Endüstri 4.0 ve otomasyon teknolojilerinde giderek artan dijitalleşme endüstriyel haberleşme protokollerini de köklü değişiklere zorluyor. En büyük endüstriyel üretim uygulamaları daha hızlı ve daha iyi teknoloji kullanımı yoluyla gerçek zamanlı karar verme ve veri analizinden yararlanarak üretim verimliliğini arttırma peşindeler. Bu, artık merkezi olmayan ve büyük veri merkezleri veya “bulut” altyapısıyla doğrudan iletişime daha az bağımlı olan, güç açısından verimli işlemci performansını da içeriyor. Bu yeni değişim, gerçek zamanlı izleme, günlük kayıt ve hatta gerçek zamanlı karar verme yeteneğinden yararlanan endüstriyel otomasyon uygulamalarına büyük bir fayda sağlar.

Daha yeni otomasyon teknolojisine ek olarak, endüstriyel bilgisayarlar, sensörler ve üretim için otomatikleştirilmiş endüstriyel kontrol mimarisine uygulanan cihazlar arasında verimli iletişim topolojisi için standartlaştırılmış bazı temel endüstriyel protokoller vardır. Bu ortak protokoller, fabrika katlarındaki endüstriyel ekipmanların, kararlı çalışma ve üretim için kritik haberleşme sistemlerini çalıştıran merkezi bir programlanabilir mantık denetleyicisine diğer adı ile “PLC”ye nasıl bağlandığını anlamada çok önemlidir.

Fieldbus Protokoller

Karmaşık bir endüstriyel ortamda gerekli olan tüm cihazları ve sensörleri verimli bir şekilde kontrol etmek ve yönetmek için kullanılan haberleşme protokolleri ailesi olarak fieldbus oluşturulmuştur. Üretim montaj hattı gibi fabrika operasyonu için kritik gereksinimlerden biri, gerçek zamanlı dağıtılmış kontrol ve hiyerarşidir. Örneğin, sıcaklık belirli bir eşiği aştığında bir alarmı tetiklemek için bir sıcaklık sensörü kullanılabilir; bu alarm tetiklendiğinde, harekete geçilebilmesi için sinyalin uygun cihaza iletilmesi gerekir. Sinyalleşmede herhangi bir gecikme olursa, sonuçlar felaket olabilir. Fieldbus protokolleri, endüstriyel bir fabrikada birden çok cihazı bağlamanın benzersiz zorluklarını ele almak için tasarlanmıştır. Fabrika ortamına ve bağlantı gereksinimine göre bugün kullanılan çeşitli popüler fieldbus protokolleri vardır.

PROFIBUS

PROFIBUS, günümüzde proses endüstrisinde en yaygın olarak benimsenen fieldbus’tır. Bugün kullanılan PROFIBUS’un iki çeşidi vardır: PROFIBUS DP ve PA. Daha yaygın olarak kullanılan protokol PROFIBUS DP’dir. Bu, kontrolör ile üretim otomasyonu uygulamaları için kullanılan çeşitli sensörler / aktüatörler arasında iletişim kurmak için kullanılır. PROFIBUS PA (Proses Otomasyonu) esas olarak ölçüm ekipmanını izlemek için kullanılır. Hem DP hem de PA aynı protokolü paylaşır, böylece birbirlerinin yerine kullanılabilirler. Gerçek zamanlı kontrol sinyallerine ek olarak, PROFIBUS kullanmanın faydalarından biri, cihazlar arasında gönderilen kapsamlı teşhis mesajlarıdır.  Bu, operatörün önleyici bakım için her bir cihazın sağlık durumunu gerçek zamanlı olarak izlemesini sağlar. PROFIBUS, maksimum bağlı cihaz sayısı 126 olduğundan genişletilebilirlik için tasarlanmıştır.

Ethernet/IP EtherCAT ve PROFINET

Haberleşme için ethernet tabanlı ağın yaygınlaşması nedeniyle, ethernet teknolojisine dayalı olarak daha yeni ve modern fieldbus protokolleri geliştirilmiştir. Bunlar EtherCAT, EtherNet / IP ve PROFINET olarak sayılabilir. Bu protokoller, veri bağlantısı / ağ katmanında aynı standart ethernet kablolamasını kullanır, ancak uygulama katmanını endüstriyel otomasyon ve proses kontrolü için daha uygun olacak şekilde değiştirir. Bu ethernet tabanlı fieldbus’ın ana avantajlarından ikisi: hız ve bağlanabilecek maksimum cihaz sayısıdır. Bu protokoller aynı ethernet fiziksel katmanlarını kullandığından, hızlar PROFIBUS maksimum 12Mbps hızına kıyasla 1Gbps’ye kadar çıkabilir. EtherCAT için maksimum cihaz sayısı 65.536’dır, hem EtherNet / IP hem de PROFINET için neredeyse sınırsızdır. Yüksek iletim hızı nedeniyle, bu protokoller, tüm cihazlar arasında çok hassas bir zaman senkronizasyonu (1 mikrosaniyeden az) anlamına gelen son derece düşük döngü süresi (100 mikrosaniyeden az) sunar. Kontrolör ve cihazlar arasında gerçek zamanlıya yakın güncelleme ve senkronizasyon gerektiren fabrika uygulamaları için, bu protokoller PROFIBUS veya CANopen lehine kullanılır.

CANopen

Bu protokol, öncelikle hareket kontrol sistemi için geliştirilmiştir; CANopen için ana uygulamalar motor ve robotik kontrolörler içindir. CANopen, esas olarak otomotiv uygulamalarında kullanılan CANbus protokolüne dayanmaktadır. Bu protokolün avantajı, CANbus’ta kullanılan mevcut donanım ve kablolardan yararlanabilmesidir. CANopen, maksimum 1Mbps hızında ve 127 cihaza kadar PROFIBUS ile çeşitli ethernet tabanlı fieldbus arasında bir yerde bulunur.