À medida que o nível de automação industrial continua a aumentar, a importância da tecnologia de barramentos industriais torna-se cada vez mais evidente. Sendo uma das principais tecnologias do setor industrial, os barramentos industriais desempenham um papel vital ao permitir a comunicação eficiente e a troca de dados entre dispositivos. Um barramento industrial refere-se a um conjunto de linhas de sinal compartilhadas usadas para transmitir informações e facilitar a comunicação entre módulos; sob o controle de um dispositivo mestre, serve como um caminho para transmitir informações a um dispositivo receptor específico.
Com base na localização, os barramentos podem ser classificados em barramentos externos, barramentos internos e barramentos-no chip. Os barramentos externos comuns incluem RS-232, RS-485, USB e CAN (Figura 1); barramentos internos comuns incluem HT, I²C e SPI (Figura 2); e os barramentos de sistema comuns incluem barramentos de dados, barramentos de controle e barramentos de endereço.
Barramento Externo
Barramento Interno
Ônibus Industriais Comuns
Ônibus CAN
CAN (Controller Area Network) é um protocolo de comunicação serial padronizado pela ISO. O barramento CAN é um protocolo de comunicação serial de dados desenvolvido pela Bosch da Alemanha no início dos anos 1980 para facilitar a troca de dados entre os numerosos sistemas de controle e teste em automóveis modernos. É um barramento multi{3}}mestre que pode usar cabo de par trançado-, cabo coaxial ou fibra óptica como meio de comunicação. A taxa máxima de comunicação pode chegar a 1 Mbps.
Barramento EtherCAT
EtherCAT (Ethernet for Control Automation Technology) é um protocolo de comunicação Ethernet industrial de alto-desempenho projetado especificamente para sistemas de controle industrial-em tempo real. Introduzido em 2003 pela Beckhoff Automation da Alemanha, é um padrão internacional aberto.
Em uma rede EtherCAT, os dados são transmitidos através de uma topologia de rede em anel ou linear. Cada dispositivo escravo lê os dados necessários e imediatamente passa o pacote de dados para o próximo escravo; esse processo é chamado de "processamento em tempo real".
Barramento ProfiNet
ProfiNet é um sistema de comunicação avançado que suporta automação distribuída, desenvolvido pela Siemens e pela ProfiBus User Association. ProfiNet=ProfiBus + Ethernet; ele adapta a arquitetura mestre{3}}escravo ProfiBus à Ethernet e é um padrão de barramento de automação baseado na tecnologia Ethernet Industrial. Ele não apenas suporta diversas topologias, facilitando a integração e expansão do sistema, mas também é compatível com interfaces e protocolos Ethernet existentes; Ele não apenas permite o controle-em tempo real das linhas de produção, mas também fornece serviços de dados para a Web e a nuvem via TCP.
Ônibus Modbus
O protocolo de comunicação Modbus foi inventado pela Modicon em 1979 e foi um dos primeiros protocolos de barramento usados em ambientes industriais. Existem várias versões do protocolo de comunicação Modbus, sendo Modbus RTU, Modbus ASCII e Modbus TCP os mais comumente usados.
Considerações
Para atender aos diversos requisitos de diferentes cenários de aplicação, os seguintes fatores devem ser esclarecidos:
① Requisitos de pontualidade: selecione um barramento industrial com capacidade de transmissão de alta-velocidade com base nos requisitos de pontualidade para transmissão de informações durante o processo de produção. Alguns barramentos industriais comuns de alta-velocidade incluem EtherCAT, Profinet e EtherNet/IP. Esses barramentos apresentam baixa latência e alta largura de banda, tornando-os adequados para cenários com requisitos de alta velocidade de comunicação.
② Volume de dados e requisitos-em tempo real: a seleção de um barramento industrial apropriado requer consideração do volume de dados e dos requisitos-em tempo real. Alguns barramentos, como CAN e DeviceNet, são adequados para cenários com pequenos volumes de dados e baixos requisitos-de tempo real, enquanto Modbus e ProfiBus são adequados para cenários com volumes de dados moderados e maiores requisitos-de tempo real.
③ Confiabilidade e tolerância a falhas: Considere riscos potenciais em ambientes industriais, como interferências e falhas de equipamentos. Por exemplo, o barramento ControlNet oferece recursos robustos-de tolerância a falhas, tornando-o adequado para cenários que exigem alta confiabilidade. Além disso, determinados barramentos, como EtherCAT e ProfiNet, apresentam recursos de detecção automática e auto{3}reparação, garantindo uma comunicação confiável.
④ Flexibilidade e interoperabilidade: Se o sistema precisa se comunicar com vários dispositivos e equipamentos de diferentes fabricantes é outro fator a considerar. Alguns barramentos industriais, como Modbus e OPC UA, oferecem excelente interoperabilidade e compatibilidade de dispositivos, o que os torna-adequados para cenários que exigem comunicação com vários dispositivos.
Etapas do processo
Antes de selecionar um barramento industrial apropriado, recomenda-se seguir estes passos:
① Análise de Requisitos: Considere de forma abrangente o processo de produção, requisitos de equipamentos e outras necessidades específicas para esclarecer as características específicas exigidas do ônibus industrial.
② Pesquisa de Mercado: Obtenha uma compreensão detalhada dos recursos, cenários de aplicação, participação de mercado e custos de vários ônibus industriais. As informações podem ser obtidas lendo relatórios relevantes, participando de feiras do setor e consultando profissionais.
③ Avaliação do fornecedor: entrar em contato com vários fornecedores de ônibus industriais ajudará você a entender melhor o desempenho, o suporte técnico e outros serviços oferecidos por cada um.
④ Validação Técnica: Através de validação e testes práticos, compare o desempenho e a confiabilidade de diferentes barramentos industriais dentro do sistema (com base em métricas como ciclo de transmissão de barramento, ciclo de clock, frequência operacional e largura de banda de barramento) para selecionar a solução ideal.
Pontos a serem observados
Após selecionar um ônibus industrial adequado, preste atenção aos seguintes aspectos:
① Compatibilidade de dispositivos: Certifique-se de que os dispositivos sejam compatíveis com o barramento industrial selecionado e suportem os protocolos de comunicação correspondentes.
② Topologia: selecione uma topologia de barramento apropriada-como barramento, estrela, árvore ou anel-com base nos requisitos do sistema.
③ Manutenção Eficiente: Compreenda os procedimentos de manutenção e solução de problemas do barramento industrial e planeje e gerencie a rede do barramento industrial de forma adequada para garantir uma comunicação estável e confiável.
Por fim, ao selecionar um barramento industrial, considere o planejamento-de longo prazo e a escalabilidade para evitar substituições e atualizações frequentes.