ENDÜSTRİYEL HABERLEŞME PROTOKOLLERİ

• Scada Nedir?
• Endüstriyel Haberleşme Protokolleri
• Otomosyan Sektörünün Geleceği
• PLC Nedir?
• Temel PLC Sistemleri
• PLC ile DCS Arasındaki Farklar
• Endüstri Siber Tehdit Altındamı
• Hareket kontrol sistemleri
• Atık Su Arıtma Tesislerinde Sürücüler
• Siemens SCADA Sistemleri

Endüstri her geçen gün gelişmekte ve büyümektedir. Dolayısıyla cihazlar, makineler arası iletişim gitgide zorlaşmaktadır. Bu sorunun çözümü olarak endüstride haberleşme konusunda belirli standartlar getirilmiştir. Bu standartlar aynı zamanda protokollerdir. Peki, endüstriyel haberleşme protokolleri nedir? Çeşitleri nelerdir? Birbirinden farkları nedir?

Sistemler arası veri toplama, işleme ve analiz işlemleri, otomasyon sistemlerinin PLC ve bilgisayar sistemleriyle haberleşmesi sonucu gerçekleştirilmektedir. Haberleşmede verici ve alıcı arasındaki iletişimin hızlı ve güvenilir olması için kullanılan cihazlara göre bazı kuralların belirlenmesi gerekir. Bu kuralların belirlenmesiyle haberleşme protokolleri belirlenmiş olur. Tüm protokollerin kendine has özellikleri belirlenmiş ve sabitlenmiştir. Cihazların da bu protokollere uygun üretilmesi gerekmektedir.

Haberleşme protokolleri açık sistem ve kapalı sistem haberleşme protokolleri olarak ikiye ayrılır.

– Kapalı Sistem Haberleşme Protokolleri
Üretici firmanın sadece kendi ürünleri arasında haberleşme sağlayacak şekilde geliştirdiği haberleşme protokolleridir.

– Açık Sistem Haberleşme Protokolleri
Markadan bağımsız, aynı işlevleri sergileyen ürünler arasında haberleşme sağlayacak şekilde geliştirilen haberleşme protokolüdür. Bu protokolde farklı firmalar arası ürünler birbiri ile bağlantı kurabilirler.

Açık sistem haberleşme protokolleri 8'e ayrılır;

Fieldbus Protokolü

Şekil 1: Fieldbus Protokolü Uygulama Şeması
Fieldbus, otomasyon ürünleri ve bilgisayardan oluşan alan ağıdır. Yüksek çözünürlüklü ölçme ve yüksek güvenilirlik sağlayan Fieldbus, aynı zamanda kendini test edebilme özelliğine sahiptir ve bu protokolde yuvarlama kaybı da yoktur. Çok fonksiyonlu saha birimlerinin oluşu dolayısıyla çok ciddi bir pazar payına sahip bir protokoldür. Kurduğu döngülerle PLC sistemlerini kendi aralarında haberleştirebilir. Aynı zamanda bu döngüler sayesinde tesislerde, geniş ölçekli elektronik elemanlar arasında herhangi bir arıza durumunda arızanın yerini önceden tespit ederek kullanıcıya tam olarak gösterebilir.


Fieldbus Protokolü

Şekil 2: Profibus Protokolleri
Özel bir arabirime ihtiyaç duymadan farklı üreticilerin cihazları arasında haberleşmeyi sağlayan Profibus, üreticiden bağımsız açık saha protokolüdür. Hızlı veri alışverişi sağlar. Böylelikle yüksek hız gerektiren kritik uygulamalar ve karmaşık yapıdaki haberleşme işlerinde yaygın olarak tercih edilirler. Geniş ölçekli üretim ve proses otomasyonu için tasarlanmıştır. Bu protokolde cihazların değiştirilebilmesi mümkür. Profibus’ta her bir bus bölümüne 32, toplamda 126 katılımcı bağlanabilir. Çevre birimleri slave’ler ve saha elemanları çalışma esnasında takıp çıkarılabilir özelliktedir. 2 damarlı blendajlı kablo veya optik iletkenler yardımıyla veri transferi gerçekleştirilir.

Profibus, kullanım alanına ve tipine göre, 3 farklı haberleşme protokolleri (DP-PA-FMS) sunar.

Profibus DP (DP-Decentralized Periphery/Dağıtılmış Çevre): Fiziksel yapı olarak RS485 veya fiber optik alt yapısını kullanan Profibus DP, en çok kullanılan haberleşme tipidir. Hız, etkinlik ve düşük bağlantı maliyeti özellikleri sebebiyle tercih edilir. Merkezi dağıtılmış cihazlarla ve akıllı saha cihazları ile haberleşme sağlanabilir

Profibus FMS (FMS-Fieldbus sageSpecification/Saha Veri Yolu Mesaj Tanımlaması): Genel bir haberleşme tipi olan FMS, DP gibi fiziksel haberleşme yapısı olarak RS485 ve fiber optik alt yapısını KULLANIR. Akıllı kontrol aygıtlar arasındaki haberleşme için gelişmiş uygulama fonksiyonlarını sunar. TCP/IP' nin gelişiminin ve kullanımının hızla artması FMS’yi olumsuz etkilemektedir.

Profibus-PA (PA-Process Automation/Süreç Otomasyonu): DP ile aynı master üzerinde çalışan PA, genellikle proses otomasyonunda kullanılır.


Modbus Protokolü

Şekil 3: Modbus Haberleşmesi
PLC’ler arası seri haberleşme protokolü olarak MODICON firması tarafından ortaya çıkarılan Modbus, basit ve güçlü yapısı sayesinde endüstride en çok kullanılan protokoldür. Farklı cihazlar arasındaki haberleşmeyi sağlayabilen, sunucu-istemci tabanlı bir protokoldür. Dolayısıyla veriler bir cihazdan alınıp bir veri merkezinde toplanabildiği ağ sistemidir. Açık bir protokoldür. Üreticiler herhangi bir ücret ödemeden kullanabilir.

Modbus, aygıtları programlamak ve Master/Slave sistemlerini izlemek için de kullanılır. Modbus ağında 1 Master ile birlikte 247 Slave cihaz bulunabilir. Master cihaz, Slave cihazlardan aldığı verilere göre yine Slave cihazları yönetebilir, Slave cihazlardan veri alıp cihazlara veri yazılmasını sağlayabilir.

Kısa mesafeli bağlantılarda RS232 seri haberleşme standardını kullanan Modbus, uzun bağlantılarda ise RS485 seri haberleşme standardını kullanır. Bu protokolde veriler 1 ve 0’lardan oluşan bitler halinde taşınır.

Esnekliği yüksek olan Modbus, algılayıcılar ve diğer aygıtları birbirleriyle haberleştirmek için veya alan içerisindeki cihazları uzaktan bilgisayar ile kontrol edebilmek için kullanılabilir. Aynı zamanda sadece PLC ve bilgisayar sistemlerinde değil gelişmiş sensörlerde de kullanılmaktadır.


CANBus Protokolü

Şekil 4: CANBus Protokolünün Otomotivde Kullanımı
CANBus (Controller Area Network Bus/Kontrol Alan Ağı Veriyolu) protokolü, Robert Bosch tarafından geliştirilen, birden çok kablo yerine tek bir kablo ile veri transferi amaçlanmıştır. Otomotiv sektöründe çok yaygın kullanılmaktadır. İstatistiksel olarak 100 yılda 1 tane mesaj hatası yapabildiği tespit edilmiştir. Bu yüksek güvenilirliği sayesinde endüstriyel kontrol uygulamalarında da kullanılır. Akıllı binalar ve laboratuvar ortamları, akıllı sensörler, motor kontrolü, otomobil elektroniği, makine kontrol birimleri gibi uygulama alanlarında en fazla 1Mbit/sn’lik iletişim hızına sahiptir. Aynı zamanda bu protokolde tüm üniteler, hattına veri yollamada eşit önceliğe sahiptir. Buna “multimaster” denir. Bu durum sonucu üniteler bir anda veri yollamaya çalışırsa çatışmalar yaşanır. Bunu önlemek için de sistem tüm üniteleri izler ve hattın boş olduğu anı yakalamaya çalışır. Hattı boş gören ünite verisini gönderir.


DeviceNet Protokolü

Şekil 5: DeviceNet Haberleşmesi
Akıllı sensör ve aktüatörler için Allen-Bradley tarafından geliştirilen endüstriyel iletişim protokolü olan DeviceNet ile düşük seviyeli aygıtlara bağlanılabilir ve PC veya PLC gibi daha üst seviyeli aygıtlarla haberleşme sağlanabilir. CAN mimarisi üzerine kurulan DeviceNet açık ve düşük maliyetlidir. Güvenilirlik ve performans ihtiyaçlarını karşılamak için tasarlanmış, kararlı yapıya sahip DeviceNet, kararlı bir yapıya sahip olmasıyla kendini ispatlamış bir protokoldür. Bu protokolde her aygıt ve kontrolör ağda bir düğümdür.

Mesaj sıralama önceliği bulunan, çok yönlü iletişim yapısına sahip üretici-tüketici protokoldür. I/O ve açık mesajlaşmayı destekler. Endüstriyel kontrolörlerle I/O cihazlarını birbirine bağlar ve bu cihazlar arasında iletişim sağlar. Önemli özelliklerinden birisi de ağdan güç elde etmesidir. Bunun sonucunda sınırlı güç gereksinimi durumunda ağdan güç almalarını sağlar. En güç durumlarda bile aygıt seviyesi hata teşhisi ve tespitlerini yapabilir.


AS-i Protokolü AS-i (Aktüatör Sensör-Arayüzü), PLC, DCS ve PC tabanlı otomasyon sistemlerinde kullanılan bir endüstriyel iletişim protokolüdür. Paralel kablolamaya göre en basit alternatiftir. Henüz tam anlamıyla standartlaşmaya gidememiştir. Son derece basit ve ucuz olmasını yanı sıra oldukça güvenilir bir sistemdir. Özel veri dönüştürücülerle Profibus DP sinyalleri AS-i formatına çevrilerek kullanılabilir. Temelde algılayıcıdan gelen sinyalleri işler ve aktüatörleri yöneten valfleri kontrol eder. Bu iş için standart giriş/çıkış modülleri vardır. Sisteme Master ve buna bağlı en fazla 31 alt düzey kontrol sistemi bağlanabilir. AS-i, doğrudan bağlanabildiği otomasyon sisteminde, başka bir alt sistemin mantıksal komponent grubu olarak da bulunabilir.


INTERBUS Protokolü

Şekil 6: Interbus Haberleşme Şeması
Kontrol sistemleri arasında (PC, PLC, otomasyon kontrolörleri vb.) veri aktaran seri bus sistemidir. Phoenix Contact firması tarafından geliştirilmiştir. Çift yönlü veri iletişimi gerçekleştiren sistem kapalı alan topolojisi ile haberleşme sağlar.


HART Protokolü

Şekil 7: HART Protokolü
HART (Highway Addressable Remote Transducer), akıllı sistemler ile izleme sistemi arasında analog kablolar kullanarak dijital bilgileri göndermemizi ve almamızı sağlayan protokoldür. Ana sistemler ile akıllı cihazlar arasındaki veri iletişimini çift yönlü olarak sağlar. Maksimum iletim hızı kullanılan fiziksel katmana bağlıdır. En önemli özelliği 4-20 mA üzerinden kablolama gereçleriyle iletişim kurabilir.