Герайнт Томас из Control Techniques предлагает некоторое представление о системах полевых шин и объясняет, как и почему они приносят пользу машиностроителям.
Системы Fieldbus превратились в неотъемлемую часть любого устройства, используемого сегодня в домах и на рабочих местах; от интеллектуальных счетчиков энергии, показывающих, где мы используем нашу электроэнергию, до печатной машины, которая печатает ежедневные газеты. Это также актуальная тема на данный момент в связи с Интернетом вещей (IoT), где система вычислительных устройств, механических и цифровых машин, объектов, людей, которые могут обеспечить возможность передачи данных по сети, не требуя какого-либо взаимодействия с людьми. Теперь это достигается за счет использования современных сетей fieldbus.
Полевая шина — это название, данное цифровой сети связи, которая используется в автоматизации и управлении. Сети полевой шины лучше всего использовать в промышленных условиях, таких как фабрики и производственные предприятия.
В прошлом системы управления были реализованы с использованием двухточечной проводки. Это означало, что каждая часть машины, которая должна была контролироваться, должна была быть индивидуально подключена к центральному контроллеру, создавая километры кабелей. При использовании системы fieldbus сложность подключения «точка-точка» может быть значительно снижена за счет использования одного кабеля связи и использования удаленных концентраторов ввода-вывода для ретрансляции сигналов обратно на контроллер.
Существует два типа управления полевой шиной: централизованное и децентрализованное. Традиционно большинство сложных конструкций машин опирались на централизованное управление с помощью одного программируемого логического контроллера (ПЛК), координирующего работу всей машины. С ростом сложности некоторых приложений разработчики в настоящее время внедряют распределенные схемы управления, позволяющие управлять сложными функциями машины на локальном уровне.
На примере концерта стратегию централизованного управления можно рассматривать как «группу из одного человека», где на всех инструментах играет один человек. Это может предъявлять значительные требования к музыканту, пытающемуся играть на всех инструментах в идеальной гармонии и в такт. При подходе с распределенным управлением на каждом инструменте играет отдельный музыкант, перед которым стоит только одна задача — исполнять аналогично оркестру. Затем система может координироваться с помощью полевой шины.
Давайте рассмотрим эти два типа контроля с использованием промышленного оборудования. Централизованные системы управления обычно требуют мощного контроллера для координации работы машины и одновременного выполнения всех задач машины. Управление осуществляется с одного центрального контроллера. Все программирование будет осуществляться с контроллера, что позволяет управлять сложными программами в рамках одной программы. При этом контроллер может оказаться перегруженным при вводе машины в эксплуатацию, поскольку все испытания должны выполняться централизованно. В сети могут возникать задержки с обработкой, поскольку все функции поступают от контроллера.
Децентрализованные сети требуют локального интеллекта в каждом устройстве, или ‘интеллекта автоматизации’. Требуется некоторая координация внутри машины, однако ни один конкретный узел (узел, являющийся точкой подключения или перераспределения) не имеет общего контроля. Разрешение одноранговой связи (при которой устройства обмениваются информацией) создает возможность для более быстрого отклика при снижении сетевого трафика. Децентрализованная система обычно имеет более низкую стоимость по сравнению с выделенным ПЛК, поскольку не всегда требуется полная функциональность ПЛК.
С начала 1970-х годов эволюционировали различные сетевые топологии. Некоторые из этих систем сохранились только благодаря своим техническим достоинствам, в то время как другие сохранились благодаря эффективному маркетингу. Признание отрасли и географические предпочтения были ключевой движущей силой различных систем полевых шин в промышленности.
Ранние системы fieldbus использовались преимущественно для замены больших кабельных станков для ввода, вывода и управления. Первоначально использовавшаяся для снижения затрат на производство и техническое обслуживание, технология эволюционировала, включив синхронизацию контуров управления и программирование устройств более высокого уровня с использованием единой сети.
Следующее поколение полевой шины использует Ethernet для расширения предыдущих функций, добавляя более согласованный поток связи из цеха в зал заседаний. Современные системы на базе Ethernet обеспечивают высокоскоростной детерминизм, совместное использование часов и синхронизацию контуров управления, одновременно обеспечивая передачу информации с уровня ячейки в производственные системы /системы обработки заказов и за их пределы.
Это открывает путь к эффективному управлению процессами и производством, позволяя руководству эффективно контролировать производство, оптимизировать процессы и сокращать время простоя за счет профилактического обслуживания. Будущее увидит по-настоящему эффективные и упреждающие производственные процессы не только в рамках отдельных компаний, но и распространяющиеся на группы компаний и эффективную интеграцию цепочки поставок.
