פרופ'יבוס כקרן לייצור דיגיטלי

הייצור המודרני עובר טרנספורמציה עמוקה.השינוי מתאים לייצור מבודדים למפעלים חכמים מקושרים לחלוטין דורש פרוטוקולים תקשורת אמינים, ⁇ סטיים, ומוכח בקנה מידה. פרופ'יבוס (אוטובוס שדה אוטובוס) שימש כאחד מטכנולוגיות שדה המוססות ביותר באוטומציה תעשייתית במשך יותר משלוש עשורים.

תעשייה 4.0 צופה עתיד שבו מערכות סייבר-פיזיות, האינטרנט של הדברים (IoT), וניתוח מבוסס ענן מתאחדים ליצירת סביבות ייצור עצמיות מתכוונות, בעוד פרוטוקולים חדשים יותר כמו פרופ'ינט מציעים רוחב פס גבוה יותר ושילוב הדוק יותר עם רשתות IT, פרופ'יבוס נשאר מוטבע עמוק בארכיטקטורה הקיימת של אוטומציה.

מה זה פרופ'יבוס?

פרופ'יבוס היא מערכת תקשורת פתוחה וסטנדרטית של שדהבוס, שהוגדרה על ידי תקן הבינלאומי IEC 61158 ו- IEC 61784.It פותחה במקור בסוף שנות השמונים על ידי קונסורציום של חברות ואוניברסיטאות גרמניות, ומאז התפתחה לאחת מרשתות התקשורת התעשייתית המאומץות ביותר בעולם.

הפרוטוקול תומך בשלושה גרסאות עיקריות:

  • (FLT:0)Profibus DP (Decentralized Peripherals) FLT:1 - מיועד לתקשורת מהירה בין בקרים לוגיים הניתנים לתוכנה (PLCs) ומכשירי שדה מבוזרים כגון חיישנים, אקטוטורים, וכוננים. DP הוא הגירסה הנפוצה ביותר במפעל אוטומציה.
  • (FLT:0)Profibus PA (Process Automation) OVAFLT:1) - נבנה לשימוש באזורים מסוכנים ובתעשיות תהליכים (כימיקלים, שמן & גז, תרופות) פרופילים הרש"פ מאפשרים מכשירים כגון משדרים ושתתתתיקים לתקשר על אותו לולאה דו-חוטית המספקת כוח, עמידה בדרישות בטיחות לא רצויות.
  • (FLT:0)Profibus FMS (Fieldbus Message Specification) FLT:1 - גרסה ישנה יותר, כללית יותר בשימוש לתקשורת בין PLCs לבין בקרים תאים. FMS הוחלף במידה רבה על ידי DP עבור רוב היישומים.

כל הגרסאות חולקות ארכיטקטורת אוטובוסים משותפת, שיטת גישה עקיפה, ושכבה פיזית חזקה התומכת נחושת מעוופפת, סיבים אופטיים, או MBP (Manchester Bus Powered) .שיעורי נתונים מ 9.6 kbit /s עד 12 Mbit /s, עם אורך כבל עד 1,900 מטרים ל פלח ( ⁇ ers יכולים להרחיב את הרשת עוד).

פרופ'נביבוס ב-Smart Factories

מפעל חכם מאופיין על ידי שילוב חלקה של ציוד ייצור, מערכות בקרה וטכנולוגיה מידע. פרופ'יבוס תורמת לחזון זה על ידי מתן חילופי נתונים בזמן אמת וקבועים הנדרשים לפעילות ייצור מסונכרנת.

אפשרויות ל Smart Manufacturing

  • (FLT:0) העברת נתונים בזמן אמת:FLT:1, פרופ'אבבוס DP מספק תקופות מחזוריות נמוכות כמו 1 מ' עבור רשת של עשרות מכשירים, המאפשרת שליטה סגורה של תנועה, מהירות, ומיקום.
  • (FLT:0) אבחון ו ניטור מצב: ההרחבה כוללת יכולות אבחון נרחבות.תקני שדה יכולים לדווח על אזעקה, רמות התראה ואירועים תחזוקה מבלי להפריע לתקשורת נורמלית.
  • (FLT:0) אינטגרציה עם מערכות פיקוח: ההרחבה פרופ'יבוס 1 (רשתות פרופ') קשורה בדרך כלל ל-SCADA (שליטה על-בידור ורכישה) מערכות ייצור (MES), והיסטוריונים באמצעות שערים או שרתי OPC.
  • (FLT:0) ,איכותיות: 1FLT (פרק יחיד של פרופ'בוס) יכול לתמוך ב-32 תחנות (126 עם חזרות) מודולריות זו מאפשרת למפעלים להתרחב צעד אחר צעד מבלי להחליף את התשתית כולה.

שימוש במקרים של איכות הסביבה

בקווי הרכב, פרופ'יבוס מחבר עשרות רובוטים מתפתלים, ממריצים ומתחנות פיקוח איכותיות לצריפים מרכזיים של שליטה.הטבע הדטרמיוני של הפרוטוקול מבטיח כי אותות להתחלה, עצירה והפסקת חירום מועברים בתוך חלונות זמן מובטחים.בצמחים של צמחי טוטלינג משקאות, פרופ'יבוס הרש"פ מקשרת משדרים לחץ, מזורים ומעממימים על פני אזורים מרובים, ומאפשרת לשלוט בחדר כדי להתאים את התהליכים ולת את הממשק בודד.

אחת התרומות החשובות ביותר של פרופ'יבוס למפעלים חכמים היא היכולת לגשר על הפער בין ציוד מורשת וניתוח מודרני. מפעלים רבים עדיין פועלים מכונות מותקנות לפני 15 או 20 שנה.התחלו קווים אלה עם ממשקי פרופ'יבוס הוא לעתים קרובות יותר יעיל מאשר להחליף אותם לחלוטין.

פרופ'נביבוס ותעשייה 4.0

התעשייה 4.0 היא יותר ממגמה טכנולוגית; היא מסגרת לדיגיטליזציה של כל היבט של ייצור, משרשרת האספקה ועד לאספקת לקוחות.בעצם הליבה שלה היא מושגת מודל ה-FLT:0Reference Architecture Model for Industry 4.0 (RAMI 4.0) FigLT:1, אשר שובר את מערכות הייצור לשכבות היררכיות: מכשירים, בקרה, תפעול וארגון.

פרופ'יבוס פועל בעיקר במכשיר שדה ושכבות בקרה, אך השילוב שלה עם שכבות גבוהות יותר הוא מה שהופך אותו רלוונטי לתעשיית 4.0.באמצעות OPC Unified Architecture (OPC UA) או למכשירי שער, ניתן לחשוף נתונים של פרופ'יבוס לפלטפורמות ענן, אגמים נתונים, וכלי ניתוח מונעים על ידי AI.

עקבו אחרי Digital Twin

תאום דיגיטלי הוא העתק וירטואלי של תהליך פיזי או מוצר. כדי להיות שימושי, התאום חייב לקבל נתונים חיישן חי ולהחזיר פקודות שליטה.רשתות פרופ'יבוס יכול לקדם את הנתונים האלה באמצעות שרתי OPC UA, ביעילות להפוך את עמוד השדרה של הנתונים עבור תאומים דיגיטליים הן דיסקרטי והן תהליך הייצור.לדוגמה, כור כימי מצויד עם טמפרטורת לחץ של פרופ'בוס הרש"פ יכול להאכיל ערכי סימולציה בזמן אמת למודל שחיזוי נקודות תורמות וממליץ על התאמות.

תחזוקה והמשך מעקב

התעשייה 4.0 מדגישה את המעבר מטיפול חוזר לתחזוקה חיזויית.התקני פרופ'יבוס מייצרים טלגרם אבחון הכוללים מידע על בריאות המכשיר, זמני מחזור, ספירת שגיאות, ושינויי פרמטר.הטלגרם הללו יכולים להיות מצטברים על ידי מאסטר של פרופ'יבוס ועברו לפלטפורמת ניטור מבוססת ענן.מודלים של למידת מכונות לאחר מכן לזהות אנומליות וצוותי תחזוקה ערניים לפני שכשל מתרחש.

דוגמה מעשית היא כונן מנוע על מערכת העברת.ממשק פרופ'בוס DP של הכונן מדווח על עומס נוכחי, טמפרטורה והיסטוריית תקלות.לאורך זמן, עלייה קלה בהווה יכולה להצביע על לבישת.המערכת דגלים אותו להחלפה במהלך זמן השבת המתוכנן הבא, למנוע עצירה לא מתוכננת שיכולה לעצור קו ייצור שלם.

אפשרויות וסטנדרטים

אחד הטיעונים החזקים ביותר עבור פרופ'יבוס בהקשר של תעשייה 4.0 הוא הדבקות שלה לסטנדרטים בינלאומיים.מכשירים ממוכרים שונים יכולים להיות מעורבים באותה רשת כל עוד הם מתאימים לפרופיל פרופ'יובוס. יכולת זו מפחיתה את שילוב המערכת של מנעולים וסימולציות של הספק.הארגון המשתמש פרופ'יובוס (כיום PI International) שומר על תוכנית הסמכה קפדנית כדי להבטיח תאימות.

לקבלת מידע נוסף על אישור ופרופילי מכשירים, בקר באתר הרשמי של PI International (IRLT:0profibus.comph:1).

אתגרים ומגבלות של פרופ'בוס ב- Modern Factories

למרות החוזקות שלו, פרופ'יבוס אינו נטול חסרונות, במיוחד בהשוואה לפרוטוקולים תעשייתיים מבוססי Ethernet, כגון פרופ'ינט, EtherCAT, או EtherNet/IP.

Bandwidth ו- Speed Constraints

פרופ'נביבוס DP שיעור הנתונים המקסימלי של 12 Mbit/s צנוע בסטנדרטים של היום.פרופ'ינט, לעומת זאת, פועל ב 100 Mbit/s ל 1 Gbit/s ותומך ב-Automanous בזמן אמת (IRT) תקשורת עבור יישומי בקרה מסונכרנים ביותר. במפעלים שבהם עשרות אלפי נקודות I/O חייבים להיות מעודכנים במיקרו-שניות, פרופסור עלול להפוך לבק.

אורך הכבלים והטופולוגיה

פרופ'יבוס משתמש בטופולוגיה אוטובוס ליניארית עם התנגדות לסיום.טופולוגיה זו יכולה להיות גמישה פחות מהכוכב או דה-סי-שרשרת להתנצלות הנתמכות על ידי Ethernet תעשייתי.הוספת או הסרת מכשירים ברשת של פרופ'יבוס חיה יכולה לשבש תקשורת, בעוד מתגי Ethernet מאפשרים התקע חם ללא השפעה על צמתים אחרים.

אינטגרציה IT Limited

פרופ'יבוס תוכנן עבור טכנולוגיות תפעוליות (OT) סביבות.אין תמיכה ב-TCP/IP, שירותי אינטרנט או קישוריות ענן ישירה. Gateways נדרשים לגשר על רשתות פרופ'יובוס עם תשתיות IT, הוספת עלויות ושקיפות.

ירידה בתמיכה של Vendor

בעוד התעשייה משתנה לקראת תקשורת מבוססת Ethernet, כמה ספקים הפחיתו את ההשקעות שלהם במוצרי פרופ'יבוס. עיצובי מכונה חדשים מציינים יותר ויותר את פרוטוקולי פרופ'ינט או פרוטוקולי Ethernet אחרים.מגמה זו יוצרת סיכון כי חלקי חילוף ותמיכה הנדסית ברכיבי פרופ'אבבוס עשויים להיות קשה יותר למצוא לאורך זמן.

אסטרטגיות הגירה: דו-קיום עם פרופ'ינט ופרוטוקולים אחרים

מפעלים רבים אינם יכולים להרשות לעצמם הגירה מפרופ'יבוס לרשת חדשה יותר. למרבה המזל, מספר אסטרטגיות מאפשרות לפרופ'יבוס לפעול באופן הדרגתי עם או בהדרגה לפרופ'ינט.

שערי פרוקסי

מכשירים כגון סימנס IE / PB קישור או שערות צד שלישי דומים מחברים פלח פרופ'יבוס ל-Propint backbone.המכשירים של פרופ'יבוס מופיעים כמכשירים פרופ'ינט IO לבקר. גישה זו משמרת את תחום קיים עיבוד והשקעות המכשיר תוך מתן תקשורת מהירה יותר בין בקרים לרשת ה- IT.

עקבו אחרי Profinet Controllers

כאשר PLC משודרג למודל של פרופ'ינט-קביל, מכשירי פרופ'יבוס קיימים יכולים להישאר בשירות באמצעות שער.לאורך זמן, כאשר מכשירים מגיעים לסוף החיים, הם יכולים להיות מוחלפים בציוד פרופ'ינטט.זה הגירה בשלב זה מצמצם את זמני ההגירה ומפיץ את הוצאות ההון על פני מחזורי תקציב מרובים.

אדריכלות היברידית

בחלק מהמתקנים, מערכת הבקרה הליבה מנהלת את פרופ'ינט עבור יישומים מהירים וראייה, בעוד הפריפריה - כגון צומת חיישן וניתוחי תהליכים - עדיין משתמשת ב- Profibus PA. שתי הרשתות מחוברות דרך נתב אחורי.אדריכלות היברידית זו מממנת את נקודות החוזק של כל פרוטוקול שבו הם נדרשים ביותר.

עבור מדריך מפורט על הגירה מ Profibus לפרופ'ינט, מתייחס לנייר הלבן הבינלאומי של PI על תרחישי הגירה (FLT:0profibus.com/ הורדים / לבנים / אנדרט 1).

יישומים אמיתיים ברחבי תעשיות

ייצור רכב

צמחי רכב היו מאמצים מוקדמים של פרופ'יבוס DP עבור חנות גוף, חנות צבע וקווי ההרכבה.התקשורת ה ⁇ של הפרוטוקול מבטיחה כי תאי רובוט, מערכות העברה, ובקרי גיל פועלים ברצף מדויק.רשת אחת יכולה לנהל מאות דחפים וחיישנים, עם נתונים אבחון הנצמדים למערכת הדמיה מרכזית עבור מפקחים משמרים.

במקרה אחד המתועד, יצרנית הרכב הגרמנית הפחיתה את זמן השבתה לא מתוכנן ב-30% לאחר יישום מערכת ניטור מבוססת פרופ'יבוס עבור המניעים שלה.המערכת זיהתה ללבוש ובשבועות לא הוגנים לפני הכישלון, המאפשרת תחזוקה להיות מתוכננת במהלך שינויים במשמרת.

תעשיות תהליכים: שמן & דגימה; גז וכימיקלים

פרופ'יבוס הרש"פ היא תקן במספר רב של זיקוקי נפט וצמחים כימיים בשל אישור הבטיחות הפנימי שלה.זה מאפשר לכלי שדה להיות מותקנים באזור 0 (אווירת גז בלתי פוסקת) באזורים מסוכנים ללא מחסנים חשופים להתפוצצות.הכבל הדו-חוטי נושא את שניהם כוח ונתונים, מפשט את הקנוניה בהתקנה גדולה.

לדוגמה, מתחם פטרוכימי במזרח התיכון משתמש ברשת של פרופ'יבוס הרש"פ המשתרעת על פני 5 ק"מ לחיבור יותר מ-2,000 מכשירים בשטח - משדרים מדכאים, חיישנים טמפרטורה ומעמדות שסתום - ל- DCS (מערכת בקרה מבוזרת).הרשת פועלת כבר למעלה מ-15 שנים עם זמינות של 8%.

מזון ו Beverage

בתעשיית המזון והמשקאות, תקנות ההיגיינה דורשות כיפוף תכופים תכופים ותחמורי פלדה אל-חלד. פרופ'ובוס הרש"פ עם מערכי M12 נבחרים לעתים קרובות על התנגדותה ללחות ולכימיקלים.בשלה גדולה בבלגיה משתמשת בפרופ'נביבוס הרש"פ לפקח על טמפרטורות הטנקציה ולצמצם את מחזורי ניקוי-אין (CIP), חיתוך צריכת מים ב-20%.

עתידו של פרופ'יבוס בעולם תעשייה 4.0

האם פרופ'יבוס עדיין רלוונטי בעוד עשר שנים?התשובה תלויה ביישום.במתקנים של ניו יורק, פרופ'ינט הפכה לבחירה ברירת המחדל עבור רוב האוטומציה במפעל.עם זאת, הבסיס המותקן של פרופ'בוס הוא עצום - מאות מיליוני צמתים ברחבי העולם.

טכנולוגיות מתפתחות כגון Time-Sensitive Networking (TSN) ו-one-pair Ethernet (SPE) עשויות בסופו של דבר להיות סופרות הן פרופ'יבוס והן פרופ'ינט עבור מתקנים חדשים. TSN מספק תקשורת בזמן אמת על פני תשתיות Ethernet סטנדרטיות, בעוד SPE מאפשר שתי קנונית חוטיתות דומות לפרופ'בוס PA, אך עם רוחב פס גבוה יותר.

PI אינטרנשיונל כבר פיתח את המפרט פרופ 'נינט על TSN, להבטיח כי פרופ 'ינטנט יכול לרוץ על רשתות TSN-enabled.עבור פרופ'יבוס, הארגון פועל על מושגים אינטגרציה המאפשרים למכשירים פרופ'יבוס להיות מחובר TSN אחוריים באמצעות שערות.

לסיכום, פרופ'יבוס אינו נעלם בקרוב.זה יישאר סוס עבודה במתקני חומים ומעבד תעשיות שבהן הסמכה בטיחות ואמינות ארוכת טווח הן דבר חשוב.באותו זמן, טכנולוגיות כמו OPC UA ימשיכו לגשר על נתוני פרופ'יבוס לסביבות מחשוב ענן וחודניות.עבור יצרנים מתכננים את מסע התעשייה שלהם 4.0, הגישה החכמה ביותר היא למנף נכסים קיימים בזמן שקיבולת חדשה עם פרוטוקולים עתידיים.

קריאה נוספת באינטגרציה של OPC UA ו- Profibus זמינה מ- OPCIR (FLT:0 ,opcfoundation.orguaFLT:1).

מסקנה

פרופ'יבוס הרוויח את מקומו כאחד מפרוטוקולי התקשורת האמינות והלא-מכובדים ביותר באוטומציה התעשייתית.תפקידה במפעלים חכמים וביוזמות תעשייתיות 4.0 הוא כפול: הוא מספק את החלפת הנתונים הדטרמיוניים הדרושים לשליטה בזמן אמת כיום, והוא מציע נתיב הגירה לעבר טכנולוגיות מתקדמות יותר של רשתות מחר, על ידי הבנת החוזקות, המגבלות והקיפאש, המהנדסים, המנהלים, המהנדסים, יכולים לקבל החלטות שממקסימות על ההון העתידי שלהם, תוך כדי להחזיר את יסודות הבנייה.

לקבלת מפרטים טכניים נוספים וספריות מוצר, בקר בספריה הטכנית של PI (IRLT:0profibus.com/technical-library/BuildFLT:1).