Endüstriyel Haberleşme Protokolleri

Endüstriyel haberleşme protokolleri kapsamında çeşitli kontrol cihazları bağlamak için veri değişimi, veri kontrol edilebilirlik ve esneklik güçlü araç temin edildiği gibi herhangi bir otomasyon sistemi mimarisinin de omurgasıdır. Son on yılda endüstrilerde tescilli dijital haberleşme ağlarının kullanılması, uçtan uca dijital sinyal doğruluğunu ve bütünlüğünü iyileştirmiştir.

LAN (sınırlı bir alanda kullanılan Yerel Alan Ağı) veya WAN (küresel sistem olarak kullanılan Geniş Alan Ağı) olabilen bu ağlar, sınırlı sayıda kanal kullanarak çok miktarda veri iletmeyi sağlamaktadır. Endüstriyel ağ ayrıca dijital kontrolörler, saha cihazları, çeşitli otomasyonla ilgili yazılım araçları ve ayrıca harici sistemler arasında çeşitli iletişim protokollerinin uygulanmasına yol açmıştır.

Endüstriyel Haberleşme Protokolü Nedir?

Veri iletişimi, bilgi veya verinin, çoğunlukla dijital formatta bir vericiden alıcıya, bu ikisini bağlayan bir bağlantı (bakır tel, koaksiyel kablo, optik fiber veya başka herhangi bir ortam olabilir) yoluyla dönüşümünü ifade eder. Geleneksel iletişim ağları, bilgisayarlar, bilgisayarlar ve çevre birimleri ve diğer cihazlar arasında veri iletişimini sağlamak için kullanılır. Ayrıca, endüstriyel haberleşme protokolleri, zorlu ortamlarda büyük kurulumlarda gerçek zamanlı kontrol ve veri bütünlüğünü ele almak için yapılmış özel bir ağ türüdür.

En çok kullanılan haberleşme protokoller arasında arasında; Fieldbus, Modbus, Uart, Profibus, As-i, Canbus, Rs, Devicenet, Controlnet, Hart, Ethernet, Profinet, CANopen, OPC ve benzeri yer alır.

• Fieldbus: Bu protokol, endüstriyel otomasyon sistemlerinde cihazların veri iletişimi için kullanılan bir dijital haberleşme protokolüdür. Bu protokol, saha cihazlarının (sensörler, motorlar, aktüatörler) bir merkezi kontrol sistemine veri iletimini sağlar. Fieldbus, birçok cihazın tek bir iletişim hattı üzerinden bağlanmasına olanak tanır ve veri bütünlüğünü sağlamak için hata algılama ve düzeltme mekanizmaları içerir.
• Modbus: Modbus protokolü, otomasyon sistemlerinde sıkça kullanılan seri iletişim protokollerinden biridir. Master-slave yapısı kullanılarak çalışır. Master cihaz (ana bilgi istemci) tarafından slave cihazlara (köle cihazlar) veri talepleri gönderilir. Bu protokol, veri okuma ve yazma işlemleri için kullanılır. Modbus’un farklı varyasyonları vardır; Modbus RTU (seri port), Modbus ASCII (seri port) ve Modbus TCP (Ethernet tabanlı) gibi.
• UART (Universal Asynchronous Receiver-Transmitter): UART, seri iletişim için yaygın olarak kullanılan bir donanım protokolüdür. Endüstriyel cihazlarda genellikle mikrodenetleyicilerin veya sensörlerin veri iletişiminde kullanılır. UART, veriyi asenkron olarak iletim ve alma yeteneği sağlar.
• Profibus: Profibus, endüstriyel otomasyon sistemlerinde kullanılan ve özellikle saha seviyesindeki cihazların iletişimini sağlamak için kullanılan bir protokoldür. Veri iletimi yüksek hızlarda ve güvenilirlikle gerçekleşir. Profibus’un farklı varyasyonları mevcuttur, örneğin Profibus DP (Saha Periferi) ve Profibus PA (Proses Otomasyonu) gibi.
• AS-i (Actuator Sensor Interface): AS-i protokolü, endüstriyel otomasyon sistemlerinde düşük seviyedeki sensörlerin ve aktüatörlerin veri iletimi için kullanılan bir haberleşme protokolüdür. AS-i, kolay montajı ve hızlı veri iletimi sağlamasıyla bilinir.
• CANbus (Controller Area Network): CANbus, genellikle otomotiv ve endüstriyel otomasyon alanlarında kullanılan bir haberleşme protokolüdür. Farklı cihazların aynı veri yolu üzerinden iletişim kurmasını sağlar. Hata tespiti ve düzeltilmesi için dahili mekanizmalara sahiptir.
• RS (Recommended Standard): R.S., seri iletişim protokollerini tanımlayan bir terimdir. Örneğin RS-232 ve RS-485 gibi standartlar, endüstriyel cihazların seri iletişimini sağlamak için kullanılır.
• DeviceNet: DeviceNet, saha seviyesindeki cihazların birbirleriyle iletişim kurmasını sağlayan bir protokoldür. Sensörler, aktüatörler ve motorlar gibi cihazlar arasında veri paylaşımını kolaylaştırır.
• ControlNet: ControlNet, kontrol seviyesinde veri iletimini sağlamak için kullanılan bir haberleşme protokolüdür. Yüksek hızlı veri iletimine odaklanır.
• HART (Highway Addressable Remote Transducer): HART, analog ve dijital veriyi aynı hattan ileten bir protokoldür. Endüstriyel saha cihazlarının uzaktan yapılandırılmasını ve izlenmesini sağlar.
• Ethernet: Ethernet bağlantısı, yüksek hızlarda veri iletimi sağlamak için kullanılan bir protokoldür. Ethernet tabanlı protokoller genellikle daha karmaşık sistemlerde tercih edilir.
• Profinet: Profinet, Ethernet tabanlı bir haberleşme protokolüdür ve endüstriyel otomasyon sistemlerinde yüksek hızlı ve güvenilir veri iletimini destekler.
• CANopen: CANopen, Controller Area Network tabanlı bir protokoldür ve genellikle farklı cihazların birbirleriyle iletişimini sağlamak için kullanılır.
• OPC (OLE for Process Control): OPC, farklı tedarikçilere ait cihazların ve kontrol sistemlerinin birbirleriyle iletişimini sağlayan bir standartın adıdır. OPC UA (Unified Architecture) daha güvenli ve kapsamlı bir sürüm olarak kullanılır.

Endüstriyel Otomasyonda Üç Önemli Kontrol Mekanizması

Endüstriyel otomasyon alanında kullanılan üç önemli kontrol mekanizması,

• Programlanabilir Mantık Denetleyicileri (PLC‘ler)
• Denetleyici Kontrol ve Veri Toplama (SCADA)
• Dağıtılmış Kontrol Sistemini (DCS) içerir.

Tüm bu unsurlar saha enstrümanları, akıllı saha cihazları, denetleyici kontrol PC‘leri, dağıtılmış I/O kontrolörleri ve HMI takımları ile ilgilidir. Bu cihazlar arasında bir ara bağlantı ve ayrıca aralarındaki iletişimi sağlamak için, güçlü ve daha etkili bir iletişim ağı veya şeması gerekmektedir. Geleneksel kurumsal ağlardan oldukça farklıdırlar. Endüstriyel haberleşme protokolleri saha cihazları, kontrolörler ve PC’ler arasında bir iletişim yolu oluşturur.

Verileri ve kontrol sinyallerini iletmek için iletim ortamı kablolu veya kablosuz olabilir. Kablolu iletim durumunda, bükülü çift, koaksiyel kablo veya fiber optik olabilen bir kablo kullanılır. Her ağ kablosunun, bir tür ağa veya belirli bir ortama daha az ya da daha fazla uygun olabilecek kendi elektriksel özellikleri vardır. Kablosuz iletim durumunda, iletişim radyo dalgaları aracılığıyla gerçekleştirilir.

plc,

Programlanabilir Mantık Denetleyicileri (PLC)

Endüstriyel otomasyonun temel taşlarından biri olan Programlanabilir Mantık Denetleyicileri (PLC), akıllı fabrika ve üretim tesislerinin kontrolünde kritik bir rol oynar. Programlanabilir Mantık Denetleyicileri (PLC), endüstriyel süreçlerin otomasyonunu sağlamak için kullanılan özel bir elektronik cihazdır. PLC’ler, dijital ve analog girişleri alarak programlanabilir bir mantık ile işleyip çıktıları kontrol ederler. Bu sayede karmaşık üretim süreçleri otomatik olarak yönetilebilir.

PLC’ler, genellikle merkezi bir kontrol ünitesi ve giriş/çıkış modüllerinden oluşur. Sensörlerden ve diğer saha cihazlarından gelen veriler merkezi üniteye iletilir. Burada bulunan program, bu verilere göre çıkışları kontrol eder. PLC’lerin esnek programlanabilirliği sayesinde farklı senaryolar ve koşullar için programlar oluşturulabilir.

Endüstriyel otomasyon alanında en çok kullanılan plc çeşitleri;

• Regin EXOcompact serisi {XCA283DW-4}
• Siemens Simatic S7 serisi
• Allen-Bradley ControlLogix serisi
• Schneider Electric Modicon serisi
• Mitsubishi MELSEC serisi
• ABB AC500 serisi
• Omron CJ1/CJ2 serisi
• Beckhoff TwinCAT serisi
• Delta DVP serisi
• Yokogawa STARDOM serisi
• GE Fanuc VersaMax serisi

PLC’lerin Önemi

PLC’ler, endüstriyel otomasyon sistemlerinin merkezinde yer alır. Birçok avantajları vardır:

• Esneklik: PLC’ler, farklı üretim ihtiyaçlarına göre programlanabilir. Bu, üretim hattının hızla değişen taleplere uyum sağlamasını sağlar.
• Hızlı Reaksiyon: Gerçek zamanlı kontrol yetenekleri sayesinde hızlı ve hassas reaksiyonlar mümkündür. Üretim süreçlerindeki hataların azaltılmasına yardımcı olur.
• Merkezi Kontrol: Farklı cihazlar ve ekipmanlar arasındaki iletişimi sağlayarak merkezi bir kontrol sunar. Bu da üretim verimliliğini artırabilir.
• Veri Toplama ve İzleme: PLC’ler, sensörlerden gelen verileri toplar ve izler. Bu veriler, üretim süreçlerindeki verilerin analiz edilmesi ve iyileştirilmesi için kullanılabilir.

scada

Denetleyici Kontrol ve Veri Toplama (SCADA)

Endüstriyel otomasyonunun en önemli bileşenlerinden biri olan Denetleyici Kontrol ve Veri Toplama (SCADA), üretim süreçlerinin izlenmesi, kontrol edilmesi ve optimize edilmesinde kritik bir rol oynar. SCADA, denetleyici kontrol ve veri toplama sistemlerinin kısaltmasıdır. Endüstriyel otomasyonunun bir parçası olarak kullanılır. SCADA sistemleri, saha cihazlarından gelen verileri toplayarak merkezi bir kontrol merkezine ileten ve bu verileri analiz ederek süreçlerin izlenmesini ve optimize edilmesini sağlayan bir yapı sunar.

SCADA Nasıl Çalışır?

Bir SCADA sistemi, genellikle sensörlerden ve aktüatörlerden gelen verileri toplar. Bu veriler, merkezi bir kontrol ünitesine iletilir. Kontrol merkezinde bulunan SCADA yazılımı, gelen verilere göre süreçleri izler, alarm ve uyarıları yönetir, gerekirse müdahalede bulunur. Aynı zamanda geçmiş verileri analiz ederek süreçlerin performansını değerlendirir.

Endüstriyel otomasyon alanında en çok kullanılan Scada çeşitleri;

• EXO Scada
• Wonderware InTouch
• Siemens WinCC
• GE Digital iFIX
• Schneider Electric Vijeo Citect
• Inductive Automation Ignition
• AVEVA System Platform
• Rockwell FactoryTalk View
• Citect SCADA
• ICONICS GENESIS64
• VTScada

SCADA Sistemlerinin Önemi

SCADA sistemlerinin endüstriyel otomasyon alanındaki önemi büyüktür:

• İzleme ve Kontrol: SCADA sistemleri, üretim süreçlerini gerçek zamanlı olarak izler ve kontrol eder. Bu sayede hataların tespiti ve gerekirse müdahale yapılması sağlanır. Yalın üretim için oldukça önemli bir bileşendir.
• Veri Toplama ve Analiz: Saha cihazlarından gelen verilerin toplanması ve analizi, süreçlerin verimliliğinin artırılmasına yardımcı olur.
• Uzaktan Erişim: SCADA sistemleri sayesinde operatörler, uzaktan erişim ile fabrika süreçlerini izleyebilir ve gerektiğinde müdahale edebilir.
• Veri Depolama ve Raporlama: SCADA, geçmiş verileri saklar ve raporlar oluşturabilir. Bu, süreçlerin analiz edilmesi ve gerektiğinde iyileştirilmesine olanak sağlar.

dcs

Dağıtılmış Kontrol Sistemleri (DCS)

Endüstriyel otomasyonun temel taşlarından biri olan Dağıtılmış Kontrol Sistemleri (DCS), üretim süreçlerinin karmaşıklığını yönetmek ve optimize etmek için kritik bir rol oynar. Dağıtılmış Kontrol Sistemleri (DCS), endüstriyel süreçlerin izlenmesi, kontrol edilmesi ve yönetilmesi için kullanılan bir otomasyon sistemidir. Bu sistemler, farklı saha cihazlarından gelen verileri merkezi bir kontrol ünitesine ileterek karmaşık üretim süreçlerini yönetmeyi sağlar.

Bir DCS, genellikle saha cihazlarından gelen verileri toplar ve merkezi bir kontrol odasına ileterek işleme tabi tutar. Kontrol odasındaki operatörler, gelen verileri izler ve gerektiğinde müdahalede bulunabilirler. DCS’nin esnek programlanabilirliği sayesinde farklı senaryolar ve koşullar için programlar oluşturulabilir.

Endüstriyel otomasyon alanında en çok kullanılan DCS çeşitleri;

• ABB 800xA
• Emerson DeltaV
• Siemens PCS 7
• Honeywell Experion PKS
• Yokogawa CENTUM VP
• Schneider Electric EcoStruxure Foxboro DCS
• Rockwell PlantPAx
• Invensys (Schneider Electric) Triconex
• GE Digital Mark VIe
• AspenTech aspenONE Process Explorer

DCS Sistemlerinin Önemi

DCS sistemleri, endüstriyel otomasyon alanındaki önemi büyüktür:

• Karmaşıklık Yönetimi: DCS sistemleri, karmaşık üretim süreçlerini daha yönetilebilir hale getirir. Farklı cihazların ve sistemlerin koordinasyonunu sağlayarak verimliliği artırır.
• Merkezi Kontrol: DCS, farklı cihazlar ve ekipmanlar arasındaki iletişimi sağlar ve merkezi bir kontrol sunar. Bu da üretim verimliliğini artırabilir.
• Veri İzleme ve Analiz: Saha cihazlarından gelen verilerin izlenmesi ve analizi, üretim süreçlerinin performansının değerlendirilmesine yardımcı olur.
• Uzaktan Erişim: DCS sistemleri sayesinde operatörler, uzaktan erişim ile fabrika süreçlerini izleyebilir ve gerektiğinde müdahale edebilir.

Fieldbus Teknolojisi

Bir fieldbus, karmaşık otomatik endüstriyel sistemlerde gerçek zamanlı dağıtılmış kontrol sistemleri için kullanılan başka bir yerel kontrol alanı ağıdır. Kontrolörler ile akıllı sensörler / aktüatörler / dönüştürücüler gibi akıllı saha cihazları arasında dijital, iki yönlü çok kutuplu bir iletişim bağlantısıdır. Saha cihazlarının sayısı kadar tel çiftinden oluşan geleneksel noktadan noktaya iletişim sisteminin yerini alır.
Fieldbus sistemi söz konusu olduğunda, aynı segmente ait birçok cihaz için iki kablo yeterlidir. Bu sonuç, bu sayede muazzam kablo tasarrufu sağladığından uygun maliyetlidir. Profibus ve Foundation Field Bus, proses otomasyonu alanında kullanılan en baskın iki fieldbus teknolojisidir.