Sigurado nga daghan kaninyo ang nahibal-an o nakakita pa gani kung unsa ka dako ang kontrolado nga mga automated nga butang, pananglitan, usa ka planta sa nukleyar nga gahum o usa ka pabrika nga adunay daghang mga linya sa produksyon: ang nag-unang aksyon kasagaran mahitabo sa usa ka dako nga lawak, nga adunay usa ka hugpong sa mga screen, mga bombilya. ug mga remote control. Kini nga control complex kasagaran gitawag nga main control room - ang main control panel alang sa pagmonitor sa pasilidad sa produksiyon.
Sigurado nga nahibulong ka kung giunsa kini tanan nagtrabaho sa mga termino sa hardware ug software, kung giunsa kini nga mga sistema lahi sa naandan nga personal nga mga kompyuter. Niini nga artikulo, atong tan-awon kung giunsa ang lainlaing mga datos nga makuha sa main control room, kung giunsa ang pagpadala mga mando sa kagamitan, ug kung unsa ang kasagarang gikinahanglan aron makontrol ang usa ka istasyon sa compressor, usa ka planta sa produksiyon sa propane, linya sa pag-assemble sa awto, o bisan usa ka sewer pumping plant.
Ang pinakaubos nga lebel o fieldbus mao ang pagsugod sa tanan
Kini nga hugpong sa mga pulong, dili klaro sa wala pa nahibal-an, gigamit kung kinahanglan nga ihulagway ang mga paagi sa komunikasyon tali sa mga microcontroller ug subordinate nga kagamitan, pananglitan, mga module sa I / O o mga aparato sa pagsukod. Kasagaran kini nga channel sa komunikasyon gitawag nga "field bus" tungod kay kini ang responsable sa pagpadala sa datos nga gikan sa "field" ngadto sa controller.
Ang "Field" usa ka lawom nga termino sa propesyonal nga nagtumong sa kamatuoran nga ang pipila ka mga kagamitan (pananglitan, mga sensor o mga actuator) diin nakig-uban ang controller nahimutang sa usa ka lugar nga layo, layo, sa dalan, sa umahan, ilawom sa tabon sa kagabhion. . Ug dili igsapayan nga ang sensor mahimong makit-an tunga sa metro gikan sa controller ug gisukod, ingnon ta, ang temperatura sa usa ka kabinete sa automation, giisip gihapon nga kini "naa sa uma." Kasagaran, ang mga signal gikan sa mga sensor nga moabot sa I/O modules nagbiyahe gihapon og mga distansiya gikan sa napulo ngadto sa gatusan ka metros (ug usahay labaw pa), pagkolekta og impormasyon gikan sa hilit nga mga site o kagamitan. Sa tinuud, mao kana ang hinungdan nga ang exchange bus, diin ang controller nakadawat mga kantidad gikan sa parehas nga mga sensor, kasagaran gitawag nga field bus o, dili kaayo kasagaran, usa ka bus nga ubos nga lebel o usa ka bus sa industriya.
Kinatibuk-ang laraw sa automation sa usa ka pasilidad sa industriya
Busa, ang electrical signal gikan sa sensor nagbiyahe sa usa ka piho nga gilay-on ubay sa mga linya sa kable (kasagaran sa usa ka regular nga tumbaga nga kable nga adunay usa ka piho nga gidaghanon sa mga core), diin daghang mga sensor ang konektado. Ang signal dayon mosulod sa processing module (input/output module), diin kini makabig ngadto sa digital language nga masabtan sa controller. Sunod, kini nga signal pinaagi sa field bus moadto direkta sa controller, diin kini sa katapusan giproseso. Base sa maong mga signal, ang operating logic sa microcontroller mismo gitukod.
Taas nga lebel: gikan sa usa ka garland hangtod sa tibuuk nga workstation
Ang taas nga lebel gitawag nga tanan nga mahikap sa usa ka ordinaryo nga mortal nga operator nga nagkontrol sa proseso sa teknolohiya. Sa pinakasimple nga kaso, ang taas nga lebel usa ka hugpong sa mga suga ug mga buton. Ang mga bombilya sa suga nagpahibalo sa operator bahin sa pipila nga mga panghitabo nga nahitabo sa sistema, ang mga buton gigamit aron mag-isyu sa mga mando sa controller. Kini nga sistema sagad gitawag nga "garland" o "Christmas tree" tungod kay kini susama kaayo (ingon sa imong makita gikan sa litrato sa sinugdanan sa artikulo).
Kon ang operator mao ang mas swerte, unya ingon nga sa ibabaw nga ang-ang siya sa pagkuha sa usa ka operator panel - usa ka matang sa flat-panel computer nga sa usa ka paagi o sa lain nga nakadawat data alang sa display gikan sa controller ug gipakita kini sa screen. Ang ingon nga panel kasagarang gi-mount sa automation cabinet mismo, mao nga kasagaran kinahanglan nimo nga makig-uban niini samtang nagbarug, nga maoy hinungdan sa kahasol, dugang sa kalidad ug gidak-on sa imahe sa gagmay nga mga panel nga mga porma nga daghan ang gusto.
Ug sa katapusan, usa ka atraksyon sa wala pa nakit-an nga pagkamanggihatagon - usa ka workstation (o bisan daghang mga duplicate), nga usa ka ordinaryo nga personal nga kompyuter.
Ang mga kagamitan sa taas nga lebel kinahanglan nga makig-uban sa usa ka paagi sa microcontroller (kung dili, nganong gikinahanglan kini?). Alang sa ingon nga interaksyon, ang mga protocol sa taas nga lebel ug usa ka medium nga transmission gigamit, pananglitan, Ethernet o UART. Sa kaso sa "Christmas tree", ang ingon nga mga sopistikado, siyempre, dili kinahanglan; ang mga bombilya gisiga gamit ang ordinaryo nga pisikal nga mga linya, walaβy sopistikado nga mga interface o protocol didto.
Sa kinatibuk-an, kini nga taas nga lebel dili kaayo makapaikag kaysa sa bus sa uma, tungod kay kini nga taas nga lebel mahimoβg wala na (walaβy bisan unsa nga tan-awon sa operator gikan sa serye; ang tigkontrol mismo ang mahibal-an kung unsa ang kinahanglan buhaton ug kung giunsa. ).
"Karaan" nga mga protocol sa pagbalhin sa datos: Modbus ug HART
Pipila ka mga tawo ang nahibal-an, apan sa ikapito nga adlaw sa paglalang sa kalibutan, ang Dios wala mopahulay, apan gibuhat ang Modbus. Uban sa HART protocol, ang Modbus mao tingali ang labing karaan nga industriyal nga data transfer protocol; kini nagpakita balik sa 1979.
Ang serial interface sa sinugdan gigamit ingon nga transmission medium, unya Modbus gipatuman sa TCP/IP. Kini usa ka synchronous master-slave (master-slave) protocol nga naggamit sa prinsipyo sa hangyo-tubag. Ang protocol medyo hasol ug hinay, ang katulin sa pagbinayloay nagdepende sa mga kinaiya sa tigdawat ug transmitter, apan kasagaran ang ihap hapit gatusan ka mga millisecond, labi na kung gipatuman pinaagi sa usa ka serial interface.
Dugang pa, ang rehistro sa pagbalhin sa data sa Modbus mao ang 16-bit, nga nagpahamtang dayon og mga pagdili sa pagbalhin sa tinuod ug doble nga mga tipo. Gipasa kini sa mga bahin o sa pagkawala sa katukma. Bisan kung ang Modbus kaylap nga gigamit sa mga kaso diin ang taas nga katulin sa komunikasyon dili kinahanglan ug ang pagkawala sa gipasa nga datos dili kritikal. Daghang mga tiggama sa lainlaing mga aparato ang gusto nga palapdan ang protocol sa Modbus sa ilang kaugalingon nga eksklusibo ug orihinal nga paagi, nga nagdugang dili standard nga mga gimbuhaton. Busa, kini nga protocol adunay daghang mga mutasyon ug mga pagtipas gikan sa naandan, apan malampuson nga nagpuyo sa modernong kalibutan.
Ang HART protocol anaa na usab sukad sa dekada otsenta, kini usa ka industriyal nga komunikasyon nga protocol sa usa ka two-wire current loop line nga direktang nagkonektar sa 4-20 mA sensors ug uban pang HART-enabled nga mga himan.
Aron mabalhin ang mga linya sa HART, gigamit ang mga espesyal nga aparato, nga gitawag nga HART modem. Adunay usab mga converter nga naghatag sa tiggamit, ingon, ang protocol sa Modbus sa output.
Ang HART tingali nailhan tungod sa kamatuoran nga dugang sa mga analog signal sa 4-20 mA sensor, ang digital signal sa protocol mismo gipasa usab sa sirkito, kini nagtugot kanimo sa pagkonektar sa digital ug analog nga mga bahin sa usa ka linya sa cable. Ang modernong HART modem mahimong konektado sa USB port sa controller, konektado pinaagi sa Bluetooth, o sa kinaraan nga paagi pinaagi sa serial port. Usa ka dosena ka tuig ang milabay, pinaagi sa pagtandi sa Wi-Fi, ang WirelessHART wireless standard, nga naglihok sa ISM range, nagpakita.
Ikaduha nga henerasyon sa mga protocol o dili kaayo industriyal nga mga bus nga ISA, PCI(e) ug VME
Ang Modbus ug HART nga mga protocol gipulihan sa dili kaayo industriyal nga mga bus, sama sa ISA (MicroPC, PC/104) o PCI/PCIe (CompactPCI, CompactPCI Serial, StacPC), ingon man VME.
Ang panahon sa mga kompyuter miabot nga adunay magamit nga unibersal nga data bus, diin ang lainlaing mga tabla (modules) mahimong konektado aron maproseso ang usa ka piho nga nahiusa nga signal. Ingon sa usa ka lagda, sa niini nga kaso, ang processor module (computer) gisal-ut ngadto sa gitawag nga frame, nga nagsiguro sa interaksyon pinaagi sa bus uban sa ubang mga himan. Ang frame, o, sama sa gusto sa mga eksperto sa automation sa pagtawag niini, "crate," gidugangan sa gikinahanglan nga input-output boards: analog, discrete, interface, ug uban pa, o kining tanan gihiusa sa porma sa sandwich nga walay usa ka frame - usa ka tabla sa ibabaw sa lain. Pagkahuman niana, kini nga lainlain sa bus (ISA, PCI, ug uban pa) nagbinayloay sa datos sa module sa processor, nga sa ingon nakadawat kasayuran gikan sa mga sensor ug nagpatuman sa pipila nga lohika.
Controller ug I/O modules sa PXI frame sa PCI bus. Tinubdan:
Maayo ra ang tanan sa kini nga mga ISA, PCI(e) ug VME nga mga bus, labi na alang sa mga panahon: ang katulin sa pagbinayloay dili makapahigawad, ug ang mga sangkap sa sistema nahimutang sa usa ka frame, compact ug kombenyente, mahimoβg walaβy init-swappable. I/O cards, pero dili pa gyud ko gusto.
Apan adunay usa ka langaw sa pahumot, ug labaw pa sa usa. Lisud kaayo ang paghimo sa usa ka sistema nga gipang-apod-apod sa ingon nga pag-configure, lokal ang exchange bus, kinahanglan nimo nga maghimo usa ka butang aron ibaylo ang datos sa ubang mga ulipon o mga node sa kaedad, parehas nga Modbus sa TCP / IP o uban pang protocol, sa sa kinatibuk-an, walay igo nga mga kasayon. Aw, ang ikaduha nga dili kaayo makapahimuot nga butang: I / O tabla kasagaran nagpaabut sa usa ka matang sa hiniusang signal ingon nga input, ug sila walay galvanic pagkahimulag gikan sa mga ekipo sa uma, mao nga kamo kinahanglan nga sa paghimo sa usa ka koral gikan sa lain-laing mga module sa pagkakabig ug intermediate circuitry, nga makapakomplikado pag-ayo sa base sa elemento.
Intermediate signal conversion modules nga adunay galvanic isolation. Tinubdan:
"Unsa man ang bahin sa protocol sa industriya sa bus?" - mangutana ka. Wala. Wala kini sa kini nga pagpatuman. Pinaagi sa mga linya sa kable, ang signal mobiyahe gikan sa mga sensor ngadto sa mga signal converter, ang mga converter nagsuplay sa boltahe ngadto sa discrete o analog I/O board, ug ang data gikan sa board nabasa na pinaagi sa I/O ports gamit ang OS. Ug walay espesyal nga mga protocol.
Giunsa ang mga modernong pang-industriya nga bus ug mga protocol nagtrabaho
Unsa karon? Hangtud karon, ang klasikal nga ideolohiya sa pagtukod sa mga awtomatikong sistema nausab gamay. Daghang mga hinungdan ang adunay usa ka papel, sugod sa kamatuoran nga ang automation kinahanglan usab nga kombenyente, ug matapos sa uso padulong sa giapod-apod nga mga awtomatikong sistema nga adunay mga node nga layo sa usag usa.
Tingali makaingon kita nga adunay duha ka nag-unang konsepto alang sa pagtukod sa mga sistema sa automation karon: localized ug distributed automated system.
Sa kaso sa mga lokal nga sistema, diin ang pagkolekta ug pagkontrol sa datos gisentralisado sa usa ka espesipikong lokasyon, ang konsepto sa usa ka set sa input/output modules nga gisumpaysumpay sa usa ka komon nga paspas nga bus, lakip ang usa ka controller nga adunay kaugalingong exchange protocol, gikinahanglan. Sa kini nga kaso, ingon nga usa ka lagda, ang I/O modules naglakip sa usa ka signal converter ug galvanic isolation (bisan tuod, siyempre, dili kanunay). Kana mao, igo na alang sa katapusan nga tiggamit nga masabtan kung unsa nga mga matang sa mga sensor ug mga mekanismo ang anaa sa automated nga sistema, pag-ihap sa gidaghanon sa gikinahanglan nga input / output modules alang sa lain-laing mga matang sa mga signal ug ikonektar kini sa usa ka komon nga linya sa controller. . Sa kini nga kaso, ingon nga usa ka lagda, ang matag tiggama naggamit sa paborito nga exchange protocol tali sa I / O modules ug controller, ug adunay daghang mga kapilian dinhi.
Sa kaso sa gipang-apod-apod nga mga sistema, ang tanan nga gisulti nga may kalabotan sa mga lokal nga sistema tinuod, dugang pa, hinungdanon nga ang mga indibidwal nga sangkap, pananglitan, usa ka hugpong sa mga module sa input-output ug usa ka aparato alang sa pagkolekta ug pagpadala sa kasayuran - usa ka dili maalamon kaayo nga microcontroller nga nagbarog sa usa ka dapit sa usa ka booth sa uma, sunod sa balbula nga nagsira sa lana - mahimong makig-uban sa sama nga mga node ug sa nag-unang controller sa layo nga gilay-on nga adunay epektibo nga exchange rate.
Giunsa pagpili sa mga developer ang usa ka protocol alang sa ilang proyekto? Ang tanan nga modernong mga protocol sa pagbinayloay naghatag medyo taas nga pasundayag, mao nga ang pagpili sa usa o lain nga tiggama kanunay nga dili matino sa katulin sa pagbinayloay sa kini nga industriyal nga bus. Ang pagpatuman sa protocol mismo dili kaayo importante, tungod kay, gikan sa punto sa panglantaw sa developer sa sistema, kini usa gihapon ka itom nga kahon nga naghatag og usa ka internal nga istruktura sa pagbaylo ug wala gidisenyo alang sa gawas nga pagpanghilabot. Kasagaran, ang pagtagad gihatag ngadto sa praktikal nga mga kinaiya: ang pasundayag sa kompyuter, ang kasayon ββsa pagpadapat sa konsepto sa tiggama sa buluhaton nga anaa sa kamot, ang pagkaanaa sa gikinahanglan nga mga matang sa I/O modules, ang abilidad sa hot-swappable modules nga walay pagkaguba. ang bus, etc.
Ang mga sikat nga supplier sa kagamitan nagtanyag sa ilang kaugalingon nga pagpatuman sa mga protocol sa industriya: pananglitan, ang bantog nga kompanya nga Siemens nagpalambo sa serye sa Profinet ug Profibus nga mga protocol, ang B&R nagpalambo sa Powerlink protocol, ang Rockwell Automation nagpalambo sa EtherNet / IP protocol. Usa ka domestic nga solusyon sa kini nga lista sa mga pananglitan: usa ka bersyon sa FBUS protocol gikan sa kompanya sa Russia nga Fastwel.
Adunay usab mas unibersal nga mga solusyon nga wala gihigot sa usa ka piho nga tiggama, sama sa EtherCAT ug CAN. Atong analisahon kini nga mga protocol sa detalye sa pagpadayon sa artikulo ug mahibal-an kung kinsa sa kanila ang labi ka angay alang sa piho nga mga aplikasyon: mga industriya sa automotive ug aerospace, paghimo sa elektroniko, mga sistema sa pagpoposisyon ug robotics. Padayon sa pagkontak!
Source: www.habr.com