocol gelezen of geschreven worden. Hierdoor kunnen parameters bijvoorbeeld tijdens bedrijf door de PLC worden gewijzigd. Intelligent betekend echter ook dat het gedetailleerde diagnostische informatie kan leveren.
IO-Link en de daarmee verzonden data worden vaak gebruikt voor preventief onderhoud en service. Het is dus mogelijk om een optische sensor zo in te stellen dat deze tijdig via IO-Link meldt als deze vervuild dreigt te raken. Schoonmaken is niet langer een verrassing en zorgt niet voor onnodige stilstand.
Hart protocol
Het HART-communicatieprotocol (Highway Addressable Remote Transduces) is een hybride analoog + digitaal open protocol voor de industriële automatisering. Het protocol is ontwikkeld door Rosemount Inc., gebouwd op de basis van de vroege communicatie standaard Bell 202 in het midden van de jaren tachtig als een eigen digitaal communicatie protocol voor hun slimme veldinstrumenten. Al snel evolueerde het naar HART en in 1986 werd er een open protocol van gemaakt. Sindsdien zijn de mogelijkheden van het protocol verbeterd door opeenvolgende herzieningen van de specificatie.
Er zijn twee hoofdbedrijfsmodi van HART-instrumenten; Point-to-point modus en Multi-drop modus. In de point-to-point modus worden de digitale signalen over de 4-20 mA lus stroom heen gelegd. Het Polling-adres van het instrument is ingesteld op “0”. Op elk signaalpaar van de instrumenten kabel kan slecht één instrument worden geplaatst. Eén signaal, doorgaan gespecificeerd door de gebruiker, wordt gespecificeerd als het 4-20 mA signaal. Naast het 4-20 mA signaal worden andere signalen digitaal verzonden. De druk kan bijvoorbeeld worden verzonden als 4-20 mA signaal, wat een reeks drukken vertegenwoordigt, en de temperatuur kan digitaal over dezelfde draden worden verzonden. In de point-to-point modus kan het digitale deel van het HART-protocol worden gezien als een soort digitale stroomlusinterface.
In de Multi-drop modus is de analoge lus stroom vastgesteld op 4 mA en is het mogelijk om meer dan één instrument op een signaal lus te hebben.
Het request HART pakket heeft de volgende structuur:
| Naam | Lengte (bytes) | Functie |
| Preamble | 5-20 | Synchronisatie en carrier-detectie |
| Start byte | 1 | Specificeert het master nummer |
| Address | 1-5 | Specificeert slave, specifieert master en geeft burst-momdus aan |
| Expansion | 0-3 | Dit veld is 0-3 bytes lang en de lengte wordt aangeven in de Delimiter |
| Command | 1 | Numerieke waarde voor het commando dat moet worden uitgevoerd |
| Number of data bytes | 1 | Geeft de grootte van het dataveld aan |
| Data | 0-255 | Gegevens die bij de opdracht horen. BACK en ACK moeten ten minste twee databytes bevatten |
| Checksum | 1 | XOR van alle bytes van startbyte tot de laatste byte van de gegevens |
Elke fabrikant die deelneemt aan de HART-conventie krijgt een identificatienummer toegewezen. Dit nummer wordt meegedeeld als onderdeel van de basisopdracht voor apparaat identificatie die wordt gebruikt bij de eerste verbinding met een apparaat. De actuele lijst is op de volgende site terug te vinden.
RS-232
In de telecommunicatie is RS-232 (Recommended Standard 232), een standaard die oorspronkelijk in 1960 werd geïntroduceerd voor seriële gegevensoverdracht. De RS-232 standaard werd algemeen gebruikt in seriële computerpoorten (COM poorten) en wordt nog steeds gebruikt in industriële communicatie apparaten.
De RS-232 heeft, in vergelijking met latere interfaces zoals RS-422, RS-485 en Ethernet, een lagere transmissie snelheid, een korte maximale kabellengte, een grote spanningszwaai, grote standaardconnectoren, geen Multi point mogelijkheden en een beperkte Multi drop mogelijkheid. De moderne computers heeft de RS-232 vervangen door de USB.
De RS-232 standaard definieert de spanningsniveaus die overeenkomen met de logische nul niveaus voor de datatransmissie en de stuursignaallijnen. Geldige signalen zijn ofwel in het bereik van +3 tot +15 volt of het bereik van -3 tot -15 volt met betrekking tot de “Common Ground” (GND) pin.
RS-485
De RS-485 is een standaard die de elektrische kenmerken van stuurprogramma’s en ontvangers definieert voor gebruik in seriële communicatiesystemen.
Afstanden van RS-485
De RS-485 kan worden gebruikt met datasnelheden tot 10Mbit/s of bij lagere snelheden, afstanden tot 1200m. Als vuistregel geldt dat de snelheden in bit/s vermenigvuldigd met de lengte in meters niet hoger mag zijn dan 108. Een kabel van 50m mag dus niet sneller dan 2Mbit/s signaleren.
Topologiën van RS-485
De RS-485-stuurprogramma’s gebruiken drietoestandenlogica, waardoor individuele zenders kunnen worden gedeactiveerd. Hierdoor kan de RS-485 lineaire bus topologiën implementeren met slechts twee draden.
De aanbevolen opstelling van de draden is als een verbonden reeks point-to-point knooppunten, dit wil zeggen een lijn of bus, geen ster- ring- of meervoudig verbonden netwerk. Ster- en ring-topologieën worden niet aanbevolen vanwege signaalreflecties of een te lage of hoge afsluitimpedantie. Als een sterconfiguratie onvermijdelijk is, zijn er speciale RS-485-repeaters beschikbaar die bi-directioneel naar gegevens over elke overspanning luisteren en de gegevens vervolgens opnieuw naar alle andere overspanningen verzenden.
Afsluitweerstand van RS-485
Idealiter hebben de twee uiteinden van de kabel een afsluitweerstand die over de twee draden is aangesloten. Zonder afsluitweerstand kunnen signaal reflecties van het niet afgesloten uiteinde van de kabel gegevensbeschadiging veroorzaken. Afsluitweerstanden verminderen ook de gevoeligheid voor elektrische ruis vanwege de lagere impedantie. De waarde van elke afsluitweerstand moet gelijk zijn aan de karakteristieke kabelimpedantie (120 ohm voor twisted-pairs).
De afsluiting omvat ook pull-up en pull-down weerstanden om een faalveilige voorspanning voor elke datadraad vast te stellen voor het geval dat de lijnen niet door een apparaat worden aangedreven. Op deze manier worden de lijnen voorgespannen naar bekende spanningen en zullen knooppunten de ruis van niet aangedreven lijnen niet als feitelijke gegevens interpreteren; zonder voorspanningsweerstanden zweven de datalijnen zodanig dat de gevoeligheid voor elektrische ruis het grootst is wanneer alle apparaat stations stil zijn of geen stroomvoorziening hebben.
CAN bus
Een Controller Area Network (CAN-bus) is een robuuste autobusstandaard die is ontworpen om microcontrollers en apparaten in staat te stellen met elkaars applicaties te communiceren zonder een hostcomputer.
Het is een op berichten gebaseerd protocol, oorspronkelijk ontworpen voor multiplex-elektrische bedrading in auto’s om koper te besparen, maar kan ook in veel andere contexten worden gebruikt. Voor elk apparaat worden de gegevens in een frame opeenvolgend verzonden, maar op een zodanige manier dat als meer dan één apparaat tegelijkertijd verzendt, het apparaat met de hoogste prioriteit kan doorgaan terwijl de andere zich terugtrekken. Frames worden door alle apparaten ontvangen, ook door het verzendende apparaat.
De ontwikkeling van de CAN-bus begon in 1983 bij Robert Bosch GmbH. Het protocol werd officieel vrijgegeven in 1986 op de Society of Automotive Engineers (SAE)-conferentie in Detroit, Michigan. De eerste CAN-controllerchips werden geïntroduceerd door Intel in 1987 en kort daarna door Philips. De Mercedes Benz (echte voorsprong door techniek) W140, uitgebracht in 1991, was het eerste productievoertuig met een op CAN gebaseerd multiplex bedradingssysteem.
Modbus
Modbus is een datacommunicatie protocol dat oorspronkelijk in 1979 door Modicon (nu Schneider Electric) is gepubliceerd voor gebruik met zijn PC’s. Modbus is populair in de industriële omgevingen omdat het openlijk gepubliceerd is. Modbus gebruikt RS485 of Ethernet als bedradingstype.
Er zijn verschillende varianten in de Modbus-protocollen;
Modbus RTU wordt gebruikt bij seriële communicatie en maakt gebruik van een compacte binaire weergave van de gegevens voor protocolcommunicatie. Modbus RTU is de meest voorkomende implementatie die beschikbaar is voor Modbus.
| Naam | Lengte (bits) | Functie |
| Start | 28 | Minimaal 3½ teken tijden stilte tussen frames |
| Address | 8 | Station adres |
| Function | 8 | Geeft de functiecode aan; Read coils / holding registers |
| Data | n x 8 | Gegevens + lengte worden gevuld afhankelijk van het berichttype |
| CRC | 16 | Cyclische redundantie controle |
| End | 28 | Minimaal 3½ teken tijden stilte tussen frames |
Modbus ASCII wordt gebruikt bij seriële communicatie en maakt gebruik van ASCII-tekens voor protocolcommunicatie.
| Naam | Lengte (bytes) | Functie |
| Start | 1 | Begint met dubbele punt |
| Address | 2 | Station adres |
| Function | 2 | Geeft de functiecode aan; Read coils / holding registers |
| Data | n x 2 | Gegevens + lengte worden gevuld afhankelijk van het berichttype |
| LRC | 2 | Checksum (longitudinale redundantiecontrole) |
| End | 2 | Carriage return |
Op Ethernet gebaseerde
Hieronder staan de meest gebruikte op ethernet gebaseerde protocollen binnen de industriële automatisering. Klik op de bus voor meer informatie.
Modbus over TCP/IP
Modbus TCP/IP is een Modbus variant die wordt gebruikt voor communicatie via TCP/IP netwerken. Voor meer informatie over Modbus, kijk bij de “andere protocollen”.
| Naam | Lengte (bytes) | Functie |
| Transaction identifier | 2 | Voor synchronisatie tussen berichten van server en client |
| Protocol identifier | 2 | Protocol identificatie voor Modbus TCP |
| Length field | 2 | Aantal resterende bytes in dit frame |
| Unit identifier | 1 | Slave-adres (255 indien niet gebruikt) |
| Function code | 1 | Functiecode |
| Data bytes | n | Data als antwoord of commando’s |
De verschillende lees-, schrijf- en andere bewerkingen worden als volgt gecategoriseerd:
- Coils (Read/Write) 1 bit (0-1)
- Discrete Inputs (Read) 1 bit (0-1)
- Input Register (Read) 16 bits (0-65535)
- Holding Register (Read/Write) 16 bits (0-65535)
Ethercat
EtherCAT (Ethernet for Control Automation Technology) is een op Ethernet gebaseerd veldbussyteem, uitgevonden door Beckhoff Automation. Het protocol is gestandaardiseerd in de IEC 61158.
Het doel tijdens de ontwikkeling van EtherCAT was om Ethernet toe te passen voor automatiseringstoepassingen die korte data-updatetijden vereisen (< 100 μs) met een lage communicatie-jitter.
Het EtherCAT-protocol is geoptimaliseerd voor procesdata en wordt via Ethertype 0x88a4 rechtstreeks binnen het standaard IEEE 802.3 Ethernet-frame getransporteerd. Het kan bestaan uit verschillende sub-telegrammen die elk een bepaald geheugengebied van de logische procesbeelden bedienen, dat maximaal 4 gigabyte groot kan zijn.
Door gebruik te maken van full-duplex fysieke Ethernet-lagen, sluiten EtherCAT-slave-controllers automatisch een poort en retourneren ze het Ethernet-frame als er geen downstream-apparaat wordt gedetecteerd. Slave-apparaten kunnen een, twee of meer poorten hebben. Dankzij deze eigenschappen maakt EtherCAT een groot aantal topologie netwerken mogelijk.
Powerlink
Powerlink is een real-time protocol voor standaard Ethernet. Het is een open protocol dat wordt beheerd door de Ethernet POWERLINK Standardization Group (EPSG). Het werd in 2001 geïntroduceerd door het Oostenrijkse automatiseringsbedrijf B&R.
Met een transmissie snelheid van 100 Mbit/s en een synchronisatienauwkeurigheid van +/- 100ns kunnen zelfs de meest veeleisende taken op het gebied van besturingstechniek, robotica, CNC en motion control in één netwerk worden gecombineerd.
Profinet
Profinet (Process Field Net) is een technische industriestandaard voor datacommunicatie via Industrial Ethernet, ontworpen voor het verzamelen van gegevens en het besturen van apparatuur in industriële systemen. De standaard wordt onderhouden en ondersteund door PROFIBUS & PROFINET International (PI), een overkoepelende organisatie met het hoofdkantoor in Karlsruhe, Duitsland.
Profinet implementeert de communicatie met in het veld aangesloten randapparatuur. De basis is een trapsgewijs real-time concept. Profinet definieert de volledige gegevensuitwisseling tussen de controllers (IO-controllers) en de apparaten (IO-Devices), evenals parameterinstellingen en diagnose. IO-Controllers zijn doorgaans een PLC, DCS of IPC. Terwijl IO-Devices kunnen worden gevarieerd in IO-blokken, aandrijvingen, sensoren of actuatoren.
Het Profinet-protocol is ontworpen voor een snelle gegevensuitwisseling tussen op Ethernet gebaseerde veldapparatuur. Veldapparaten in een ondergeschikte Profibus-lijn kunnen naadloos in het Profinet-systeem worden geïntegreerd via een IO-Proxy.
Een Profinet-systeem bestaat uit de volgende apparaten:
- De IO-Controller, die de automatiseringstaak aanstuurt. Denk hierbij aan een PLC, DCS of IPC
- Het IO-Device, een veldapparaat. Denk hierbij aan IO-blokken, aandrijvingen, sensoren of actuatoren. Deze worden aangestuurd en bewaakt door een IO-Controller. Een IO-Device kan uit meerdere modules en submodules bestaan.
- De IO-Supervisor is software die doorgaans is gebaseerd op een PC voor het instellen van parameters en het diagnosticeren van individuele IO-apparaten.
Een Profinet IO-Systeem bestaat uit minimaal één IO-Controller die één of meerdere IO-Devices aanstuurt. Daarnaast kunnen eventueel een of meerdere IO-Supervisors tijdens worden ingeschakeld voor de engineering van de IO-Devices.
Als twee IO-Systemen zich in hetzelfde IP-netwerk bevinden, kunnen IO-Controllers ook een ingangssignaal delen als gedeelde ingang, waarin ze leestoegang hebben tot dezelfde submodule in een IO-Device. Dit vereenvoudigt de combinatie van een PLC met een aparte veiligheidscontroller of motion control.
Tevens kan een volledig IO-Device worden gedeeld als een gedeeld apparaat, waarin individuele submodules van een IO-Device worden toegewezen aan verschillende IO-Controllers.
Een IO-Device wordt op het Profinet-netwerk geïdentificeerd aan de hand van een stationsnaam. Verbinding tot stand brengen, parametrering en alarmafhandeling worden geïmplementeerd met User Datagram Protocol (UDP), waarvoor het apparaat ook een IP-adres moet worden toegewezen. Na identificatie van het apparaat aan de hand van de stationsnaam, wijst de IO-controller het vooraf geconfigureerde IP-adres toe aan het apparaat.
OPC UA
OPC Unified Architecture is een machine-to-machine communicatieprotocol voor industriële automatisering ontwikkeld door OPC Foundation. Het protocol was ontwikkeld om een pad voorwaarts te bieden ten opzichte van het oorspronkelijke OPC-communicatiemodel, namelijk de Microsoft Windows proces uitwisseling COM / DCOM, dat beter zou voldoen aan de opkomende behoeften van industriële automatisering.
OPC UA ondersteunt twee protocollen. Dit is alleen zichtbaar voor applicatieprogrammeurs via wijzigingen in de URL. Het binaire protocol is opc.tcp: // Server en http: // Server is voor web service. Anders werkt OPC UA volledig transparant voor de API.