Yhä useammat teollisuuden ohjausjärjestelmät käyttävät kenttäväyliä useampien antureiden ja toimilaitteiden ohjaamiseen. Sähköisiä toimilaitteita käytetään yleisesti teollisissa sovelluksissa keskeisenä toimilaitteena nesteensäätöprosesseissa. Yleisimmin käytettyjä väyläjärjestelmiä sähköisissä toimilaitteissa ovat Modbus, CAN, Profibus, DeviceNet, Foundation Fieldbus, HART ja Ethernet.

Yleiset väyläjärjestelmät sähköisille toimilaitteille:

  • Modbus

  • CAN

  • Profibus

  • DeviceNet

  • Foundation Fieldbus (FF)

  • HART

  • Ethernet

Modbus

Verrattuna muihin kenttäväylätekniikoihin, Modbus on yksinkertainen mutta monitoiminen. Se tarjoaa kaikki tehdasautomaatiossa tarvittavat palvelut, kuten yksinkertaisen binääritiedon, analogia-arvojen, laiteparametrien tai diagnostiikkatietojen vaihdon.

Tehdasautomaatiossa ja laitteissa, kuten Profibusissa, käytetään tyypillisesti yksinkertaista ja vankkaa fyysistä kerrosta, RS-485:tä. Tähän fyysiseen kerrokseen perustuen Modbus tukee erilaisia viestimuotoja, kuten Modbus RTU:ta tai Modbus ASCII:ta. Ethernet-pohjaisen Modbus TCP/IP -version käyttö mahdollistaa vertikaalisen integroinnin isäntäautomaatiojärjestelmiin.

Ominaisuudet:

  • Yksinkertainen protokolla

  • Sopii yksinkertaisiin teollisuusautomaatioympäristöihin
    www.modbus.org

CAN (ohjainalueverkko)

CAN on ISO:n standardoima sarjaliikenneprotokolla, jonka Bosch ehdotti ensimmäisen kerran vuonna 1986. Sitä käytetään laajalti autoelektroniikassa, teollisuusautomaatiossa, merenkulussa, lääkinnällisissä laitteissa ja teollisuuslaitteissa.

CAN-verkossa on kaksi standardoitua protokollaa: ISO11898 nopeaa tiedonsiirtoa varten (125 kbps–1 Mbps) ja ISO11519-2 hitaaseen tiedonsiirtoon (alle 125 kbps). CAN on erittäin luotettava ja tukee usean isännän ohjausta, nopeita siirtonopeuksia ja joustavia solmujen lisäyksiä.

Ominaisuudet:

  • Monipääteohjaus

  • Nopea lähetysnopeus

  • Joustava solmujen lisäys

Profibus

PROFIBUS on kansainvälinen, avoin ja laitteesta riippumaton kenttäväylästandardi. Sen siirtonopeus vaihtelee 9,6 kbaudista 12 Mbaudiin. PROFIBUSia käytetään laajalti valmistusautomaatiossa, prosessiteollisuuden automaatiossa ja rakennusautomaatiossa.

PROFIBUS koostuu kolmesta yhteensopivasta osasta:

  • PROFIBUS-DP (Hajautettu oheisjärjestelmä) laitetason ohjausjärjestelmien ja hajautetun I/O:n väliseen tiedonsiirtoon.

  • PROFIBUS-PA (Prosessiautomaatio) antureiden ja toimilaitteiden kytkemiseen samaan väylään luonnostaan turvallisuusstandardien mukaisesti.

  • PROFIBUS-FMS (Fieldbus Message Specification) korjaamotason valvontaan reaaliaikaisella moni-master-verkolla.

Ominaisuudet:

  • Avoin arkkitehtuuri

  • Luotettavuus

  • Joustavuus

  • Reaaliaikainen suorituskyky

DeviceNet

DeviceNet on edullinen tietoliikenneväylä, joka yhdistää teollisuuslaitteita, kuten rajakytkimiä, antureita, venttiilejä, moottorinkäynnistimiä ja muita, poistaen kalliit johdotuskustannukset. Se parantaa laitteiden välistä tiedonsiirtoa ja tarjoaa merkittäviä laitetason diagnostiikkatoimintoja, joita on vaikea saavuttaa perinteisillä I/O-liitännöillä.

DeviceNet perustuu CAN-protokollaan ja tarjoaa reaaliaikaisen tiedonsiirron. Se tukee point-to-point-, multi-master- tai master/slave-tiedonsiirtoa ja voi yhdistää jopa 64 solmua. Sen siirtonopeudet ovat 125 kb/s, 250 kb/s ja 500 kb/s.

Ominaisuudet:

  • Edullinen viestintä

  • Yksinkertainen verkkoratkaisu

  • Avoin standardi laitteistolle ja ohjelmistolle

  • Diagnostiset ominaisuudet

Foundation Fieldbus (FF)

Foundation Fieldbus on suunniteltu erityisesti prosessiautomaatioon, ja siinä käytetään FF H1 -protokollaa kenttätason tiedonsiirtoon. FF tukee erilaisia topologioita ja mahdollistaa suoran tiedonsiirron laitteiden välillä, kun se on varustettu linkkiäktiivisellä ajoittimella (LAS).

Ominaisuudet:

  • Topologian joustavuus

  • Tukee hajautettua digitaalista ohjausta

  • Suora tiedonsiirto kenttälaitteiden välillä

  • Perustuu standardoituihin tulo-/lähtötoimintoihin

www.fieldcommgroup.org

HART (valtatiekäyttöön tarkoitettu etämuunnin)

HART käyttää analogisen ja digitaalisen datan lähettämiseen standardia 4–20 mA:n analogista signaalia. HART-tiedonsiirto moduloi lisäsignaalin analogisen 4–20 mA:n signaalin päälle, mikä mahdollistaa sekä digitaalisten että analogisten signaalien samanaikaisen lähettämisen.

Se tukee master/slave-periaatetta ja sitä käytetään usein point-to-point-viestinnässä.

Ominaisuudet:

  • Käyttää olemassa olevaa 4–20 mA:n infrastruktuuria

  • Digitaalinen tiedonsiirto lisäparametreja ja diagnostiikkaa varten

  • Laaja valikoima laitteita tukee
    www.fieldcommgroup.org

Ethernet

Nykyään klassisesta Ethernetistä on tullut johtava tietoverkkostandardi toimistoympäristöissä. ”Teollinen Ethernet” viittaa parannettuun Ethernetiin, jota voidaan käyttää teollisuusautomaatioympäristöissä.

Ominaisuudet:

  • Reaaliaikainen ja IT-tiedonsiirto yleisten medioiden kautta

  • Käytännössä rajaton määrä osallistujia ja verkoston laajennus

  • Skaalautuva ja joustava topologia

  • Nopea tiedonsiirto, jopa suurilla tietomäärillä

  • Helppo integrointi verkkopalvelimiin ja IoT-rajapintoihin (esim. OPC UA)

Teollisuuden Ethernet-protokollat, kuten Profinet, Ethernet/IP ja Modbus TCP, on integroitu suoraan DCS-järjestelmiin ja varmistavat luotettavan tiedonsiirron ja helpon pääsyn kenttätason laitteisiin.