CAN, ModBus, ProfiNet ... wie wählt man den richtigen Industriebus aus?

Mit der kontinuierlichen Verbesserung der industriellen Automatisierung ist die Bedeutung der industriellen Bustechnologie immer wichtiger geworden. Als eine der Kerntechnologien im industriellen Bereich spielt der Industriebus eine wichtige Rolle für die effiziente Kommunikation und den Datenaustausch zwischen Geräten. Der Industriebus bezeichnet eine Ansammlung öffentlicher Signalleitungen, die Informationen übertragen und zwischen Modulen miteinander kommunizieren. Unter der Kontrolle des Hauptgeräts werden die gesendeten Informationen an ein Empfangsgerät übertragen.

Je nach Standort des Busses kann der Bus in externen Bus, internen Bus und On-Chip-Bus unterteilt werden. Zu den gängigen externen Bussen gehören RS-232, RS-485, USB-Bus, CAN-Bus usw. Zu den gängigen internen Bussen gehören HT-Bus, I2C-Bus, SPI-Bus usw. Zu den gängigen Systembussen gehören Datenbus, Steuerbus, Adressbus usw.

Häufig verwendete Industriebusse

CAN-Bus

CAN (Controller Area Network) ist ein von der ISO international standardisiertes serielles Kommunikationsprotokoll. CAN-Bus ist ein serielles Datenkommunikationsprotokoll, das Anfang der 1980er Jahre von der deutschen Firma BOSCH entwickelt wurde, um das Problem des Datenaustauschs zwischen vielen Steuerungs- und Testsystemen in modernen Automobilen zu lösen. Es können verdrillte Paare, Koaxialkabel oder Lichtleiter verwendet werden. Als Kommunikationsmedium kommt Glasfaser als Multi-Master-Bus zum Einsatz. Kommunikationsrate bis zu 1 Mbit/s.

Äther CAT-Bus

Ether CAT (Ethernet for Control Automation Technology) ist ein leistungsstarkes industrielles Ethernet-Kommunikationsprotokoll, das speziell für Echtzeit-Industriesteuerungssysteme entwickelt wurde. Er wurde 2003 vom deutschen Unternehmen Beckhoff Automation ins Leben gerufen und ist ein offener internationaler Standard.

In einem Ether-CAT-Netzwerk werden Daten über eine ringförmige oder lineare Netzwerkstruktur übertragen. Jedes Slave-Gerät liest die benötigten Daten und gibt das Datenpaket dann sofort an den nächsten Slave weiter. Dieser Vorgang wird als „Verarbeitung im laufenden Betrieb“ bezeichnet.

ProfiNet-Bus

ProfiNet ist ein fortschrittliches Kommunikationssystem zur Unterstützung der verteilten Automatisierung, das von Siemens und der ProfiBus User Association entwickelt wurde. Die Übertragung der Master-Slave-Struktur von ProfiBus auf Ethernet ist ein Automatisierungsbusstandard, der auf der industriellen Ethernet-Technologie basiert. Es unterstützt nicht nur eine Vielzahl von Topologien, um die Systemintegration und -erweiterung zu erleichtern, sondern ist auch mit vorhandenen Ethernet-Schnittstellen und -Protokollen kompatibel. Es kann nicht nur die Echtzeitsteuerung von Linienkörpern realisieren, sondern über TCP auch Datendienste für das Web und die Cloud bereitstellen.

ModBus-Bus

Das ModBus-Kommunikationsprotokoll wurde 1979 von Modicon erfunden und war das früheste Busprotokoll, das in der Industrie eingesetzt wurde. Es gibt mehrere Versionen des ModBus-Kommunikationsprotokolls. Die am häufigsten verwendeten sind ModBus RTU, ModBus ASCII und ModBus TCP.

Referenzfaktoren

Entsprechend den unterschiedlichen Anforderungen der Anwendungsszenarien müssen folgende Faktoren geklärt werden:

①Anforderungen an die Aktualität: Wählen Sie entsprechend den Anforderungen an die Aktualität der Informationsübertragung während des Produktionsprozesses einen Industriebus mit Hochgeschwindigkeitsübertragungseigenschaften aus. Zu den gängigen Hochgeschwindigkeits-Industriebussen gehören EtherCAT, ProfiNet und EtherNet/IP. Diese Busse zeichnen sich durch geringe Latenz und hohe Bandbreite aus und eignen sich für Szenarien, die eine hohe Kommunikationsgeschwindigkeit erfordern.

②Datenvolumen und Echtzeitleistung: Bei der Auswahl eines geeigneten Industriebusses müssen Sie die Anforderungen an Datenvolumen und Echtzeitleistung berücksichtigen. Einige Busse wie CAN und DeviceNet eignen sich für Szenarien mit geringem Datenvolumen und geringen Echtzeitanforderungen, während ModBus und ProfiBus für Szenarien mit mittlerem Datenvolumen und hohen Echtzeitanforderungen geeignet sind.

③Zuverlässigkeit und Fehlertoleranz: Überlegen Sie, ob im industriellen Umfeld eine Reihe von Risiken wie Störungen und Geräteausfälle bestehen. Beispielsweise verfügt der ControlNet-Bus über starke Fehlertoleranzeigenschaften und eignet sich für Szenarien, die eine hohe Zuverlässigkeit erfordern. Darüber hinaus verfügen einige Busse wie EtherCAT und ProfiNet über automatische Erkennungs- und Reparaturfunktionen, die eine zuverlässige Kommunikation ermöglichen können.

④ Flexibilität und Interoperabilität: Ob das System mit mehreren Geräten und Geräten verschiedener Hersteller kommunizieren muss, ist ebenfalls einer der Faktoren, die berücksichtigt werden müssen. Einige Industriebusse wie ModBus und OPC UA bieten eine gute Interoperabilität und Gerätekompatibilität und eignen sich besser für Szenarien, die die Kommunikation mit mehreren Geräten erfordern.

Prozessschritte

Vor der Auswahl eines geeigneten Industriebusses empfiehlt es sich, folgende Schritte zu unternehmen:

① Bedarfsforschung: Berücksichtigen Sie den Produktionsprozess, die Ausrüstungsanforderungen und andere spezielle Anforderungen umfassend und klären Sie die spezifischen Eigenschaften des erforderlichen Industriebusses.

②Marktforschung: Verstehen Sie die Eigenschaften, Anwendungsszenarien, Marktanteile, Kosten usw. verschiedener Industriebusse im Detail. Sie können Informationen erhalten, indem Sie relevante Berichte lesen, an Branchenausstellungen teilnehmen, Fachleute beraten usw.

③Anbieterbewertung: Die Kontaktaufnahme mit verschiedenen Industriebuslieferanten hilft dabei, die Leistung, den technischen Support und andere Dienstleistungen jedes Industriebusses besser zu verstehen.

④Technische Überprüfung: Vergleichen Sie durch tatsächliche Überprüfung und Tests die Leistung und Zuverlässigkeit verschiedener Industriebusse im System (Industriebusindikatoren wie Busübertragungszyklus, Taktzyklus, Betriebsfrequenz, Busbandbreite) und wählen Sie die beste Lösung aus.

Vorsichtsmaßnahmen

Nach der Auswahl eines geeigneten Industriebusses müssen Sie auf folgende Aspekte achten:

①Gerätekompatibilität: Stellen Sie sicher, dass das Gerät mit dem ausgewählten Industriebus kompatibel ist und das entsprechende Kommunikationsprotokoll unterstützt.

②Topologiestruktur: Wählen Sie entsprechend den Systemanforderungen die entsprechende Bustopologie aus, z. B. Bustyp, Sterntyp, Baumtyp oder Ringtyp.

③Effiziente Wartung: Verstehen Sie die Wartungs- und Fehlerbehebungsmethoden von Industriebussen und planen und verwalten Sie Industriebusnetzwerke rational, um die Stabilität und Zuverlässigkeit der Kommunikation sicherzustellen.

Berücksichtigen Sie bei der Auswahl eines Industriebusses schließlich die langfristige Planung und Skalierbarkeit, um häufigen Austausch und Upgrades zu vermeiden.

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