Haberleşme Protokolleri

 

Endüstriyel Haberleşme Protokolleri

Herkese merhaba,

Bu yazıda Endüstriyel Otomasyon sistemlerinde kullanılan haberleşme protokollerine değineceğiz.

Endüstri her geçen gün büyümekte ve bu büyümeye bağlı olarak otomasyon elemanlarının birbirleri ile haberleşmesi zorlaşmaktadır. Process'de kullanılan bütün sensörlerin, valflerin, aktüatörlerin, rölelerin birbirleri ile ve PLC'ler ile PLC'lerin de kendi aralarında ve operatör panellerle, sürücülerle haberleşebilmesi için bazı standartlar geliştirilmiş ve bu standartlar haberleşme protokollerini oluşturmuştur.

Bilgisayarlar, PLC'ler ve operatör panellerin karşılıklı çalışabilmesi için aynı protokolü kullanması zorunludur. Bir çok şirket kendi haberleşme protokolünü sunmaktadır ve bu haberleşme protokollerinin birbirlerine göre avantajları ve dezavantajları bulunmaktadır

Gelişen teknoloji ile birlikte devasa ve çok hızlı veri akışı gerektiren makinalar üretim sahalarında yerini almaktadır. Bu gelişimden kaynaklı olarak her makinanın kendi ihtiyacına göre bir haberleşme network'u oluşturulmalı ve bu network üzerinden sensörler, motorlar, valfler kontrol edilmelidir..

PEKİ NEDEN ???

Standart bir fabrikada bir otomasyon odanızın olduğunu ve bu otomasyon odasında makinanızın bir  PLC yardımı ile kontrol ettiğinizi düşünün. Bu PLC'ye sensörlerimizi bağladığımızı düşünelim. Mesela aşağıdaki gibi olsun ;

Şekildeki excelde sadece 9 adet sensör resmedildi ama bunun yerine process'inizde yüzlerce sensör olduğunu düşünün. Ne kadar fazla kablo ihtiyacınız olacağını ve bu kadar fazla kablonun arıza sayısını artırıp verimliliği azaltacağını anlayabiliyoruz.

Şimdi bunun yerine bir de aşağıdaki görsele bakalım ;

1 adet I/O modülü otomasyon odasından alınmış ve sensörlere yaklaştırılmış. Bu şekilde kablo mesafesi kısaltılmış, maliyet azaltılmış ve arıza takibi kolaylaştırılmış. 

Makinanın belli bir yerinde olan arıza için otomasyon odasına gitmeye gerek kalmadan ilgili bölgedeki I/O modülü kontrol edilebilir. Kablolarda hasar olup olmadığı veya kontaktör, sigorta kontrolü o pano üzerinden gerçekleştirilebilir. ( Remote I/O )

İşte 2 PLC'yi birbirleri haberleştirmek dışında bütün Remote I/O'ları, sürücüleri, kontrollü valf adalarını birbirleri ile haberleşme protokolleri sayesinde komplike bir şekilde kontrol edebiliyoruz.

Profibus-DP

Profibus-DP bu ihtiyaçlara göre oluşturulan ilk güçlü haberleşme protokollerindendir ve RS-485 tabanlıdır. 

100 metreden daha uzun olan hatlarda haberleşmenin verimli bir şekilde gerçekleşebilmesi için profibus-DP'ye ihtiyaç duyulur. Metal/Maden sektörlerinde Galvaniz/Boyahane gibi devasa makinalarda daha uzun mesafelere veri aktarabilmesi ve Modbus'a göre daha hızlı olması sebebi ile bu haberleşme protokolü tercih edilir.

Profibus-DP'den önce I/O'lar otomayon odasında PLC'nin yanına yerleştirilirdi. Bu da yukarıda açıkladığımız gibi verimliliğin düşmesine ve maliyetin artmasına sebep olurdu. 

Profibus DP'den sonra I/O'ları, sensörleri, vafleri fabrika sahasına dağıtabiliyoruz. Bu yüzden buna '' Decentralization Peripheral '' yani merkeziyetçi çevre birimi denir. Profibus-DP'nin sonundaki DP'nin anlamı budur.

Profibus-PA 

Profibus-PA ise Profibus-DP'ye göre haberleşmeyi daha da verimli hale getirebilmek için oluşturuldu.

Profibus-PA sensörleri tek tek I/O'lara bağlamak yerine tek bir bus hattına bağlamamızı ve I/O'lar ve kablolar yerine tek bir segment kuplör ve bus hattı kullanmamıza olanak verdi. 

                            

Örnek bir Segment Coupler

Bu Segment Coupler'ler profibus-pa sinyalini Profibus-DP sinyaline dönüştürmek için kullanılır. Bu dönüştürücüye ihtiyaç duyarız çünkü basitçe PLC üzerinde Profibus-PA portu bulunmaz. PLC'nin Profibus-DP portuna uygun veri aktarılabilmek için bu dönüştürücüye ihtiyaç duyarız.

Profibus-PA standart olarak genelde endüstri'de tehlikeli alanlarda ölçüm cihazlarının izlenmesi için tercih edilir.

Ek notlar : 

• Sönümlendirme Direnci

Profibus-DP protokolünde kablo konnektörlerinin arkasında 1 adet on/off switch'i bulunmaktadır. Bu switch oluşturduğumuz network'de sönümlendirme direncinin ( terminating resistor ) açılıp kapatılmasını sağlar. 

Network'de bağlantıları bitiren ve başlatan ağın terminating resistor switch'i ON konuma ve diğer elemanlar OFF konuma getirilmelidir. 

Görselde ; S7-400 seri PLC ve DP/PA Segment Coupler'in dirençleri ON konumda iken diğer elemanlar OFF konumda. Eğer bu sönümlendirme dirençleri ON konuma getirilmezse sistem hata verir ve makinamız çalışmaz.

Peki Neden ?

Profibus-DP çok uzak mesafelere veri aktarabildiği için eğer bu sönümlendirme dirençleri aktif hale getirilmezse bu uzunluktaki kablolar direnç olarak algılanabilir. Bu da gereksiz olarak daha fazla akım çekilmesine ve dolaylı olarak arıza oluşmasına sebep olabilir.

• Adres Sayısı ve İsimleri

Her bir Profibus-DP ağına toplamda 127 adet ekipman bağlanabilir. ( PLC, Remote I/O, Segment Coupler, Driver... vs ) Bu 127 ekipmanın her birinin adresi birbirinden farklı olmak zorundadır. Her herhangi iki cihaz aynı adres adına sahip olursa sistem haberleşme hatası verir.

Bu adresler Tia Portal yada Step7 ara yüzünden ayarlanabildiği gibi cihazın ön tarafına yerleştirilen dip-switch'ler sayesinde de ayarlanabilir. 

ON konuma getirilen her bir claw bir sayı ifade eder. Şekilde 1 ve 2 sayısını ifade eden claw'lar aktif hale getirilmiş. 2+1 = 3  ET200SP modülünün adresi bu şekilde '' 3 '' olmuştur.

Eğer biz bu adresin numarasını '' 21 '' olarak ayarlamak isteseydik ; 16 + 4 + 1 = 21 olarak 1,3 ve 5 numaralı claw'ları ON konuma getirmek zorundaydık.

• Haberleşme hızı

Profibus-DP network'u her saniye 9600 bit'den 12 megabit'e kadar veri aktarabilir. 1000 metreye kadar veri aktarılması gereken yerlerde hız düşük kalır iken 50 metre gibi kısa mesafelerde oldukça hızlı bir şekilde veri aktarabilir.

Profinet 

Profibus kabloları spesifik olarak dış mor cepheleri ile tanınırken Profinet kabloları ise yeşil renkleri ile ayırt edilir.

Profibus, RS-486 tabanlı haberleşme protokolü iken Profinet Ethernet tabanlıdır ve konnektör olarak RJ-45 soketlerini kullanır. 

Profinet basit yapısı ile birlikte 100 metre mesafeye kadar 100 megabit gibi yüksek bir hızla veri aktarabilir. Tepki süresi ise 1 ms'den daha kısadır. Bu özellikleri diğer haberleşme protokollerine göre öne çıkar.

Profinet, Ethernet ile aynı fiziksel bağlantı standartını kullanır ve network ağını genişletmek için sadece bir ethernet switch yeterlidir. Ethernet kabloları ve profinet kabloları birbirlerinin yerine bile kullanılabilir ancak profinet kablo pahalı ve kaliteli olduğu için küçük uygulamalarda tasarımcı tarafından tercih edilmeyebilir. 

Ethernet switch'lerle bir TCP/IP haberleşme ağı oluşturulur ve bu ağ birbirlerine ethernet switch'le bağlanır. 

Profinet kabloların CAT5, CAT6, CAT7 ve CAT8 olmak üzere farklı türleri bulunmaktadır. 

Bu kablolar network'de aynı işlevi görmekle beraber CAT5'den CAT8'e doğru gidildikçe malzeme kalitesi ve veri gönderme hızı artmaktadır.

Profinet cihazlar 3 farklı adres tipine sahiptir. 

• IP Adres
• MAC Adres
• Cihaz İsmi

Bütün profinet cihazları IP ve MAC adresini kullanmak zorundadır ama Cihaz_İsmi kendilerine özgüdür. 

Profibus ağını konfigüre ederken ilk olarak cihaz isimleri ve IP adresleri belirlenmelidir. IP adresleri belirlenirken ise bütün cihazların IP adresi farklı olmakla beraber aynı IP sınıfında yer alması gerekmektedir

192.168.0.1  | İlk 3 sayı cihazların aynı IP sınıfında olduğunu gösteriyor iken farklı olan 0

192.168.0.2  | 1,2,3,4 son sayıları adreslerin birbirleri ile çakışmamasını sağlar.