Advies
Alles wat u wilt weten over interface modules
In de smart industry is de interface ook de back-end van de automatisering, zonder dat kan de datasnelweg niet functioneren. De interface vormt de verbinding tussen twee verschillende systemen, tussen twee verschillende apparaten, tussen de software en de hardware en tussen het apparaat en de gebruiker.
Naast data-interfaces en software-interfaces zijn we vooral geïnteresseerd in de volgende soorten interfaces:
-
Machine-interfaces verbinden fysieke systemen, d.w.z. verschillende apparaten of machines, met elkaar. In de elektrotechniek en computertechniek wordt zo'n interface ook wel een hardware-interface genoemd. Wanneer een apparaat met interfaces wordt uitgerust, wordt de term connectiviteit gebruikt. Industriële standaarden voor interfaces zorgen voor de compatibiliteit van componenten van verschillende fabrikanten en verschillende functionaliteiten. In computertechnologie wordt een onderscheid gemaakt tussen parallelle en seriële interfaces. Afhankelijk van het feit of de gelijktijdige overdracht van meerdere bits al dan niet mogelijk is.
-
Netwerkinterfaces zijn de interfaces tussen verschillende netwerkcomponenten.
-
Gebruikersinterfaces zijn de interfaces tussen de gebruiker en het apparaat.
-
Algemene interfaces (CI) maken de aansluiting van DVB-apparaten mogelijk.
Interfacemodules bieden een of meer interfaces en maken zo de aansluiting van externe hardware, externe apparaten of externe software mogelijk. Hun modulaire ontwerp zorgt voor flexibiliteit.
Apparaten en systemen kunt u uitbreiden of upgraden door extra modules aan te sluiten of te installeren om ze naar wens uit te breiden en extra functies beschikbaar te maken. De gestandaardiseerde industriestandaarden garanderen een probleemloze integratie in het bestaande systeem en compatibiliteit met latere uitbreidingen.
Mogelijke toepassingsgebieden zijn onder andere het registreren van sensorgegevens, het detecteren van schakelaarstanden, besturing via schakelaars en digitale in- en uitvoerapparaten.
Op medisch gebied kunnen interfacemodules de aansluiting van beeldvormende apparaten zoals röntgen- of echografieapparatuur of scanners mogelijk maken. Geïntegreerde software-interfaces maken het dan bijvoorbeeld mogelijk om dergelijke beeldopnames te koppelen aan het digitale patiëntendossier.
Interfaces en interfacemodules worden ook op veel verschillende manieren gebruikt in de voertuigbouw. Bijvoorbeeld voor toegang tot besturingseenheden en voertuigbussen, sensoren en actuatoren of zelfs meetapparatuur.
Automatisering, wat steeds belangrijker wordt, is ook ondenkbaar zonder interfaces: sensoren voor het bewaken van processen, actuatoren voor besturing en communicatie tussen componenten zijn slechts enkele voorbeelden.
Industriële routers zorgen voor de verbinding van systemen en machines via het internet en dus voor decentralisatie, onderhoud op afstand en toegang op afstand, ook via de browser.
De bediening van het controlecentrum via de browser speelt ook een sleutelrol in het Internet of Things (IoT).
Naast gebouwbewaking speelt ook gecentraliseerde toegangscontrole, zoals met ID beveiligde deuropeningsmechanismen en automatische sluitsystemen, een rol in gebouwautomatisering. Dit gaat hand in hand met de integratie van verschillende componenten die met elkaar in een netwerk moeten worden opgenomen.
Tegenwoordig is de parallelle interface ("printerinterface") grotendeels vervangen door seriële interfaces, omdat deze veel minder bekabeling vereisen. Hun oorspronkelijke nadeel, namelijk een tragere gegevensoverdracht dan de parallelle interface, behoort tot het verleden. Seriële interfaces zijn zeldzaam geworden op kantoorcomputers. Aangezien de meeste moderne randapparatuur is uitgerust met USB-interfaces en oudere randapparatuur (printers, toetsenborden, muizen) indien nodig ook eenvoudig en goedkoop kan worden aangesloten met adapters.
Op andere gebieden, zoals de industrie, worden seriële interfaces echter nog steeds veel gebruikt in vele varianten en vormen. Naast point-to-point interfaces zoals RS-232, die velen nog kennen uit hun eigen knutselervaring, zijn er ook netwerk- en businterfaces zoals Ethernet, CAN-bus en RS-485, die net als USB standaard interfaces zijn.
Andere belangrijke en veelgebruikte netwerkstandaarden zijn Profibus, Profinet, Ethernet/IP, DeviceNet, EtherCAT, CANopen, Powerlink, Bluetooth en Modbus-TCP.
Wat is een veldbus?
Een veldbus is een bussysteem dat veldapparatuur in een systeem, bijvoorbeeld sensoren en actuatoren, verbindt met een automatiseringsapparaat voor communicatiedoeleinden. Veldbussen kunnen relatief kleine hoeveelheden gegevens snel en betrouwbaar over lange afstanden verzenden. Gestandaardiseerde protocollen definiëren wie (identificator) welk signaal (meetwaarde, commando) wanneer (initiatief) verstuurt als een lijn door meerdere communicatiedeelnemers tegelijk wordt gebruikt. Omdat er wereldwijd nog steeds grote aantallen oudere systemen worden gebruikt, is er een grote verscheidenheid aan verschillende protocollen en standaarden die met elkaar gecombineerd moeten worden.
Wat is een CAN-bus?
Een CAN-bus is een seriële veldbus die Bosch oorspronkelijk ontwikkelde om kabelbomen te verminderen en zo gewicht en kosten te besparen. Hij werkt volgens het multimasterprincipe en verbindt dus verschillende gelijk geautoriseerde controleapparaten. Gelijktijdige bustoegang wordt opgelost met behulp van de CSMA/CR-methode, waarbij toegang prioriteit krijgt op basis van bits die zijn gedefinieerd als dominant of recessief, afhankelijk van de status. Dit betekent dat parallelle lijnen kunnen worden uitgespaard.
CAN-bussen zijn verkrijgbaar in versies met koperdraad of glasvezel. CAN-netwerken volgen een lineaire topologie, hoewel uitlopers in beperkte mate zijn toegestaan en een stervormige busstructuur ook mogelijk is, bijvoorbeeld in de centrale vergrendeling van voertuigen. Stervormige topologieën hebben echter het nadeel dat alle verbindingen worden bestuurd via een centrale computer, die niet kan worden omzeild in het geval van een storing. Lineaire bussen zijn parallel gerangschikt op een centrale lijn. De bus valt dus alleen uit als deze lijn uitvalt, niet als individuele besturingseenheden uitvallen.
CAN-protocollen worden voornamelijk gebruikt in veiligheidsrelevante gebieden, bijvoorbeeld hier:
-
Auto industrie (netwerken van besturingseenheden, sensoreenheden en multimedia-eenheden)
-
Automatiseringstechnologie (tijdkritische sensoren in het veld, bewakingsapparatuur)
-
Medische technologie (bijv. voor MRI- en CT-apparaten, laboratoriumapparatuur of elektrische rolstoelen)
-
Besturing van digitale eindversterkers in geluidssystemen
-
Veiligheidstechnologie (voor interne netwerken in assemblages of externe netwerken van afzonderlijke componenten)
Aangezien CAN-bussen geen groot zendbereik hebben, worden ze voornamelijk gebruikt in lokale machines.
Als er grote hoeveelheden gegevens moeten worden verzonden, is EtherCAT geschikter en wordt daarom ook de voorkeur gegeven aan bijzonder snelle toepassingen.
Het op ethernet gebaseerde EtherCAT-veldbussysteem is een zeer snel industrieel ethernetsysteem dat ook geschikt is voor tijdkritische Motion Control-toepassingen. Typische toepassingsgebieden voor EtherCAT:
-
Robotica
-
CNC-bewerkingscentra
-
Verpakkingsmachines
-
Hydraulische bedieningselementen
EtherCAT maakt ook gebruik van het master-slaveprincipe, maar gaat anders te werk bij het verzenden en evalueren van de gegevenspakketten: In plaats van eerst het Ethernet-datapakket voor elke verbinding te ontvangen, dit vervolgens te interpreteren en ten slotte de procesgegevens te kopiëren, haalt EtherCAT de uitvoergegevens eruit terwijl het telegram door het slaveapparaat gaat en voegt de invoergegevens toe. De vertraging van het telegram bedraagt slechts enkele nanoseconden. De gebruikersdatasnelheid wordt verhoogd tot meer dan 90%, aangezien een Ethernet-frame de gegevens van veel apparaten in gelijke mate bereikt in de zend- en ontvangstrichting. Bovendien worden de full-duplex eigenschappen van de 100BASE-TX standaard volledig benut en worden hoge effectieve gegevenssnelheden bereikt.
Wat is een Profibus?
Profibus is de universele veldbus met een groot aantal toepassingen in proces-, productie- en gebouwautomatisering. Het voordeel is dat het communicatie tussen apparaten van verschillende fabrikanten mogelijk maakt zonder dat speciale interfaceaanpassingen nodig zijn. Als multimastersysteem zorgt het er bovendien voor dat verschillende automatiserings-, engineering- of visualisatiesystemen kunnen worden bediend met gedecentraliseerde randapparatuur op één bus. Profibus is geschikt voor complexe communicatietaken en voor snelle en tijdkritische toepassingen en maakt onderscheid tussen de volgende apparaattypen:
-
Masterapparaten die het dataverkeer met de bus bepalen. Ze zijn actieve deelnemers en kunnen berichten verzenden zonder extern verzoek als ze toegang hebben tot de bus (token).
-
Slave-apparaten die als passieve deelnemers zonder toegangsbevoegdheid tot de bus alleen ontvangen berichten bevestigen en op verzoek berichten naar het master-apparaat kunnen sturen. Slave-apparaten zijn randapparaten zoals kleppen, zenders, aandrijvingen of in-/uitvoerapparaten. Aangezien ze slechts een klein deel van het busprotocol nodig hebben, kunnen ze met weinig moeite worden geïmplementeerd.
Omvormers
Converters zetten verschillende interfaces om naar andere standaarden. Ze maken communicatie mogelijk tussen apparaten met verschillende aansluitingen die zonder converter niet compatibel zijn, bijvoorbeeld tussen een apparaat met een RS485-interface, zoals een meetapparaat, en een apparaat met een USB-interface, zoals een computer. Hierdoor kunnen de meetresultaten van het meetapparaat worden overgedragen naar de computer.
Onze praktische tip: Kies de juiste behuizing
ESD-bescherming begint bij de behuizing. Voor toepassingen die gevoelig zijn voor elektrostatische ontladingen, moet u een geschikte behuizing kiezen. En vergeet niet: de behuizing kan ook fungeren als een kooi van Faraday voor je hele circuit, waarmee rekening moet worden gehouden, vooral in zware industriële omgevingen.
Eerst en vooral moet u duidelijk weten wat de interfacemodule moet kunnen. Welke aansluitingen hebben uw bestaande apparaten, welke aansluitingen zijn nodig, welke functies moet de extra module hebben? In veel gevallen zijn ook de afmetingen een belangrijk selectiecriterium waar u op moet letten.
Controleer aan de hand van de technische gegevens welke interfacemodules van het gewenste type voldoen aan de vereisten voor uw toepassing. Welke bedrijfsspanning is vereist, voor welk bedrijfstemperatuurbereik moet de interfacemodule geschikt zijn, is de transmissiesnelheid voldoende voor uw toepassing? Sommige apparaattypes zijn ontworpen om met verschillende spanningen te werken, zoals 12 VDC en 24 VDC, maar in de regel moet u het juiste spanningstype selecteren. Houd er bij het bepalen van het bedrijfstemperatuurbereik rekening mee dat veel apparaten tijdens bedrijf behoorlijk warm kunnen worden! Een maximumtemperatuur van 50 °C is snel bereikt.
Zorg er ook voor dat je de nieuwe interfacemodule na de installatie nog steeds gemakkelijk kunt bereiken en bedienen om te voorkomen dat de kabels knikken.