600007 г. Владимир, ул. 16 лет Октября, д. 68А, литер "Ф", этаж 2, помещение 12
+7 (4922) 53-10-31
info@skb-proton.ru

Часть 3: Тенденции в области Ethernet, PoE, IO-Link, HIPERFACE и однокабельных решений

Преобразователи частоты

Как мы исследовали в Часть 1 и Часть 2 в этой серии из шести частей конструкции машин развиваются благодаря беспроводному подключению, облачным операциям и открытому программированию. В этой части мы исследуем, как Ethernet продолжает свое расширение в области промышленного подключения. Мы также подробно описываем все более полезные типы кабелей для IO-Link и HIPERFACE, а также межсетевые и однокабельные решения.

Промышленные протоколы на основе Ethernet продолжают вытеснять традиционные полевые шины для обмена данными в автоматизированных установках, и фактически протоколы на основе Ethernet в настоящее время используются более чем в 40% промышленных сетей. Это правда, что некоторые полевые шины более надежны, чем устаревшие предложения Ethernet, которые являются недетерминированными, но скорость Ethernet лидирует.

“Некоторые старые шинные системы имеют скорость передачи данных от 1 до 20 Мбит и не реагируют в режиме реального времени”, — сказал Хорст Мессерер, менеджер по продажам технологий передачи данных, сетей и шин в HELUKABEL. “Некоторые виды производства могут мириться с такими темпами, поэтому шинные протоколы не исчезнут полностью, но их доля на рынке сокращается”. В отличие от этого, скорость передачи данных по Ethernet составляет не менее 100 Мбит/с для поддержки отслеживания и обработки данных в режиме реального времени.

Кроме того, в отличие от сетей fieldbus и устройств, требующих различных физических уровней, Ethernet работает на одном, и теперь Power over Ethernet (PoE) позволяет инженерам-проектировщикам еще больше использовать этот единый физический уровень.

“Еще одна тенденция, возникшая в результате пересечения IIoT и motion control, — это использование PoE-соединений в элементах управления движением”, — говорит Эрик Райс из Applied Motion Products. “В прошлом было трудно получать энергию, достаточную для питания двигателя, от подключений PoE, но быстрое внедрение более мощных стандартов IEEE в промышленных коммутаторах Ethernet способствует расширению здесь”.

Например, стандарт 802.3at обеспечивает мощность подключенных устройств в 25 Вт, чего достаточно для запуска шагового двигателя NEMA—14 на полную мощность.

“В Applied Motion Products мы использовали эту возможность для разработки полностью интегрированного шагового двигателя NEMA-14 с замкнутым контуром регулирования тока и единым стандартным разъемом Ethernet для питания и связи”, — говорит Райс. Каждый встроенный двигатель получает питание и связь по одному из двух стандартных кабелей Ethernet (RJ45 или M12 с кодировкой X) и поддерживает распространенные сетевые протоколы, такие как Modbus TCP и EtherNet/IP.

На самом деле подключение на основе Ethernet часто осуществляется в форме EtherNet/IP. Этот протокол прикладного уровня обеспечивает связь между элементами управления и вводом-выводом; определенные адаптации позволяют осуществлять синхронизированное и детерминированное многоосевое управление движением.

Также стремительно внедряется система последовательной связи в реальном времени (SERCOS) III, использующая промышленный кабель Ethernet для подключения приводов, контроллеров движения, датчиков, устройств ввода-вывода, двигателей и других исполнительных механизмов. С SERCOS III возможна детерминированная двунаправленная передача данных о движении и управлении в режиме реального времени. К числу других протоколов, использующих преимущества Ethernet, относятся Ethernet для технологии автоматизации управления (EtherCAT), PROFINET и CC-Link.

Выше показаны электродвигатель рулевого управления и датчик рулевого колеса от Allied Motion; двигатели EnduraMax 75i и 95i со встроенной электроникой; и H-Drive — все они имеют дополнительную функцию открывания навеса.

“Мы создаем индивидуальные решения для перемещения, интегрирующие наши технологии передачи, двигателя, обратной связи и управления. Это позволяет производителям оборудования и конечным пользователям сосредоточиться на архитектуре своей системы и не беспокоиться о совместимости отдельных компонентов motion”, — говорит Джефф Ширер, системный инженер Allied Motion. Поставщик обеспечивает механическую совместимость своих интегрированных решений для перемещения, обрабатывая любые выходные данные, необходимые для правильного сопряжения конечных исполнительных устройств и других подсистем. “Кроме того, мы поддерживаем сеть управления, предлагая системы с различными цифровыми и аналоговыми системами ввода—вывода, а также подключение ко всем основным сетевым стандартам, включая CANopen, CANopen Safety, J1939, Modbus RTU и EtherCAT”, — добавляет Ширер.

Во многих случаях протоколы требуют сертификации физических компонентов, включая кабели, контроллеры и устройства обратной связи. Рассмотрим кабели Ethernet CAT5e и CAT6. 802.3 (1 Гбит/сек или GbE) Ethernet может использовать кабели Cat5a или все более распространенные кабели Cat6, поддерживающие PoE, который мы только что обсуждали. Теперь два кабеля для CC-Link Industrial Ethernet (IE) — гибкие кабели chainflex CAT5e и CAT6 от igus — доступны для использования в комплекте с кабелем-носителем. энергетические цепочки и имеют сертификат UL для рынков Северной Америки, а также сертификат для протоколов CC-Link IE, столь распространенных в Азии и растущих по всему миру. Такие кабели могут соединять компоненты уровня управления, устройства и датчики с помощью вариаций CC-Link для этих сетевых уровней, причем все они управляются промышленным компьютером.

Рассмотрим один из примеров такого компьютера — контроллеры Mitsubishi Electric Automation серии MELIPC. Они поддерживают полевую промышленную сеть CC-Link IE (опять же, одну из нескольких в семействе протоколов CC-Link) и позволяют осуществлять обмен данными со скоростью до 1 мс для управления оборудованием в режиме реального времени. Контроллеры также используют сеть для обработки данных, удаленного мониторинга, пограничных вычислений и интеграции аппаратного и программного обеспечения. На всех моделях установлена Windows 10 IoT Enterprise 2016, некоторые включают другую операционную систему (VxWorks) и открытую платформу Edgecross для обработки и распространения данных. Некоторые версии также оснащены сенсорным экраном, который выполняет функцию HMI.

В других местах HMI могут выполнять двойную функцию в качестве шлюзов, и многие производители компонентов для перемещения предлагают сетевые шлюзы и наборы кабелей, позволяющие подключать их линейные приводы и другие устройства к CC-Link. Например, шлюзы могут преобразовывать данные из коммуникационного протокола CC-Link хоста в собственные коммуникационные протоколы поставщиков компонентов RS-485. Такие шлюзы (и более сложные из них) позволяют легко интегрировать компоненты, подключенные по RS-485, и управлять ими в рамках коммуникационной среды хоста.

Даже помимо устойчивых стандартов последовательных интерфейсов и растущих форм подключения Ethernet, стандартизация других кабелей и средств связи упрощает сложную связь между компонентами на заданном сетевом уровне. Рассмотрим переход к однокабельным решениям для сервоприводов и двигателей: HIPERFACE DSL от SICK — это единый интерфейс обратной связи для сервоуправления, использующий технологию однокабельного подключения. Полностью цифровая двухпроводная связь поддерживает оперативную связь, а также мониторинг состояния сервоосей.

“Новые технологии кодирования, такие как HIPERFACE DSL, позволяют передавать мощность двигателя и информацию о местоположении по общему кабелю”, — говорит Джефф Ширер, системный инженер Allied Motion. “Это снижает сложность системы и затраты на кабель”.

Ширер добавляет, что интеллектуальные DSL-кодеры HIPERFACE также включают внутреннюю память для хранения информации о двигателе. “При первоначальном подключении сервопривод может запросить эту информацию, тем самым автоматизируя настройку двигателя и ввод в эксплуатацию. Серводвигатели HeiMotion, которые подключаются к сервоприводам Allied Motion H Drive, используют такие кабели.”

Но решения с одним кабелем могут принести наибольшую пользу линейным приводам.

“Exlar Automation компании Curtiss Wright предлагает решения для линейного перемещения, совместимые практически со всеми производителями усилителей на рынке”, — объясняет Эрик Саммерфилд, менеджер по продукции интегрированных линейных приводов компании Exlar Automation. “Добавление однокабельного DSL-соединения в качестве опции обеспечивает быструю и плавную интеграцию от контроллера к двигателю при одновременном снижении общей стоимости владения”.

Еще одним популярным решением с одним кабелем является IO-Link — фирменный стандарт IEC 61131-9, определяющий упрощенную систему подключения приводов и датчиков. Фактически, количество устройств с поддержкой IO-Link может удваиваться каждый год вплоть до 2023 года, поскольку конечные пользователи и производители оборудования стремятся использовать расширяющийся набор функций IO-Link.

“На самом деле мы рассматриваем возможность интеграции IO-Link Master в наши интеллектуальные двигатели, чтобы расширить возможности подключаемых датчиков для концепций децентрализованной автоматизации”, — говорит Маркус Вайшаар, менеджер по продуктам IIoT & Software в Dunkermotoren. “Конечно, поскольку наши двигатели могут взаимодействовать через промышленный Ethernet или CAN-шину, мы не видим необходимости подключать их к сетям IO-Link в качестве подчиненных устройств”.

IO-Link также может оцифровывать устаревшие аналоговые разъемы на линейных приводах для обеспечения двунаправленной связи и более быстрого ввода в эксплуатацию. “Вот почему мы также внедрили подключение IO-Link на стороне управления — для поддержки нескольких протоколов и подключения к последовательным интерфейсам”, — говорит Раск.

Для промышленной автоматизации кабели должны работать механически и электрически.

Автор: Дон Нестер • Менеджер по продукции chainflex cables • игус

Инженеры должны знать ожидаемый срок службы кабелей, предназначенных для использования в их оборудовании, поскольку конечные пользователи должны знать, когда кабели могут потребовать замены. Вот почему мы предлагаем различные уровни механических характеристик для кабелей с заданной электрической характеристикой — так инженеры получают большую гибкость проектирования и (при необходимости) возможность снизить общую стоимость проектирования.

Такая возможность настройки возможна даже при использовании волоконно-оптических кабелей. Рассмотрим недавнее применение продукта e-spool, используемого в конструкции для слежения за спутниками. На рынке не так много волоконно-оптических кабелей с непрерывным изгибом, но мы продаем их с четырьмя различными уровнями механических характеристик. Самый прочный даже выдерживает использование на электронной катушке, которая, как правило, очень требовательна к механическим свойствам — с большим количеством скручиваний и изгибов. Кабельные узлы с возможностью подключения завершают настройку подключения и обеспечивают гарантированный срок службы.

В другом требовательном приложении наши сборки предотвращают проблему скручивания кабелей на малярном роботе. Подсистема подключения выдерживает большие радиусы изгиба и высокие скорости, столь характерные для быстрых и маневренных систем окраски — даже там, где роботы следуют по очень сложным для кабелей траекториям. Более того, кабели в покрасочных кабинах должны выдерживать воздействие тяжелых растворителей и типов красок, используемых в автомобилестроении, а также соответствовать требованиям UL для опасных сред. Здесь кабели chainflex (предварительно проверенные в нашей немецкой испытательной лаборатории) подтвердили соответствие кабелей перед окончательной спецификацией и установкой.

⚙️ Переходите к четвертой части этой серии: Расширяются возможности передовых вычислений и шлюзов для промышленного оборудования