Samenvatting Industriële netwerken en veldbussen Minor PA 2018

Industriële netwerken en veldbussen – Samenvatting – Minor PA 2018/2019

(1) Waarom netwerken?
1. Soorten netwerken

 Netwerken voor telecommunicatie
Telecommunicatienetwerken zijn afgeleid van de telegraaf en vervolgens de telefoon, telex, fax en
de draadloze telefonie.
 Netwerken voor gebruik op kantoor/thuis (LAN = Local Area Networks)
 Netwerken voor gebruik in de industrie (FAN = Fieldbus Area Networks)
General Motors kwam met de eerste concrete ideeën om apparatuur in de industrie aan elkaar te
knopen. Omdat elke leverancier een andere manier van interfacing naar zijn apparatuur bood,
moest veel inspanning in de systeemintegratie gestoken worden.
 Hieruit kwam MAP = Manufacturing Automation Protocol, het eerste echte open industriële
netwerk.
 Later ontstond ook MiniMAP en EPA-MAP = Enhanced Performance Architecture. Uiteindelijk
zijn alle MAP’s uitgestorven.
 Later ontstonden nieuwere en betere versies van industriële netwerken: Interbus, Profibus en
FIP (bestaan nu nog steeds).
 Industriële netwerken ook wel veldbus genoemd. Veld = de ruimte buiten de schakelkast
waarin de PLC of PC geplaatst is. Bus = de bepaalde manier van bekabelen van een netwerk

2. Ontstaansgeschiedenis van industriële netwerken

 Aanleiding voor ontstaan van industriële netwerken:
o Het makkelijker maken om producten van verschillende leveranciers aan elkaar te
koppelen.
o Besparen op bekabelen
 Besparen op bekabelend door industrieel netwerk door = slechts één netwerkkabel aan te
leggen. Hierop worden de ingangen en uitgangen aangesloten.
 Voordelen van industrieel netwerk:
o Besparing op apparatuur
o Besparing engineering (minder tekenwerk)
o Besparing op inbedrijfname (minder kabels om te testen)
o Besparing op de programmatuur (vanwege meer intelligentie in de apparatuur, en
ingebouwde diagnosemogelijkheden)
o Minder montagewerk (van al die kabels)
o Forse ruimtebesparing (kasten, kabelgoten)
 Nadelen van industrieel netwerk:
o Eist een hoger kennisniveau van diegenen die het moeten aanleggen en programmeren.
o Storing zoeken is moeilijker (kan niet met een multimeter)
o Een kabelbreuk in de netwerkkabel laat alle communicatie uitvallen (eerst was maar een
I/O signaal getroffen).

3. Wat doe je met een netwerk?

 Netwerk = bestaat uit een (lange) kabel met daarop aangesloten allerlei apparatuur. Hierop
draait software voor het uitvoeren van het netwerkprotocol. Het netwerk wordt gebruikt om de
erop aangesloten apparaten bepaalde taken te laten uitvoeren.
 Voorbeelden van taken = het uitwisselen van gegevens tussen de op het netwerk aangesloten
computersystemen. Dit kan ook menselijk worden gedaan door middel van een bestand op USB
zetten en daarna in een andere PC erin zetten. Maar nu gaat het om het automatisch kunnen
uitwisselen.
 Centraal opgestelde server-systemen = webserver, fileserver, database, archiefserver,
applicatieserver. Een omgeving waar informatie kan worden opgeslagen zodat PC’s ze daar
vandaan kunnen halen in een kantooromgeving!
 In de industriële automatisering worden op een netwerk alle apparaten aangesloten die nodig
zijn om een machine/productielijn/procesinstallatie te laten werken.
o Elk apparatuur moet up-and-running zijn.

1

, o Elk doet een klein deel van een grote klus
o Het netwerk wordt gebruikt om apparatuur met elkaar te laten samenwerken: gegevens
uitwisselen, instellingen, coördinatie van gezamenlijk uit te voeren acties, doorgeven van
opdrachten/status-meldingen/foutmeldingen, etc.
o Als een apparaat niet (goed) meedoet, kan het geheel niet goed functioneren.
o Iedereen kan met iedereen communiceren (kantoor netwerk kan dit niet).
 Eenvoudigste vorm van netwerkgebruik = het aansturen van remote I/O. Het netwerk wordt
dan gebruikt om de nieuwe waardes voor de uitgangen op te sturen, en krijgt dan als antwoorden
de actuele waardes van de ingangen terug.
 Sensor = zijn ontworpen om rechtstreeks sensoren op aan te kunnen sluiten.
o Heel klein van omvang (zo groot als een pink)
o Hierin past alleen: sensorelektronica, simpele hardware en software, een simpel
netwerkprotocol.
o Men kan de sensor niet configureren, anders dan via het netwerk zelf.
o De netwerkkabel zelf is vaak aangesloten aan de sensor, omdat er geen ruimte is voor een
connector.
o De sensor wordt rechtstreeks op het netwerk aangesloten, en functioneert dan als
zelfstandige deelnemer.
o Directe communicatie tussen de besturing en de sensor is daarmee mogelijk.




 Remote I/O netwerken = een andere manier van aansluiten per I/O door dit per groep te doen.
Hierbij is er wel een andere aansluit methode dan bij de sensor.
o Per remote I/O is er precies één netwerkaansluiting: in de module zit alle I/O elektronica.
De signalen hiervoor komen beschikbaar op klemmenlijsten en hierop wordt de feitelijke
I/O aangesloten.
o Dit soort modules zijn dan ook niet de eindbestemming, maar worden vaak in
schakelkasten gemonteerd en van daar uit lopen de kabels naar de sensoren en
actuatoren die het echte werk doen.
o Alle I/O per groep worden als een geheel gezien. Dus alle ingangen worden tegelijk
ingelezen en alle uitgangen worden tegelijk van nieuwe waardes voorzien.




2

,  I/O = alles wat elektrisch aan te sturen of uit te lezen is. Bijvoorbeeld een schakelaar of
signaallamp. Er kan ook een elektrische motor aanzitten van een willekeurig vermogen, want de
versterk achter de output regelt de sterkstroom aansturing wel. Voor het netwerk is het enkel van
belang of de motor uit (0) of aan (1) moet, dan wel dat hij linksom (0) of rechtsom (1) moet
draaien. Er zijn dus twee outputs nodig.
 Sensor/actuatornetwerken:
o Voor de allereenvoudigste binaire sensoren en actuatoren;
o Zeer eenvoudige implementatie, waardoor netwerkinterface zeer klein is;
o Hoeveelheden data vrij klein (enkele bits/bytes);
o Voeding van apparatuur via de netwerkkabel;
o Netwerk functioneert autonoom, I/O uitwisseling met besturing;
o Netwerkinterface geïntegreerd met sensor/actuator in dezelfde behuizing;
o Bedoeld voor montage daar waar nodig;
o Systeemgedachte: een netwerk met een vaste applicatie (= I/O).
 Remote I/O netwerken:
o Voor groepen I/O, bijvoorbeeld 8, 16 of 32 digitale of analoge kanalen tegelijk;
o Complexere netwerkfuncties, onder andere nodig voor configuratie;
o Bekabeling naar de fysieke I/O loopt vanaf het remote I/O-blok;
o Hoeveelheden data (gemiddeld) 1...8 bytes;
o Netwerkinterface met I/O elektronica in behuizing, vaak uitbreidbaar;
o Systeemgedachte: een netwerk met een vaste applicatie (= I/O)
 Veldbus:
o Communicatie tussen besturingen onderling;
o Grotere hoeveelheden data (tientallen/honderden bytes);
o Applicatieprogramma stuurt opdrachten en resultaten via netwerk;
o Iedereen kan met iedereen communiceren;
o Applicatie is niet van te voren bekend (gebruiker voert integratie uit).

4. Applicatiegebieden

 Industriële netwerken hebben voor elke industrie andere eisen en kenmerken.
o Machinebouw = wanneer een netwerk niet meer functioneert moeten de uitgangen een
veilige toestand aannemen.
o Gebouwautomatisering = wanneer een netwerk niet meer functioneert moeten de
uitgangen blijven staan zoals ze het laatst geprogrammeerd zijn.
o Gevangenissen automatisering = heeft weer uitzonderingen op de
gebouwautomatisering.



3