Spis treści
Oba te rozwiązania – choć często współistnieją w jednym zakładzie – różnią się pod względem architektury, możliwości i typowych zastosowań. Dlatego tak ważny jest wybór właściwej technologii komunikacyjnej, gdyż będzie on miał wpływ na efektywność, bezpieczeństwo i elastyczność procesów produkcyjnych.
Czym są sieci komunikacyjne Ethernet i fieldbus?
Przemysłowy Ethernet to zaadaptowana do wymagań środowiska przemysłowego wersja popularnej technologii Ethernet, która jest powszechnie stosowana np. w sieciach biurowych. Przemysłowy Ethernet zapewnia wysoką przepustowość transmisji danych, odporność na zakłócenia elektromagnetyczne i możliwość pracy w trudnych warunkach środowiskowych, a do tego jest elastycznym rozwiązaniem (umożliwia integrację w sieci wielu różnorodnych urządzeń i systemów). Dzięki szerokiej gamie dostępnych protokołów, takich jak EtherNet/IP, PROFINET czy EtherCAT, możliwa jest zarówno szybka wymiana danych, jak i integracja różnych urządzeń automatyki z systemami zarządzania produkcją.
Fieldbus to natomiast magistrala polowa, która umożliwia bezpośrednią wymianę danych pomiędzy urządzeniami polowymi – czujnikami, siłownikami czy zaworami – a systemami sterującymi. Fieldbus powstał w odpowiedzi na potrzebę ograniczenia ilości okablowania oraz uproszczenia integracji urządzeń w rozproszonych systemach automatyki. Do najważniejszych standardów należą PROFIBUS, CANopen, Modbus oraz DeviceNet.
Polecamy:
- Komunikacja bezprzewodowa w przemyśle – standardy i możliwości
- Przemysł 4.0 poszukuje programistów. To aktualnie prężnie rozwijający się sektor gospodarki
Najważniejsze różnice między Ethernetem przemysłowym a magistralą fieldbus
Przemysłowy Ethernet charakteryzuje się bardzo wysoką przepustowością w czasie rzeczywistym, która sięga od 100 Mbps do nawet 1 Gbps, oraz elastyczną topologią sieci (gwiazda, linia, pierścień). Dzięki temu doskonale sprawdza się w aplikacjach wymagających szybkiej wymiany dużych ilości danych i łatwej integracji z systemami IT. Fieldbus z kolei oferuje niższą przepustowość (zwykle do 1 Mbps), ale zapewnia dużo większą przewidywalność czasów odpowiedzi, co jest bardzo istotne w aplikacjach czasu rzeczywistego. Topologie fieldbus są zazwyczaj prostsze, oparte na magistrali lub linii, co ułatwia podłączanie kolejnych urządzeń w terenie. Ethernet przemysłowy lepiej integruje się z nowoczesnymi systemami zarządzania produkcją, natomiast fieldbus pozostaje rozwiązaniem dedykowanym do bezpośredniej komunikacji z urządzeniami polowymi.
Typowe zastosowania przemysłowe
Przemysłowy Ethernet znajduje zastosowanie przede wszystkim tam, gdzie wymagana jest szybka i niezawodna wymiana dużych ilości danych pomiędzy różnymi urządzeniami systemu automatyki. Typowe aplikacje obejmują integrację sterowników PLC, paneli operatorskich HMI, robotów przemysłowych i systemów zarządzania produkcją. Ethernet przemysłowy jest także wykorzystywany do monitorowania i optymalizacji procesów w czasie rzeczywistym, a dzięki swojej elastyczności umożliwia łatwą rozbudowę i modernizację infrastruktury sieciowej w dużych zakładach produkcyjnych. Wysoka przepustowość i możliwość obsługi wielu urządzeń jednocześnie sprawiają, że Ethernet jest preferowany w aplikacjach wymagających szybkiej synchronizacji, takich jak linie montażowe, systemy transportowe czy złożone procesy produkcyjne.
Sieci fieldbus z kolei są powszechnie stosowane w aplikacjach, w których kluczowa jest komunikacja z rozproszonymi urządzeniami polowymi. Fieldbus sprawdza się doskonale w przemyśle chemicznym, spożywczym, farmaceutycznym czy energetycznym, gdzie precyzyjna kontrola czujników, siłowników i zaworów decyduje o bezpieczeństwie i jakości procesu. Dzięki prostocie okablowania i odporności na zakłócenia sieć typu fieldbus jest często wykorzystywana w instalacjach rozległych, a także w strefach zagrożonych wybuchem (ATEX), gdzie niezawodność i łatwość serwisowania mają kluczowe znaczenie. W wielu przypadkach fieldbus stanowi warstwę komunikacyjną bezpośrednio łączącą urządzenia terenowe z systemem sterowania, umożliwiając efektywną wymianę danych na poziomie lokalnym.
Polecamy:
- Przemysł 4.0 a dostosowanie hali przemysłowej do nowych wymogów
- Coboty w nowoczesnych fabrykach. Bezpieczna automatyzacja produkcji
Zalety i wady sieci Ethernet i fieldbus
Największą zaletą przemysłowego Ethernetu jest wspomniana już wcześniej bardzo wysoka przepustowość i możliwość łatwej rozbudowy sieci. Dzięki temu możliwe jest szybkie przesyłanie dużych ilości danych, co jest niezbędne w nowoczesnych, zintegrowanych zakładach produkcyjnych. Ethernet przemysłowy zapewnia również zaawansowane funkcje diagnostyczne i możliwość monitorowania sieci w czasie rzeczywistym. Znacznie ułatwia to zarządzanie i utrzymanie ruchu.
Kolejną zaletą tego rodzaju standardu komunikacyjnego jest łatwa integracja z systemami IT, a także możliwość współpracy z urządzeniami starszej generacji poprzez odpowiednie bramki komunikacyjne. Warto jednak pamiętać, że wdrożenie przemysłowego Ethernetu wymaga odpowiednio przygotowanej infrastruktury sieciowej, która będzie obejmować specjalistyczne switche i okablowanie odporne na warunki przemysłowe. Ograniczeniem może być również zasięg transmisji, który bez dodatkowych wzmacniaczy jest znacznie mniejszy niż w przypadku fieldbus. W niektórych aplikacjach, szczególnie tych wymagających bardzo precyzyjnej synchronizacji, Ethernet również sprawdzi się gorzej niż klasyczne sieci fieldbus, choć nowoczesne protokoły dość dobrze radzą sobie już z tym problemem.
Sieci fieldbus wyróżniają się przede wszystkim deterministyczną komunikacją, co oznacza gwarantowane czasy odpowiedzi niezależnie od obciążenia sieci. Jest to szczególnie istotne w systemach czasu rzeczywistego, gdzie opóźnienia mogą prowadzić do poważnych konsekwencji technologicznych lub bezpieczeństwa. Fieldbus pozwala także na znaczną redukcję okablowania, ponieważ jeden przewód może służyć zarówno do transmisji danych, jak i zasilania urządzeń. Integracja i wymiana urządzeń różnych producentów jest stosunkowo prosta, dzięki czemu fieldbus jest rozwiązaniem uniwersalnym i sprawdzonym w trudnych warunkach przemysłowych.
Do wad tego typu sieci należy zaliczyć ograniczoną przepustowość i liczbę obsługiwanych urządzeń, co może stanowić barierę w przypadku rozbudowanych instalacji. Fieldbus jest także mniej elastyczny pod względem rozbudowy niż Ethernet, a do diagnostyki i konfiguracji często wymagane są specjalistyczne narzędzia.
Polecamy:
- Internet rzeczy w przemyśle czyli IIoT (Industry Internet of Things)
- Przemysł 4.0 a dostosowanie hali przemysłowej do nowych wymogów
Najpopularniejsze standardy przemysłowego Ethernetu i fieldbus
Wśród przemysłowych standardów Ethernetu na szczególną uwagę zasługuje PROFINET, który umożliwia bardzo szybką i niezawodną komunikację pomiędzy sterownikami PLC a urządzeniami wykonawczymi. PROFINET wspiera transmisję danych w czasie rzeczywistym i oferuje rozbudowane funkcje diagnostyczne, co czyni go jednym z najczęściej wybieranych rozwiązań w przemyśle motoryzacyjnym, spożywczym i maszynowym.
EtherNet/IP to kolejny popularny standard, ceniony za uniwersalność oraz możliwość obsługi szerokiego zakresu urządzeń i aplikacji. EtherNet/IP jest często stosowany w dużych zakładach produkcyjnych, gdzie kluczowa jest integracja różnych systemów automatyki. EtherCAT natomiast wyróżnia się bardzo krótkim czasem cyklu i wysoką precyzją synchronizacji. Dzięki temu jest idealnym rozwiązaniem dla aplikacji, które wymagają bardzo szybkiej transmisji danych, takich jak np. sterowanie ruchem czy robotyka.
Wśród sieci fieldbus najczęściej spotykanym standardem jest PROFIBUS DP, który umożliwia szybką i niezawodną komunikację pomiędzy urządzeniami polowymi a systemami sterującymi. PROFIBUS DP jest otwartym standardem, szeroko wykorzystywanym w automatyce przemysłowej, zarówno w nowych instalacjach, jak i przy modernizacji starszych systemów.
CANopen to protokół bazujący na magistrali CAN, pierwotnie opracowany na potrzeby motoryzacji, a obecnie szeroko stosowany w automatyce, robotyce i systemach transportu. CANopen charakteryzuje się dużą odpornością na zakłócenia i prostotą konfiguracji. Modbus to jeden z najstarszych i najprostszych protokołów komunikacyjnych, który działa w trybie master-slave i dzięki swojej uniwersalności jest powszechnie wykorzystywany w systemach SCADA i DCS. Protokół DeviceNet, oparty na magistrali CAN, znajduje zastosowanie głównie w komunikacji z urządzeniami polowymi, zapewniając prostą i niezawodną wymianę danych w rozproszonych systemach sterowania.
Przemysłowy Ethernet i fieldbus to dwa podstawowe filary komunikacji w nowoczesnych zakładach przemysłowych. Ethernet, dzięki wysokiej przepustowości, elastyczności i łatwej integracji z systemami IT, jest niezastąpiony w aplikacjach, które wymagają szybkiej i niezawodnej wymiany dużych ilości danych. Fieldbus natomiast pozostaje optymalnym rozwiązaniem w środowiskach, gdzie kluczowa jest przewidywalna komunikacja z urządzeniami polowymi. Wybór odpowiedniej technologii powinien być uzależniony od specyfiki procesu, wymagań dotyczących czasu reakcji i możliwości rozbudowy sieci w przyszłości.
- Przejdź do galerii: Robot do murowania - Wienerberger
