naghisgot kami kon sa unsang paagi ang mga bus ug mga protocol nagtrabaho sa industriyal nga automation. Niining higayona mag-focus kita sa modernong mga solusyon sa pagtrabaho: atong tan-awon kung unsang mga protocol ang gigamit sa mga sistema sa tibuok kalibutan. Atong tagdon ang mga teknolohiya sa German nga mga kompanya nga Beckhoff ug Siemens, ang Austrian B&R, ang American Rockwell Automation ug ang Russian Fastwel. Atong tun-an usab ang unibersal nga mga solusyon nga wala gihigot sa usa ka piho nga tiggama, sama sa EtherCAT ug CAN.
Sa katapusan sa artikulo adunay usa ka pagtandi nga lamesa nga adunay mga kinaiya sa EtherCAT, POWERLINK, PROFINET, EtherNet/IP ug ModbusTCP nga mga protocol.
Wala namo giapil ang PRP, HSR, OPC UA ug uban pang mga protocol sa pagrepaso, tungod kay Adunay na maayo nga mga artikulo bahin kanila sa HabrΓ© sa among mga kauban nga mga inhenyero nga nagpalambo sa mga sistema sa automation sa industriya. Pananglitan, ΠΈ .
Una, atong ipasabot ang terminolohiya: Industrial Ethernet = industriyal nga network, Fieldbus = field bus. Sa automation sa industriya sa Russia, adunay kalibog sa mga termino nga may kalabutan sa field bus ug sa ubos nga lebel sa industriyal nga network. Kasagaran kini nga mga termino gihiusa sa usa, dili klaro nga konsepto nga gitawag nga "ubos nga lebel", nga gitawag nga usa ka fieldbus ug usa ka sublevel nga bus, bisan kung dili kini usa ka bus.
Ngano?Kini nga kalibog lagmit tungod sa kamatuoran nga sa daghang modernong mga controller, ang koneksyon sa I/O modules sagad gipatuman gamit ang backplane o pisikal nga bus. Kana mao, ang pipila ka mga kontak sa bus ug mga konektor gigamit sa paghiusa sa daghang mga module sa usa ka yunit. Apan ang ingon nga mga node, sa baylo, mahimong magkadugtong sa usa ka network sa industriya ug usa ka bus sa uma. Sa Western terminolohiya adunay usa ka tin-aw nga dibisyon: ang network usa ka network, ang bus usa ka bus. Ang una gitudlo sa termino nga Industrial Ethernet, ang ikaduha sa Fieldbus. Ang artikulo nagsugyot nga gamiton ang termino nga "industrial network" ug ang termino nga "field bus" alang niini nga mga konsepto, matag usa.
Industrial network standard EtherCAT, nga gimugna ni Beckhoff
Ang EtherCAT protocol ug industriyal nga network tingali usa sa pinakapaspas nga pamaagi sa pagpasa sa datos sa mga sistema sa automation karon. Ang network sa EtherCAT malampuson nga gigamit sa gipang-apod-apod nga mga sistema sa automation, diin ang mga nag-interact nga mga node gibulag sa layo nga distansya.
Ang EtherCAT protocol naggamit sa standard Ethernet frames aron ipadala ang mga telegrama niini, mao nga nagpabilin kini nga compatible sa bisan unsang standard nga kagamitan sa Ethernet ug, sa pagkatinuod, ang pagdawat ug transmission sa data mahimong organisado sa bisan unsang Ethernet controller, basta adunay magamit nga software.
Beckhoff controller nga adunay usa ka set sa I/O modules. Tinubdan:
Ang detalye sa protocol bukas ug magamit, apan sulod lamang sa gambalay sa asosasyon sa pag-uswag - EtherCAT Technology Group.
Ania kung giunsa ang paglihok sa EtherCAT (ang talan-awon makapakurat, sama sa dula nga Zuma Inca):
Ang taas nga katulin sa pagbinayloay sa kini nga protocol - ug mahimo naton hisgutan ang bahin sa mga yunit sa microseconds - natuman tungod sa kamatuoran nga ang mga developer nagdumili sa pagbinayloay gamit ang mga telegrama nga gipadala direkta sa usa ka piho nga aparato. Hinuon, usa ka telegrama ang gipadala sa network sa EtherCAT, nga gitumong sa tanan nga mga aparato sa parehas nga oras, ang matag usa sa mga node sa ulipon alang sa pagkolekta ug pagpasa sa kasayuran (kasagaran usab sila gitawag nga OSO - aparato nga komunikasyon sa butang) gikuha gikan niini "sa langaw" ang datos nga gituyo alang niini ug gisal-ot sa usa ka telegrama ang datos nga andam niyang ihatag alang sa pagbaylo. Ang telegrama ipadala dayon sa sunod nga slave node, diin mahitabo ang parehas nga operasyon. Ang pag-agi sa tanan nga mga aparato sa pagkontrol, ang telegrama ibalik sa panguna nga tigkontrol, nga, pinasukad sa datos nga nadawat gikan sa mga aparato sa ulipon, nagpatuman sa kontrol nga lohika, pag-usab nga nakig-uban sa telegrama sa mga node sa ulipon, nga nag-isyu sa usa ka signal sa pagkontrol sa ang kagamitan.
Ang usa ka network sa EtherCAT mahimong adunay bisan unsang topology, apan sa tinuud kini kanunay nga usa ka singsing - tungod sa paggamit sa full duplex mode ug duha ka koneksyon sa Ethernet. Niining paagiha, ang telegrama kanunay nga ipadala nga sunud-sunod sa matag aparato sa bus.
Ang representasyon sa eskematiko sa usa ka network sa Ethercat nga adunay daghang mga node. Tinubdan:
Pinaagi sa dalan, ang detalye sa EtherCAT wala maglangkob sa mga pagdili sa 100Base-TX nga pisikal nga layer, busa ang pagpatuman sa protocol posible base sa gigabit ug optical nga mga linya.
Ablihi ang mga industriyal nga network ug PROFIBUS/NET nga mga sumbanan gikan sa Siemens
Ang German nga kabalaka nga Siemens dugay na nga nailhan tungod sa mga programmable logic controllers (PLCs), nga gigamit sa tibuok kalibutan.
Ang pagbayloay sa datos tali sa mga node sa usa ka automated system nga kontrolado sa mga kagamitan sa Siemens gihimo pinaagi sa field bus nga gitawag og PROFIBUS ug sa PROFINET nga industriyal nga network.
Ang PROFIBUS bus naggamit ug espesyal nga two-core cable nga adunay DB-9 connectors. Ang Siemens adunay kini sa purpura, apan nakita namon ang uban sa praktis :). Aron makonektar ang daghang mga node, ang usa ka konektor mahimong magkonektar sa duha ka mga kable. Adunay usab kini switch alang sa terminal resistor. Ang terminal resistor kinahanglan nga i-on sa katapusan nga mga himan sa network, sa ingon nagpakita nga kini mao ang una o katapusan nga device, ug human niini walay bisan unsa, lamang sa kangitngit ug kahaw-ang (ang tanan nga rs485s nagtrabaho sama niini). Kung imong i-on ang usa ka resistor sa intermediate connector, ang seksyon nga nagsunod niini mapalong.
PROFIBUS cable nga adunay connecting connectors. Tinubdan:
Ang PROFINET network naggamit ug analogue twisted pair cable, kasagaran adunay RJ-45 connectors, ang cable adunay kolor nga berde. Kung ang topology sa PROFIBUS usa ka bus, nan ang topology sa PROFINET network mahimong bisan unsa: usa ka singsing, usa ka bituon, usa ka kahoy, o tanan nga gihiusa.
Ang controller sa Siemens nga adunay konektado nga PROFINET cable. Tinubdan: w3.siemens.com
Adunay daghang mga protocol sa komunikasyon sa PROFIBUS bus ug sa PROFINET network.
Para sa PROFIBUS:
- PROFIBUS DP - ang pagpatuman niini nga protocol naglakip sa komunikasyon sa hilit nga mga himan sa ulipon; sa kaso sa PROFINET, kini nga protocol katumbas sa PROFINET IO protocol.
- Ang PROFIBUS PA sa esensya parehas sa PROFIBUS DP, gigamit lamang alang sa explosion-proof nga mga bersyon sa pagpadala sa datos ug suplay sa kuryente (kaamgid sa PROFIBUS DP nga adunay lainlaing pisikal nga mga kabtangan). Para sa PROFINET, wala pa ang explosion-proof protocol nga susama sa PROFIBUS.
- PROFIBUS FMS - gidisenyo alang sa data exchange sa mga sistema gikan sa ubang mga tiggama nga dili makagamit sa PROFIBUS DP. Ang PROFIBUS FMS analogue sa PROFINET network mao ang PROFINET CBA protocol.
Para sa PROFINET:
- PROFINET IO;
- PROFINET CBA.
Ang PROFINET IO protocol gibahin sa daghang mga klase:
- PROFINET NRT (non-real time) - gigamit sa mga aplikasyon diin ang timing parameters dili kritikal. Gigamit niini ang Ethernet TCP/IP data transfer protocol ingon man ang UDP/IP.
- PROFINET RT (tinuod nga panahon) - dinhi ang I/O data exchange gipatuman gamit ang Ethernet frames, apan ang diagnostic ug communication data gibalhin gihapon pinaagi sa UDP/IP.
- PROFINET IRT (Isochronous Real Time) - Kini nga protocol gidisenyo alang sa mga aplikasyon sa pagkontrol sa paglihok ug naglakip sa isochronous data transfer phase.
Mahitungod sa pagpatuman sa PROFINET IRT lisud nga real-time nga protocol, alang sa mga komunikasyon sa mga hilit nga mga himan kini nagpalahi sa duha ka exchange channel: isochronous ug asynchronous. Ang isochronous channel nga adunay fixed exchange cycle nga gitas-on naggamit sa clock synchronization ug nagpadala sa time-critical data; second-level telegrams ang gigamit para sa transmission. Ang gidugayon sa transmission sa isochronous channel dili molapas sa 1 millisecond.
Ang asynchronous nga channel nagpadala sa gitawag nga real-time nga datos, nga gitumong usab pinaagi sa MAC address. Dugang pa, lainlain nga impormasyon sa diagnostic ug auxiliary ang gipasa sa TCP/IP. Ni ang real-time nga data, labi na ang ubang impormasyon, siyempre, makabalda sa isochronous cycle.
Ang gipalawig nga set sa PROFINET IO functions wala kinahanglana para sa matag industriyal nga automation system, mao nga kini nga protocol gi-scale para sa usa ka piho nga proyekto, nga gikonsiderar ang mga klase sa pagsunod o mga klase sa pagpahiuyon: CC-A, CC-B, CC-CC. Gitugotan ka sa mga klase sa pagsunod sa pagpili sa mga aparato sa uma ug mga sangkap sa backbone nga adunay labing gamay nga kinahanglanon nga gamit.
Source:
Ang ikaduhang exchange protocol sa PROFINET network - PROFINET CBA - gigamit sa pag-organisar sa industriyal nga komunikasyon tali sa mga ekipo gikan sa lain-laing mga tiggama. Ang panguna nga yunit sa produksiyon sa mga sistema sa IAS usa ka piho nga entidad nga gitawag usa ka sangkap. Kini nga sangkap kasagaran usa ka koleksyon sa mekanikal, elektrikal ug elektronik nga mga bahin sa usa ka aparato o pag-install, ingon man ang kauban nga software sa aplikasyon. Alang sa matag sangkap, gipili ang usa ka module sa software nga adunay usa ka kompleto nga paghulagway sa interface sa kini nga sangkap sumala sa mga kinahanglanon sa sumbanan sa PROFINET. Pagkahuman niini nga mga module sa software gigamit sa pagbaylo sa datos sa mga aparato.
B&R Ethernet POWERLINK protocol
Ang Powerlink protocol gimugna sa Austrian company B&R sa unang bahin sa 2000s. Kini usa pa nga pagpatuman sa usa ka real-time nga protocol sa ibabaw sa standard nga Ethernet. Ang detalye sa protocol magamit ug libre nga ipanghatag.
Ang teknolohiya sa Powerlink naggamit sa usa ka gitawag nga mixed polling mechanism, kung ang tanan nga interaksyon tali sa mga device gibahin sa daghang mga hugna. Ilabi na ang kritikal nga datos gipasa sa isochronous exchange phase, diin ang gikinahanglan nga oras sa pagtubag gi-configure; ang nahabilin nga datos ipasa, kung mahimo, sa asynchronous nga hugna.
B&R controller nga adunay usa ka set sa I/O modules. Tinubdan: br-automation.com
Ang protocol orihinal nga gipatuman sa ibabaw sa 100Base-TX nga pisikal nga layer, apan sa ulahi usa ka gigabit nga pagpatuman ang naugmad.
Ang Powerlink protocol naggamit ug mekanismo sa pag-iskedyul sa komunikasyon. Ang usa ka piho nga marker o control nga mensahe gipadala sa network, uban ang tabang nga mahibal-an kung kinsa sa mga aparato ang karon adunay pagtugot sa pagbayloay sa datos. Usa ra ka aparato ang adunay access sa pagbinayloay matag higayon.
Ang eskematiko nga representasyon sa Ethernet POWERLINK network nga adunay daghang mga node.
Sa isochronous nga hugna, ang polling controller sunodsunod nga nagpadala sa usa ka hangyo sa matag node diin kini kinahanglan nga makadawat sa kritikal nga datos.
Ang isochronous nga hugna gihimo, ingon sa nahisgutan na, nga adunay usa ka mapaigoigo nga oras sa siklo. Sa asynchronous nga hugna sa pagbinayloay, gigamit ang IP protocol stack, ang tigkontrol naghangyo nga dili kritikal nga datos gikan sa tanan nga mga node, nga nagpadala usa ka tubag samtang nakakuha sila access aron ipadala sa network. Ang ratio sa oras tali sa isochronous ug asynchronous nga mga hugna mahimong i-adjust sa kamut.
Rockwell Automation Ethernet/IP Protocol
Ang EtherNet/IP protocol gimugna uban sa aktibong partisipasyon sa American company nga Rockwell Automation niadtong 2000. Gigamit niini ang TCP ug UDP IP stack, ug gipalapdan kini alang sa mga aplikasyon sa automation sa industriya. Ang ikaduhang bahin sa ngalan, sukwahi sa popular nga pagtuo, wala magpasabot sa Internet Protocol, apan Industrial Protocol. Ang UDP IP naggamit sa CIP (Common Interface Protocol) communications stack, nga gigamit usab sa ControlNet/DeviceNet nga mga network ug gipatuman sa ibabaw sa TCP/IP.
Ang espesipikasyon sa EtherNet/IP anaa sa publiko ug libre nga magamit. Ang Ethernet/IP network topology mahimong arbitraryo ug naglakip sa ring, star, tree o bus.
Dugang pa sa standard function sa HTTP, FTP, SMTP, EtherNet/IP protocols, kini nagpatuman sa pagbalhin sa time-critical data tali sa polling controller ug I/O devices. Ang pagpasa sa dili-panahon nga kritikal nga datos gihatag sa mga pakete sa TCP, ug ang kritikal sa panahon nga paghatod sa cyclic control data gihimo pinaagi sa UDP protocol.
Aron ma-synchronize ang oras sa giapod-apod nga mga sistema, ang EtherNet/IP naggamit sa CIPsync protocol, nga usa ka extension sa CIP communication protocol.
Ang eskematiko nga representasyon sa usa ka Ethernet/IP network nga adunay daghang mga node ug koneksyon sa Modbus device. Tinubdan:
Aron pasimplehon ang pag-setup sa network sa EtherNet/IP, kadaghanan sa mga standard nga aparato sa automation adunay gitakda nang daan nga mga file sa pag-configure.
Pagpatuman sa FBUS protocol sa Fastwel
Naghunahuna kami sa dugay nga panahon kung ilakip ang kompanya sa Russia nga Fastwel sa kini nga lista uban ang lokal nga pagpatuman sa FBUS nga industriyal nga protocol, apan pagkahuman nakahukom kami nga magsulat usa ka pares nga mga parapo alang sa usa ka mas maayo nga pagsabut sa mga kamatuoran sa pagpuli sa import.
Adunay duha ka pisikal nga pagpatuman sa FBUS. Usa niini mao ang usa ka bus diin ang FBUS protocol midagan sa ibabaw sa RS485 standard. Dugang pa, adunay pagpatuman sa FBUS sa usa ka industriyal nga Ethernet network.
Ang FBUS halos dili matawag nga high-speed protocol; ang oras sa pagtubag nagdepende sa gidaghanon sa mga module sa I/O sa bus ug sa mga parameter sa pagbinayloay; kasagaran kini gikan sa 0,5 hangtod 10 milliseconds. Ang usa ka FBUS slave node mahimo ra nga adunay 64 I/O modules. Alang sa usa ka fieldbus, ang gitas-on sa cable dili molapas sa 1 metros, mao nga wala kami maghisgot bahin sa mga sistema nga gipang-apod-apod. O hinoon, kini mao, apan lamang sa diha nga ang paggamit sa usa ka industriyal nga FBUS network sa TCP/IP, nga nagpasabot sa usa ka pagtaas sa panahon sa botohan sa daghang mga higayon. Ang mga bus extension cord mahimong magamit sa pagkonektar sa mga module, nga nagtugot alang sa sayon ββββnga pagbutang sa mga module sa automation cabinet.
Fastwel controller nga adunay konektado nga I/O modules. Tinubdan:
Total: sa unsang paagi kining tanan gigamit sa praktis sa mga automated nga sistema sa pagkontrol sa proseso
Natural, ang lainlain nga mga tipo sa modernong mga protocol sa pagbalhin sa datos sa industriya labi ka daghan kaysa sa among gihulagway sa kini nga artikulo. Ang uban gihigot sa usa ka piho nga tiggama, ang uban, sa sukwahi, unibersal. Kung nagpalambo sa mga awtomatikong sistema sa pagkontrol sa proseso (APCS), gipili sa inhenyero ang labing kaayo nga mga protocol, nga gikonsiderar ang piho nga mga buluhaton ug mga pagdili (teknikal ug badyet).
Kung maghisgot kami bahin sa pagkaylap sa usa ka partikular nga protocol sa pagbinayloay, makahatag kami usa ka diagram sa kompanya HMS Networks AB, nga naghulagway sa mga bahin sa merkado sa nagkalain-laing mga teknolohiya sa exchange sa industriyal nga mga network.
Source:
Ingon sa makita sa diagram, ang PRONET ug PROFIBUS gikan sa Siemens nag-okupar sa mga nanguna nga posisyon.
Makapainteres, 6 ka tuig na ang milabay .
Ang lamesa sa ubos naglangkob sa summary data sa gihulagway nga exchange protocols. Ang ubang mga parameter, pananglitan, performance, gipahayag sa abstract nga mga termino: taas / ubos. Ang mga katumbas nga numero makita sa mga artikulo sa pagtuki sa pasundayag.
|
|
EtherCAT
|
POWERLINK
|
PROFINET
|
Ethernet/IP
|
ModbusTCP
|
|
Pisikal nga layer
|
100/1000 BASE-TX
|
100/1000 BASE-TX
|
100/1000 BASE-TX
|
100/1000 BASE-TX
|
100/1000 BASE-TX
|
|
lebel sa datos
|
Channel (Ethernet frames)
|
Channel (Ethernet frames)
|
Channel (Ethernet frames), Network/transportasyon (TCP/IP)
|
Network/Transportasyon(TCP/IP)
|
Network/Transportasyon(TCP/IP)
|
|
Tinuod nga oras nga suporta
|
Oo
|
Oo
|
Oo
|
Oo
|
Dili
|
|
Pag-uswag
|
ΠΡΡΠΎΠΊΠ°Ρ
|
ΠΡΡΠΎΠΊΠ°Ρ
|
IRT - taas, RT - medium
|
Taas
|
Ubos
|
|
Ang gitas-on sa cable tali sa mga node
|
100m
|
100m/2km
|
100m
|
100m
|
100m
|
|
Mga hugna sa pagbalhin
|
Dili
|
Isochronous + asynchronous
|
IRT - isochronous + asynchronous, RT - asynchronous
|
Dili
|
Dili
|
|
Gidaghanon sa mga node
|
65535
|
240
|
Limitasyon sa TCP/IP Network
|
Limitasyon sa TCP/IP Network
|
Limitasyon sa TCP/IP Network
|
|
Resolusyon sa bangga
|
Topolohiya sa singsing
|
Pag-synchronize sa orasan, mga hugna sa transmission
|
Ring topology, mga hugna sa transmission
|
Mga switch, star topology
|
Mga switch, star topology
|
|
Hot swap
|
Dili
|
Oo
|
Oo
|
Oo
|
Depende sa implementasyon
|
|
Gasto sa kagamitan
|
Ubos
|
Ubos
|
ΠΡΡΠΎΠΊΠ°Ρ
|
Taas
|
Ubos
|
Ang mga lugar sa aplikasyon sa gihulagway nga mga protocol sa pagbinayloay, mga fieldbus ug industriyal nga network lainlain kaayo. Gikan sa kemikal ug industriya sa awto hangtod sa teknolohiya sa aerospace ug paghimo sa elektroniko. Ang mga high-speed exchange protocol kay gipangayo sa real-time nga mga sistema sa pagpoposisyon alang sa lainlaing mga aparato ug sa mga robotics.
Unsa nga mga protocol ang imong gigamit ug diin nimo kini gipadapat? Ipakigbahin ang imong kasinatian sa mga komento. π
Source: www.habr.com