{"id":52162,"date":"2019-11-02T00:00:00","date_gmt":"2019-11-01T21:00:00","guid":{"rendered":"https:\/\/prohoster.info\/blog\/blog_prohoster\/obzor-sovremennyh-protokolov-v-sistemah-promavtomatiki"},"modified":"2020-02-18T13:59:50","modified_gmt":"2020-02-18T10:59:50","slug":"obzor-sovremennyh-protokolov-v-sistemah-promavtomatiki","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/prohoster.info\/cs\/blog\/news\/obzor-sovremennyh-protokolov-v-sistemah-promavtomatiki","title":{"rendered":"P\u0159ehled sou\u010dasn\u00fdch protokol\u016f v syst\u00e9mech pr\u016fmyslov\u00e9 automatizace","gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"text"}]},"content":{"rendered":"

\"P\u0159ehled
\n<\/p>\n

V p\u0159edchoz\u00edm p\u0159\u00edsp\u011bvku<\/a><\/noindex> jsme se zam\u011b\u0159ili na to, jak funguj\u00ed sb\u011brnice a protokoly v pr\u016fmyslov\u00e9 automatizaci. Tentokr\u00e1t se soust\u0159ed\u00edme na modern\u00ed pracovn\u00ed \u0159e\u0161en\u00ed: pod\u00edv\u00e1me se, jak\u00e9 protokoly se pou\u017e\u00edvaj\u00ed v syst\u00e9mech po cel\u00e9m sv\u011bt\u011b. Prozkoum\u00e1me technologie n\u011bmeck\u00fdch spole\u010dnost\u00ed Beckhoff a Siemens, rakousk\u00e9 B&R, americk\u00e9 Rockwell Automation a rusk\u00e9 Fastwel. D\u00e1le se zam\u011b\u0159\u00edme na univerz\u00e1ln\u00ed \u0159e\u0161en\u00ed, kter\u00e1 nejsou v\u00e1z\u00e1na na konkr\u00e9tn\u00ed v\u00fdrobce, jako jsou EtherCAT a CAN.\u00a0<\/p>\n

<\/p>\n

Na konci \u010dl\u00e1nku najdete srovn\u00e1vac\u00ed tabulku s charakteristikami protokol\u016f EtherCAT, POWERLINK, PROFINET, EtherNet\/IP a ModbusTCP.<\/p>\n

<\/a><\/noindex><\/p>\n

Nezahrnuli jsme do p\u0159ehledu protokoly PRP, HSR, OPC UA a dal\u0161\u00ed, proto\u017ee o nich ji\u017e na Habr existuj\u00ed vynikaj\u00edc\u00ed \u010dl\u00e1nky na\u0161ich koleg\u016f in\u017een\u00fdr\u016f, kte\u0159\u00ed se zab\u00fdvaj\u00ed v\u00fdvojem syst\u00e9m\u016f pr\u016fmyslov\u00e9 automatizace. Nap\u0159\u00edklad, \u201eProtokoly \u201ebeze\u0161v\u00e9ho\u201c z\u00e1lohov\u00e1n\u00ed PRP a HSR\u201c<\/a><\/noindex> a \u201eBr\u00e1ny pr\u016fmyslov\u00fdch protokol\u016f pro v\u00fdm\u011bnu na Linuxu. Sestavte si sami\u201c<\/a><\/noindex>.<\/p>\n

<\/p>\n

Nejprve si vyjasn\u00edme terminologii: Industrial Ethernet = pr\u016fmyslov\u00e1 s\u00ed\u0165, Fieldbus = sb\u011brnice. V rusk\u00e9 pr\u016fmyslov\u00e9 automatizaci doch\u00e1z\u00ed k z\u00e1m\u011bn\u00e1m v terminologii t\u00fdkaj\u00edc\u00ed se sb\u011brnice a pr\u016fmyslov\u00e9 s\u00edt\u011b ni\u017e\u0161\u00ed \u00farovn\u011b. \u010casto jsou tyto pojmy spojov\u00e1ny do jednotn\u00e9ho v\u00e1gn\u00edho pojmu \u201eni\u017e\u0161\u00ed \u00farove\u0148\u201c, kter\u00fd je naz\u00fdv\u00e1n jak sb\u011brnic\u00ed, tak i sb\u011brnic\u00ed ni\u017e\u0161\u00ed \u00farovn\u011b, p\u0159esto\u017ee to v\u016fbec nemus\u00ed b\u00fdt sb\u011brnice. <\/p>\n

Pro\u010d tomu tak je?<\/b>Tato z\u00e1m\u011bna pravd\u011bpodobn\u011b souvis\u00ed s t\u00edm, \u017ee v mnoha modern\u00edch \u0159\u00eddic\u00edch syst\u00e9mech je p\u0159ipojen\u00ed vstupn\u011b-v\u00fdstupn\u00edch modul\u016f \u010dasto realizov\u00e1no pomoc\u00ed slou\u010den\u00e9 desky (angl. backplane) nebo fyzick\u00e9 sb\u011brnice. To znamen\u00e1, \u017ee se pou\u017e\u00edvaj\u00ed ur\u010dit\u00e9 sb\u011brnicov\u00e9 kontakty a konektory pro spojen\u00ed n\u011bkolika modul\u016f do jednotn\u00e9ho uzlu. Tyto uzly mohou b\u00fdt navz\u00e1jem propojeny jak pr\u016fmyslovou s\u00edt\u00ed, tak i sb\u011brnic\u00ed. V z\u00e1padn\u00ed terminologii existuje jasn\u00e9 rozd\u011blen\u00ed: s\u00ed\u0165 \u2013 to je s\u00ed\u0165, sb\u011brnice \u2013 to je sb\u011brnice. Prvn\u00ed term\u00edn ozna\u010duje Industrial Ethernet, druh\u00fd \u2013 Fieldbus. V \u010dl\u00e1nku se navrhuje pro tyto pojmy pou\u017e\u00edvat term\u00edn \u201epr\u016fmyslov\u00e1 s\u00ed\u0165\u201c a term\u00edn \u201esb\u011brnice\u201c pro p\u0159\u00edslu\u0161n\u00e9 pojmy.<\/p>\n

Standard pr\u016fmyslov\u00e9 s\u00edt\u011b EtherCAT, vyvinut\u00fd spole\u010dnost\u00ed Beckhoff<\/h2>\n

<\/p>\n

Protokol a pr\u016fmyslov\u00e1 s\u00ed\u0165 EtherCAT je jedn\u00edm z nejrychlej\u0161\u00edch zp\u016fsob\u016f p\u0159enosu dat v automatiza\u010dn\u00edch syst\u00e9mech. S\u00ed\u0165 EtherCAT se \u00fasp\u011b\u0161n\u011b pou\u017e\u00edv\u00e1 v distribuovan\u00fdch automatiza\u010dn\u00edch syst\u00e9mech, kde jsou vz\u00e1jemn\u011b propojen\u00e9 uzly um\u00edst\u011bny na velk\u00e9 vzd\u00e1lenosti.<\/p>\n

<\/p>\n

Protokol EtherCAT pou\u017e\u00edv\u00e1 standardn\u00ed Ethernetov\u00e9 r\u00e1mce pro p\u0159enos sv\u00fdch telegram\u016f, tak\u017ee z\u016fst\u00e1v\u00e1 kompatibiln\u00ed s jak\u00fdmkoli standardn\u00edm Ethernetov\u00fdm za\u0159\u00edzen\u00edm a ve skute\u010dnosti lze p\u0159\u00edjem a p\u0159enos dat organizovat na jak\u00e9mkoli Ethernetov\u00e9m kontrol\u00e9ru, pokud je k dispozici p\u0159\u00edslu\u0161n\u00fd software.<\/p>\n

\"P\u0159ehled
\nKontrol\u00e9r Beckhoff s sadou modul\u016f pro vstup a v\u00fdstup. Zdroj: www.beckhoff.de<\/a><\/noindex><\/i><\/p>\n

Specifikace protokolu je otev\u0159en\u00e1 a dostupn\u00e1, ale pouze v r\u00e1mci v\u00fdvojov\u00e9 asociace \u2014 EtherCAT Technology Group.<\/p>\n

<\/p>\n

Takto funguje EtherCAT (pod\u00edvan\u00e1 je fascinuj\u00edc\u00ed jako hra Zuma Inca):<\/p>\n

\n

\r\n \"P\u0159ehr\u00e1t\r\n
<\/div>\r\n <\/div><\/center><\/p>\n

Vysok\u00e1 rychlost v\u00fdm\u011bny v tomto protokolu \u2014 a t\u00fdk\u00e1 se to jednotek mikrosekund \u2014 je realizov\u00e1na d\u00edky tomu, \u017ee v\u00fdvoj\u00e1\u0159i se vzdali v\u00fdm\u011bny pomoc\u00ed telegram\u016f zas\u00edlan\u00fdch p\u0159\u00edmo konkr\u00e9tn\u00edmu za\u0159\u00edzen\u00ed. M\u00edsto toho je do s\u00edt\u011b EtherCAT odesl\u00e1n jeden telegram adresovan\u00fd v\u0161em za\u0159\u00edzen\u00edm najednou, ka\u017ed\u00e9 z pod\u0159\u00edzen\u00fdch uzl\u016f pro sb\u011br a p\u0159enos informac\u00ed (\u010dasto naz\u00fdvan\u00fdch UCO \u2014 za\u0159\u00edzen\u00ed komunikace s objektem) \u201eza letu\u201c p\u0159evezme ty \u00fadaje, kter\u00e9 mu byly ur\u010deny, a vlo\u017e\u00ed do telegramu \u00fadaje, kter\u00e9 je p\u0159ipraveno poskytnout pro v\u00fdm\u011bnu. Po tom je telegram odesl\u00e1n dal\u0161\u00edmu pod\u0159\u00edzen\u00e9mu uzlu, kde prob\u00edh\u00e1 stejn\u00e1 operace. Po projit\u00ed v\u0161emi UCO se telegram vrac\u00ed hlavn\u00edmu kontrol\u00e9ru, kter\u00fd na z\u00e1klad\u011b p\u0159ijat\u00fdch dat od pod\u0159\u00edzen\u00fdch za\u0159\u00edzen\u00ed prov\u00e1d\u00ed logiku \u0159\u00edzen\u00ed, znovu prost\u0159ednictv\u00edm telegramu komunikuj\u00edc\u00ed s pod\u0159\u00edzen\u00fdmi uzly, kter\u00e9 vyd\u00e1vaj\u00ed \u0159\u00edzen\u00ed sign\u00e1l pro za\u0159\u00edzen\u00ed.<\/p>\n

<\/p>\n

S\u00ed\u0165 EtherCAT m\u016f\u017ee m\u00edt libovolnou topologii, ale v podstat\u011b to v\u017edy bude kruh \u2014 d\u00edky pou\u017eit\u00ed pln\u011b duplexn\u00edho re\u017eimu a dvou Ethernetov\u00fdch konektor\u016f. T\u00edmto zp\u016fsobem je telegram v\u017edy odes\u00edl\u00e1n sekven\u010dn\u011b ka\u017ed\u00e9mu za\u0159\u00edzen\u00ed na sb\u011brnici.<\/p>\n

\"P\u0159ehled
\nSch\u00e9matick\u00e9 zn\u00e1zorn\u011bn\u00ed s\u00edt\u011b EtherCAT s n\u011bkolika uzly. Zdroj: realpars.com<\/a><\/noindex><\/i><\/p>\n

Specifikace EtherCAT nenab\u00edz\u00ed omezen\u00ed fyzick\u00e9 \u00farovn\u011b 100Base-TX, a proto je mo\u017en\u00e9 implementovat protokol na z\u00e1klad\u011b gigabitov\u00fdch a optick\u00fdch linek.<\/p>\n

<\/p>\n

Otev\u0159en\u00e9 pr\u016fmyslov\u00e9 s\u00edt\u011b a standardy PROFIBUS\/NEXT od spole\u010dnosti Siemens<\/h2>\n

<\/p>\n

N\u011bmeck\u00e1 spole\u010dnost Siemens je ji\u017e dlouho zn\u00e1m\u00e1 sv\u00fdmi programovateln\u00fdmi logick\u00fdmi controllery (PLC), kter\u00e9 se pou\u017e\u00edvaj\u00ed po cel\u00e9m sv\u011bt\u011b.<\/p>\n

<\/p>\n

V\u00fdm\u011bna dat mezi uzly automatizovan\u00e9ho syst\u00e9mu \u0159\u00edzen\u00e9ho za\u0159\u00edzen\u00edmi Siemens prob\u00edh\u00e1 jak po sb\u011brnici, kter\u00e1 se naz\u00fdv\u00e1 PROFIBUS, tak v pr\u016fmyslov\u00e9 s\u00edti PROFINET.<\/p>\n

<\/p>\n

Sb\u011brnice PROFIBUS vyu\u017e\u00edv\u00e1 speci\u00e1ln\u00ed dvou\u017eilov\u00fd kabel s konektory DB-9. U Siemens je fialov\u00fd, ale v praxi jsme se setkali i s jin\u00fdmi. Pro spojen\u00ed n\u011bkolika uzl\u016f m\u016f\u017ee konektor spojovat dva kabely. Tak\u00e9 je zde p\u0159ep\u00edna\u010d pro termin\u00e1ln\u00ed rezistor. Termin\u00e1ln\u00ed rezistor by m\u011bl b\u00fdt zapnut na koncov\u00fdch za\u0159\u00edzen\u00edch s\u00edt\u011b, co\u017e signalizuje, \u017ee jde o prvn\u00ed nebo posledn\u00ed za\u0159\u00edzen\u00ed, a za n\u00edm u\u017e nen\u00ed nic, jen tma a pr\u00e1zdnota (v\u0161echna rs485 tak funguj\u00ed). Pokud na st\u0159edov\u00e9m konektoru zapnete rezistor, n\u00e1sleduj\u00edc\u00ed \u00fasek bude odpojen.<\/p>\n

\"P\u0159ehled
\nKabel PROFIBUS s p\u0159ipojovac\u00edmi konektory. Zdroj: VIPA ControlsAmerica<\/a><\/noindex><\/i><\/p>\n

V s\u00edti PROFINET se pou\u017e\u00edv\u00e1 analog kroucen\u00e9 dvojice, obvykle s konektory RJ-45, kabel je zbarven zelen\u011b. Pokud je topologie PROFIBUS sb\u011brnicov\u00e1, pak m\u016f\u017ee b\u00fdt topologie s\u00edt\u011b PROFINET jak\u00e1koli: a\u0165 u\u017e kruh, hv\u011bzda, strom nebo v\u0161echno dohromady.<\/p>\n

\"P\u0159ehled
\nKontrol\u00e9r Siemens s p\u0159ipojen\u00fdm kabelem PROFINET. Zdroj: w3.siemens.com<\/i><\/p>\n

Existuje n\u011bkolik protokol\u016f pro v\u00fdm\u011bnu na sb\u011brnici PROFIBUS a v s\u00edti PROFINET.<\/p>\n

<\/p>\n

Pro PROFIBUS:<\/p>\n

<\/p>\n

    \n
  1. PROFIBUS DP \u2014 implementace tohoto protokolu zahrnuje komunikaci s vzd\u00e1len\u00fdmi pod\u0159\u00edzen\u00fdmi za\u0159\u00edzen\u00edmi, v p\u0159\u00edpad\u011b PROFINET odpov\u00edd\u00e1 tomuto protokolu protokol PROFINET IO.<\/li>\n
  2. PROFIBUS PA \u2014 je v podstat\u011b stejn\u00fd jako PROFIBUS DP, jen se pou\u017e\u00edv\u00e1 pro v\u00fdbu\u0161n\u011b bezpe\u010dn\u00e9 proveden\u00ed p\u0159enosu dat a nap\u00e1jen\u00ed (analog PROFINUS DP s jin\u00fdmi fyzick\u00fdmi vlastnostmi). Pro PROFINET dosud neexistuje analog v\u00fdbu\u0161n\u011b bezpe\u010dn\u00e9ho protokolu podobn\u011b jako u PROFIBUS.<\/li>\n
  3. PROFIBUS FMS \u2014 je ur\u010den pro v\u00fdm\u011bnu dat se syst\u00e9my jin\u00fdch v\u00fdrobc\u016f, kter\u00e9 nemohou pou\u017e\u00edvat PROFIBUS DP. Analogem PROFIBUS FMS v s\u00edti PROFINET je protokol PROFINET CBA.<\/li>\n<\/ol>\n

    <\/p>\n

    Pro PROFINET:<\/p>\n

    <\/p>\n

      \n
    1. PROFINET IO;<\/li>\n
    2. PROFINET CBA.<\/li>\n<\/ol>\n

      <\/p>\n

      Protokol PROFINET IO se d\u011bl\u00ed na n\u011bkolik t\u0159\u00edd:<\/p>\n

      <\/p>\n