Şübhəsiz ki, bir çoxunuz böyük avtomatlaşdırılmış obyektlərin, məsələn, bir nüvə stansiyasının və ya bir çox istehsal xətti olan bir fabrikin necə idarə olunduğunu bilirsiniz və ya görmüsünüz: əsas hərəkət çox vaxt bir dəstə ekran, işıq lampaları olan böyük bir otaqda baş verir. və uzaqdan idarəetmə. Bu idarəetmə kompleksi adətən əsas idarəetmə otağı adlanır - istehsal obyektinin monitorinqi üçün əsas idarəetmə paneli.
Şübhəsiz ki, siz bütün bunların aparat və proqram təminatı baxımından necə işlədiyini, bu sistemlərin adi fərdi kompüterlərdən nə ilə fərqləndiyini düşünürdünüz. Bu yazıda biz müxtəlif məlumatların əsas idarəetmə otağına necə daxil olduğunu, avadanlığa əmrlərin necə göndərildiyini və ümumiyyətlə kompressor stansiyasını, propan istehsal edən zavodu, avtomobil yığım xəttini və ya hətta bir avtomobili idarə etmək üçün nəyin lazım olduğuna baxacağıq. kanalizasiya nasos qurğusu.
Ən aşağı səviyyə və ya fieldbus hər şeyin başladığı yerdir
Təcrübəsizlər üçün aydın olmayan bu sözlər toplusu mikrokontrollerlər və tabeliyində olan avadanlıqlar, məsələn, giriş/çıxış modulları və ya ölçü cihazları arasında əlaqə vasitələrini təsvir etmək lazım olduqda istifadə olunur. Tipik olaraq bu rabitə kanalı "sahə avtobusu" adlanır, çünki o, "sahədən" gələn məlumatların nəzarətçiyə ötürülməsinə cavabdehdir.
"Sahə" nəzarətçinin qarşılıqlı əlaqədə olduğu bəzi avadanlıqların (məsələn, sensorlar və ya aktuatorların) hardasa uzaqda, uzaqda, küçədə, tarlada, gecə örtüyü altında yerləşməsini ifadə edən dərin peşəkar termindir. . Sensorun nəzarətçidən yarım metr məsafədə yerləşə bilməsinin və məsələn, avtomatlaşdırma kabinetindəki temperaturu ölçməsinin əhəmiyyəti yoxdur, hələ də "sahədə" olduğu hesab olunur. Çox vaxt I/O modullarına gələn sensorlardan gələn siqnallar hələ də onlarla metrdən yüzlərlə metrə qədər (və bəzən daha çox) məsafə qət edir, uzaq saytlardan və ya avadanlıqlardan məlumat toplayır. Əslində, buna görə nəzarətçinin eyni sensorlardan dəyərlər aldığı mübadilə avtobusu adətən sahə avtobusu və ya daha az yaygın olaraq daha aşağı səviyyəli avtobus və ya sənaye avtobusu adlanır.
Sənaye obyektinin avtomatlaşdırılmasının ümumi sxemi
Beləliklə, sensordan gələn elektrik siqnalı bir neçə sensorun qoşulduğu kabel xətləri (adətən müəyyən sayda nüvəsi olan adi mis kabel boyunca) boyunca müəyyən bir məsafəni qət edir. Daha sonra siqnal emal moduluna (giriş/çıxış modulu) daxil olur və burada nəzarətçi üçün başa düşülən rəqəmsal dilə çevrilir. Sonra, sahə avtobusu vasitəsilə bu siqnal birbaşa nəzarətçiyə gedir və burada nəhayət işlənir. Belə siqnallar əsasında mikrokontrolörün özünün işləmə məntiqi qurulur.
Üst səviyyə: çələngdən tutmuş bütün iş stansiyasına qədər
Üst səviyyə texnoloji prosesə nəzarət edən adi bir ölümcül operatorun toxuna biləcəyi hər şey adlanır. Ən sadə halda, yuxarı səviyyə bir sıra işıqlar və düymələrdir. İşıq lampaları operatora sistemdə baş verən müəyyən hadisələr haqqında siqnal verir, düymələr nəzarətçiyə əmrlər vermək üçün istifadə olunur. Bu sistem tez-tez "çələng" və ya "Milad ağacı" adlanır, çünki o, çox oxşar görünür (məqalənin əvvəlindəki fotoşəkildən göründüyü kimi).
Əgər operator daha şanslıdırsa, o zaman ən yüksək səviyyə kimi o, operator panelini alacaq - bu və ya digər şəkildə nəzarətçidən məlumat almaq və onu ekranda nümayiş etdirmək üçün bir növ düz panel kompüter. Belə bir panel adətən avtomatlaşdırma şkafının özünə quraşdırılır, buna görə də adətən dayanarkən onunla qarşılıqlı əlaqə qurmalı olursunuz, bu da narahatlığa səbəb olur, üstəlik kiçik formatlı panellərdə təsvirin keyfiyyəti və ölçüsü çox arzuolunmaz edir.
Və nəhayət, görünməmiş alicənablığın cazibəsi - adi fərdi kompüter olan iş stansiyası (və ya hətta bir neçə dublikat).
Yuxarı səviyyəli avadanlıq mikro nəzarətçi ilə müəyyən şəkildə qarşılıqlı əlaqədə olmalıdır (əks halda bu nə üçün lazımdır?). Bu cür qarşılıqlı əlaqə üçün yuxarı səviyyəli protokollar və müəyyən bir ötürmə mühiti, məsələn, Ethernet və ya UART istifadə olunur. "Milad ağacı" vəziyyətində, bu cür incəliklər, əlbəttə ki, lazım deyil, işıq lampaları adi fiziki xətlərdən istifadə edərək yandırılır, orada mürəkkəb interfeyslər və ya protokollar yoxdur.
Ümumiyyətlə, bu yuxarı səviyyə sahə avtobusundan daha az maraqlıdır, çünki bu yuxarı səviyyə ümumiyyətlə olmaya bilər (operatorun seriyadan baxması üçün heç bir şey yoxdur; nəzarətçi özü nə etmək lazım olduğunu və necə edəcəyini anlayacaq. ).
“Qədim” məlumat ötürmə protokolları: Modbus və HART
Az adam bilir, amma dünyanın yaradılışının yeddinci günündə Allah dincəlməyib, Modbusu yaratdı. HART protokolu ilə yanaşı, Modbus bəlkə də ən qədim sənaye məlumat ötürmə protokoludur; 1979-cu ildə ortaya çıxdı.
Serial interfeysi əvvəlcə ötürmə mühiti kimi istifadə edildi, sonra Modbus TCP/IP üzərindən həyata keçirildi. Bu sorğu-cavab prinsipindən istifadə edən sinxron master-slave (master-slave) protokoludur. Protokol olduqca çətin və yavaşdır, mübadilə sürəti qəbuledicinin və ötürücünün xüsusiyyətlərindən asılıdır, lakin adətən hesablama demək olar ki, yüzlərlə millisaniyədir, xüsusən də seriya interfeysi vasitəsilə həyata keçirildikdə.
Üstəlik, Modbus məlumat ötürmə reyestri 16 bitlikdir və bu, dərhal real və ikiqat növlərin ötürülməsinə məhdudiyyətlər qoyur. Onlar ya hissə-hissə, ya da dəqiqlik itkisi ilə ötürülür. Modbus hələ də yüksək rabitə sürətinə ehtiyac olmadığı və ötürülən məlumatların itirilməsinin kritik olmadığı hallarda geniş istifadə olunsa da. Müxtəlif cihazların bir çox istehsalçısı qeyri-standart funksiyalar əlavə edərək Modbus protokolunu öz eksklüziv və çox orijinal şəkildə genişləndirməyi sevir. Buna görə də, bu protokolda bir çox mutasiya və normadan sapma var, lakin müasir dünyada hələ də uğurla yaşayır.
HART protokolu da səksəninci illərdən bəri mövcuddur, bu, 4-20 mA sensorları və digər HART-ın effektivliyini təmin edən cihazları birbaşa birləşdirən iki naqilli cərəyan döngəsi xətti üzərindən sənaye rabitə protokoludur.
HART xətlərini dəyişdirmək üçün HART modemləri adlanan xüsusi qurğulardan istifadə olunur. İstifadəçini çıxışda, məsələn, Modbus protokolu ilə təmin edən çeviricilər də var.
HART, bəlkə də, 4-20 mA sensorların analoq siqnallarına əlavə olaraq, protokolun rəqəmsal siqnalının özünün də dövrədə ötürülməsi ilə diqqət çəkir, bu, rəqəmsal və analoq hissələri bir kabel xəttində birləşdirməyə imkan verir. Müasir HART modemləri nəzarətçinin USB portuna, Bluetooth vasitəsilə və ya serial port vasitəsilə köhnə üsulla qoşula bilər. On il əvvəl, Wi-Fi ilə bənzətməklə, ISM diapazonunda fəaliyyət göstərən WirelessHART simsiz standartı ortaya çıxdı.
İkinci nəsil protokollar və ya tamamilə sənaye avtobusları ISA, PCI(e) və VME
Modbus və HART protokolları ISA (MicroPC, PC/104) və ya PCI/PCIe (CompactPCI, CompactPCI Serial, StacPC), eləcə də VME kimi kifayət qədər sənaye avtobusları ilə əvəz edilmişdir.
Müəyyən vahid siqnalı emal etmək üçün müxtəlif lövhələrin (modulların) birləşdirilə biləcəyi universal məlumat avtobusu olan kompüterlər dövrü gəldi. Bir qayda olaraq, bu halda prosessor modulu (kompüter) digər qurğularla avtobus vasitəsilə qarşılıqlı əlaqəni təmin edən sözdə çərçivəyə daxil edilir. Çərçivə və ya əsl avtomatlaşdırma mütəxəssislərinin dediyi kimi, "sandıq" lazımi giriş-çıxış lövhələri ilə tamamlanır: analoq, diskret, interfeys və s., Və ya bütün bunlar sendviç şəklində yığılır bir çərçivə - digərinin üstündə bir lövhə. Bundan sonra avtobusdakı bu müxtəliflik (ISA, PCI və s.) prosessor modulu ilə məlumat mübadiləsi aparır, beləliklə, sensorlardan məlumat alır və bəzi məntiqi həyata keçirir.
PCI avtobusunda PXI çərçivəsindəki nəzarətçi və giriş/çıxış modulları. Mənbə:
Bu ISA, PCI(e) və VME avtobusları ilə hər şey yaxşı olardı, xüsusən də o dövrlər üçün: mübadilə sürəti məyus deyil və sistem komponentləri bir çərçivədə yerləşir, yığcam və rahatdır, isti dəyişdirilə bilməz. Giriş/çıxış kartları, lakin hələ ki, istəmirəm.
Amma məlhəmdə bir milçək var və birdən çox. Belə bir konfiqurasiyada paylanmış bir sistem qurmaq olduqca çətindir, mübadilə avtobusu yerlidir, digər qul və ya həmyaşıd qovşaqlarla, TCP/IP üzərindən eyni Modbus və ya başqa bir protokolla məlumat mübadiləsi üçün bir şey tapmalısınız. ümumiyyətlə, kifayət qədər rahatlıq yoxdur. Yaxşı, ikinci çox xoşagəlməz bir şey: Giriş / Çıxış lövhələri adətən giriş kimi bir növ vahid siqnal gözləyir və sahə avadanlıqlarından qalvanik izolyasiyaya malik deyillər, buna görə də müxtəlif konvertasiya modullarından və ara dövrələrdən bir hasar düzəltməlisiniz, element bazasını çox çətinləşdirir.
Qalvanik izolyasiya ilə aralıq siqnal çevirmə modulları. Mənbə:
"Sənaye avtobus protokolu haqqında nə demək olar?" – soruşursan. heç nə. Bu tətbiqdə mövcud deyil. Kabel xətləri vasitəsilə siqnal sensorlardan siqnal çeviricilərinə keçir, çeviricilər diskret və ya analoq giriş/çıxış lövhəsinə gərginlik verir və lövhədən gələn məlumatlar artıq ƏS-dən istifadə edərək I/O portları vasitəsilə oxunur. Və xüsusi protokollar yoxdur.
Müasir sənaye avtobusları və protokolları necə işləyir
İndi nə? Bu günə qədər avtomatlaşdırılmış sistemlərin qurulmasının klassik ideologiyası bir az dəyişdi. Avtomatlaşdırmanın da rahat olmasından başlayaraq, bir-birindən uzaq qovşaqları olan paylanmış avtomatlaşdırılmış sistemlərə doğru tendensiyaya qədər bir çox amillər rol oynadı.
Bəlkə də deyə bilərik ki, bu gün binaların avtomatlaşdırılması sistemləri üçün iki əsas anlayış mövcuddur: lokallaşdırılmış və paylanmış avtomatlaşdırılmış sistemlər.
Məlumatların toplanması və idarə edilməsinin müəyyən bir yerdə mərkəzləşdiyi lokallaşdırılmış sistemlər vəziyyətində, öz mübadilə protokolu olan nəzarətçi də daxil olmaqla ümumi sürətli avtobusla bir-birinə bağlanan müəyyən giriş/çıxış modulları dəsti konsepsiyası tələb olunur. Bu halda, bir qayda olaraq, I/O modullarına həm siqnal çeviricisi, həm də qalvanik izolyasiya daxildir (baxmayaraq ki, əlbəttə ki, həmişə deyil). Yəni, son istifadəçinin avtomatlaşdırılmış sistemdə hansı növ sensor və mexanizmlərin olacağını başa düşməsi, müxtəlif növ siqnallar üçün tələb olunan giriş/çıxış modullarının sayını hesablaması və onları nəzarətçi ilə ümumi bir xəttə qoşması kifayətdir. . Bu halda, bir qayda olaraq, hər bir istehsalçı I/O modulları və nəzarətçi arasında öz sevimli mübadilə protokolundan istifadə edir və burada çoxlu seçimlər ola bilər.
Paylanmış sistemlər vəziyyətində, lokallaşdırılmış sistemlərlə bağlı deyilənlərin hamısı doğrudur, əlavə olaraq, fərdi komponentlərin, məsələn, giriş-çıxış modulları dəsti və məlumat toplamaq və ötürmək üçün bir cihaz olması vacibdir. tarlada bir kabinədə, yağı bağlayan klapanın yanında dayanan çox ağıllı mikrokontroller - eyni qovşaqlarla və əsas nəzarətçi ilə böyük məsafədə effektiv mübadilə məzənnəsi ilə qarşılıqlı əlaqə qura bilər.
Tərtibatçılar layihələri üçün protokolu necə seçirlər? Bütün müasir mübadilə protokolları kifayət qədər yüksək performans təmin edir, buna görə də bu və ya digər istehsalçının seçimi çox vaxt bu sənaye avtobusunda məzənnə ilə müəyyən edilmir. Protokolun özünün həyata keçirilməsi o qədər də vacib deyil, çünki sistem tərtibatçısının nöqteyi-nəzərindən o, hələ də müəyyən daxili mübadilə strukturunu təmin edən və kənar müdaxilə üçün nəzərdə tutulmayan qara qutu olacaq. Çox vaxt praktiki xüsusiyyətlərə diqqət yetirilir: kompüterin performansı, istehsalçının konsepsiyasını qarşıya qoyulan vəzifəyə tətbiq etmək asanlığı, tələb olunan giriş/çıxış modullarının mövcudluğu, pozulmadan isti dəyişdirilə bilən modullar imkanı. avtobus və s.
Populyar avadanlıq təchizatçıları sənaye protokollarının öz tətbiqlərini təklif edirlər: məsələn, tanınmış Siemens şirkəti Profinet və Profibus protokolları seriyasını, B&R Powerlink protokolunu, Rockwell Automation EtherNet/IP protokolunu inkişaf etdirir. Bu nümunələr siyahısında yerli həll: Rusiyanın Fastwel şirkətindən FBUS protokolunun bir versiyası.
EtherCAT və CAN kimi müəyyən bir istehsalçıya bağlı olmayan daha universal həllər də var. Məqalənin davamında bu protokolları ətraflı təhlil edəcəyik və onlardan hansının xüsusi tətbiqlər üçün daha uyğun olduğunu anlayacağıq: avtomobil və aerokosmik sənaye, elektronika istehsalı, yerləşdirmə sistemləri və robototexnika. Əlaqədə qal!
Mənbə: www.habr.com