Ανασκόπηση σύγχρονων πρωτοκόλλων σε συστήματα βιομηχανικού αυτοματισμού

Ανασκόπηση σύγχρονων πρωτοκόλλων σε συστήματα βιομηχανικού αυτοματισμού

Στην προηγούμενη δημοσίευση μιλήσαμε για το πώς λειτουργούν τα λεωφορεία και τα πρωτόκολλα στον βιομηχανικό αυτοματισμό. Αυτή τη φορά θα επικεντρωθούμε σε σύγχρονες λύσεις εργασίας: θα δούμε ποια πρωτόκολλα χρησιμοποιούνται σε συστήματα σε όλο τον κόσμο. Ας αναλογιστούμε τις τεχνολογίες των γερμανικών εταιρειών Beckhoff και Siemens, της αυστριακής B&R, της αμερικανικής Rockwell Automation και της ρωσικής Fastwel. Θα μελετήσουμε επίσης καθολικές λύσεις που δεν συνδέονται με συγκεκριμένο κατασκευαστή, όπως το EtherCAT και το CAN. 

Στο τέλος του άρθρου θα υπάρχει συγκριτικός πίνακας με τα χαρακτηριστικά των πρωτοκόλλων EtherCAT, POWERLINK, PROFINET, EtherNet/IP και ModbusTCP.

Δεν συμπεριλάβαμε πρωτόκολλα PRP, HSR, OPC UA και άλλα στην αναθεώρηση, επειδή Υπάρχουν ήδη εξαιρετικά άρθρα σχετικά με αυτά στο Habré από συναδέλφους μας μηχανικούς που αναπτύσσουν συστήματα βιομηχανικού αυτοματισμού. Για παράδειγμα, «Πρωτόκολλα πλεονασμού «απρόσκοπτης» PRP και HSR» и «Πύλες βιομηχανικών πρωτοκόλλων ανταλλαγής στο Linux. Συναρμολογήστε το μόνοι σας".

Αρχικά, ας ορίσουμε την ορολογία: Industrial Ethernet = βιομηχανικό δίκτυο, Fieldbus = field bus. Στον ρωσικό βιομηχανικό αυτοματισμό, υπάρχει σύγχυση όσον αφορά τους όρους που σχετίζονται με το field bus και το βιομηχανικό δίκτυο κατώτερου επιπέδου. Συχνά αυτοί οι όροι συνδυάζονται σε μια ενιαία, ασαφή έννοια που ονομάζεται "χαμηλό επίπεδο", η οποία αναφέρεται και ως fieldbus και ως λεωφορείο υποεπιπέδου, αν και μπορεί να μην είναι καθόλου λεωφορείο.

Γιατί έτσι;Αυτή η σύγχυση οφείλεται πιθανότατα στο γεγονός ότι σε πολλούς σύγχρονους ελεγκτές, η σύνδεση των μονάδων I/O συχνά υλοποιείται χρησιμοποιώντας ένα backplane ή έναν φυσικό δίαυλο. Δηλαδή, ορισμένες επαφές διαύλου και σύνδεσμοι χρησιμοποιούνται για να συνδυάσουν πολλές μονάδες σε μια ενιαία μονάδα. Αλλά τέτοιοι κόμβοι, με τη σειρά τους, μπορούν να διασυνδεθούν τόσο με ένα βιομηχανικό δίκτυο όσο και από ένα διαύλου πεδίου. Στη δυτική ορολογία υπάρχει μια σαφής διαίρεση: ένα δίκτυο είναι ένα δίκτυο, ένα λεωφορείο είναι ένα λεωφορείο. Το πρώτο χαρακτηρίζεται με τον όρο Industrial Ethernet, το δεύτερο από το Fieldbus. Το άρθρο προτείνει τη χρήση του όρου «βιομηχανικό δίκτυο» και του όρου «field bus» για αυτές τις έννοιες, αντίστοιχα.

Πρότυπο βιομηχανικού δικτύου EtherCAT, που αναπτύχθηκε από την Beckhoff

Το πρωτόκολλο EtherCAT και το βιομηχανικό δίκτυο είναι ίσως μία από τις ταχύτερες μεθόδους μετάδοσης δεδομένων στα συστήματα αυτοματισμού σήμερα. Το δίκτυο EtherCAT χρησιμοποιείται με επιτυχία σε κατανεμημένα συστήματα αυτοματισμού, όπου οι αλληλεπιδρώντες κόμβοι διαχωρίζονται σε μεγάλες αποστάσεις.

Το πρωτόκολλο EtherCAT χρησιμοποιεί τυπικά πλαίσια Ethernet για τη μετάδοση των τηλεγραφημάτων του, επομένως παραμένει συμβατό με οποιονδήποτε τυπικό εξοπλισμό Ethernet και, στην πραγματικότητα, η λήψη και η μετάδοση δεδομένων μπορεί να οργανωθεί σε οποιονδήποτε ελεγκτή Ethernet, υπό την προϋπόθεση ότι υπάρχει διαθέσιμο το κατάλληλο λογισμικό.

Ανασκόπηση σύγχρονων πρωτοκόλλων σε συστήματα βιομηχανικού αυτοματισμού
Ελεγκτής Beckhoff με ένα σετ μονάδων I/O. Πηγή: www.beckhoff.de

Η προδιαγραφή πρωτοκόλλου είναι ανοιχτή και διαθέσιμη, αλλά μόνο στο πλαίσιο της αναπτυξιακής ένωσης - EtherCAT Technology Group.

Δείτε πώς λειτουργεί το EtherCAT (το θέαμα είναι μαγευτικό, όπως το παιχνίδι Zuma Inca):

Η υψηλή ταχύτητα ανταλλαγής σε αυτό το πρωτόκολλο - και μπορούμε να μιλήσουμε για μονάδες μικροδευτερόλεπτων - πραγματοποιείται λόγω του γεγονότος ότι οι προγραμματιστές αρνήθηκαν να ανταλλάξουν χρησιμοποιώντας τηλεγραφήματα που αποστέλλονται απευθείας σε μια συγκεκριμένη συσκευή. Αντίθετα, ένα τηλεγράφημα αποστέλλεται στο δίκτυο EtherCAT, που απευθύνεται σε όλες τις συσκευές ταυτόχρονα, καθένας από τους υποτελείς κόμβους για τη συλλογή και τη μετάδοση πληροφοριών (συχνά ονομάζονται επίσης OSO - συσκευή επικοινωνίας αντικειμένου) "on the fly" από αυτό. τα δεδομένα που προοριζόταν για αυτό και εισάγει σε τηλεγράφημα τα δεδομένα που είναι έτοιμος να παράσχει για ανταλλαγή. Στη συνέχεια, το τηλεγράφημα αποστέλλεται στον επόμενο υποτελή κόμβο, όπου συμβαίνει η ίδια λειτουργία. Έχοντας περάσει από όλες τις συσκευές ελέγχου, το τηλεγράφημα επιστρέφει στον κύριο ελεγκτή, ο οποίος, με βάση τα δεδομένα που λαμβάνει από τις εξαρτημένες συσκευές, εφαρμόζει τη λογική ελέγχου, αλληλεπιδρώντας ξανά μέσω του τηλεγραφήματος με τους υποτελείς κόμβους, οι οποίοι εκπέμπουν ένα σήμα ελέγχου προς ο εξοπλισμός.

Ένα δίκτυο EtherCAT μπορεί να έχει οποιαδήποτε τοπολογία, αλλά στην ουσία θα είναι πάντα δακτύλιος - λόγω της χρήσης της λειτουργίας full duplex και δύο υποδοχών Ethernet. Με αυτόν τον τρόπο, το τηλεγράφημα θα μεταδίδεται πάντα διαδοχικά σε κάθε συσκευή του διαύλου.

Ανασκόπηση σύγχρονων πρωτοκόλλων σε συστήματα βιομηχανικού αυτοματισμού
Σχηματική αναπαράσταση δικτύου Ethercat με πολλαπλούς κόμβους. Πηγή: realpars.com

Παρεμπιπτόντως, η προδιαγραφή EtherCAT δεν περιέχει περιορισμούς στο φυσικό επίπεδο 100Base-TX, επομένως η εφαρμογή του πρωτοκόλλου είναι δυνατή με βάση gigabit και οπτικές γραμμές.

Ανοιχτά βιομηχανικά δίκτυα και πρότυπα PROFIBUS/NET από τη Siemens

Η γερμανική εταιρεία Siemens είναι από καιρό γνωστή για τους προγραμματιζόμενους λογικούς ελεγκτές της (PLC), οι οποίοι χρησιμοποιούνται σε όλο τον κόσμο.

Η ανταλλαγή δεδομένων μεταξύ κόμβων ενός αυτοματοποιημένου συστήματος που ελέγχεται από εξοπλισμό Siemens πραγματοποιείται τόσο μέσω ενός διαύλου πεδίου που ονομάζεται PROFIBUS όσο και στο βιομηχανικό δίκτυο PROFINET.

Ο δίαυλος PROFIBUS χρησιμοποιεί ένα ειδικό καλώδιο δύο πυρήνων με βύσματα DB-9. Η Siemens το έχει μωβ, αλλά έχουμε δει άλλες στην πράξη :). Για να συνδέσετε πολλούς κόμβους, ένας σύνδεσμος μπορεί να συνδέσει δύο καλώδια. Διαθέτει επίσης διακόπτη για την αντίσταση ακροδεκτών. Η τερματική αντίσταση πρέπει να είναι ενεργοποιημένη στις τελικές συσκευές του δικτύου, υποδεικνύοντας έτσι ότι αυτή είναι η πρώτη ή η τελευταία συσκευή και μετά από αυτήν δεν υπάρχει τίποτα, μόνο σκοτάδι και κενό (όλα τα rs485 λειτουργούν έτσι). Εάν ενεργοποιήσετε μια αντίσταση στον ενδιάμεσο σύνδεσμο, το τμήμα που ακολουθεί θα απενεργοποιηθεί.

Ανασκόπηση σύγχρονων πρωτοκόλλων σε συστήματα βιομηχανικού αυτοματισμού
Καλώδιο PROFIBUS με βύσματα σύνδεσης. Πηγή: VIPA ControlsAmerica

Το δίκτυο PROFINET χρησιμοποιεί ένα αναλογικό καλώδιο συνεστραμμένου ζεύγους, συνήθως με βύσματα RJ-45, το καλώδιο έχει πράσινο χρώμα. Εάν η τοπολογία του PROFIBUS είναι ένας δίαυλος, τότε η τοπολογία του δικτύου PROFINET μπορεί να είναι οτιδήποτε: ένας δακτύλιος, ένα αστέρι, ένα δέντρο ή όλα μαζί.

Ανασκόπηση σύγχρονων πρωτοκόλλων σε συστήματα βιομηχανικού αυτοματισμού
Ελεγκτής Siemens με συνδεδεμένο καλώδιο PROFINET. Πηγή: w3.siemens.com

Υπάρχουν πολλά πρωτόκολλα επικοινωνίας στο δίαυλο PROFIBUS και στο δίκτυο PROFINET.

Για το PROFIBUS:

  1. PROFIBUS DP - η υλοποίηση αυτού του πρωτοκόλλου περιλαμβάνει επικοινωνία με απομακρυσμένες εξαρτημένες συσκευές· στην περίπτωση του PROFINET, αυτό το πρωτόκολλο αντιστοιχεί στο πρωτόκολλο PROFINET IO.
  2. Το PROFIBUS PA είναι ουσιαστικά το ίδιο με το PROFIBUS DP, χρησιμοποιείται μόνο για αντιεκρηκτικές εκδόσεις μετάδοσης δεδομένων και παροχής ρεύματος (ανάλογα με το PROFIBUS DP με διαφορετικές φυσικές ιδιότητες). Για το PROFINET, δεν υπάρχει ακόμη πρωτόκολλο αντιεκρηκτικό παρόμοιο με το PROFIBUS.
  3. PROFIBUS FMS - σχεδιασμένο για ανταλλαγή δεδομένων με συστήματα άλλων κατασκευαστών που δεν μπορούν να χρησιμοποιήσουν το PROFIBUS DP. Το ανάλογο PROFIBUS FMS στο δίκτυο PROFINET είναι το πρωτόκολλο PROFINET CBA.

Για το PROFINET:

  1. PROFINET IO;
  2. PROFINET CBA.

Το πρωτόκολλο PROFINET IO χωρίζεται σε διάφορες κατηγορίες:

  • PROFINET NRT (μη σε πραγματικό χρόνο) - χρησιμοποιείται σε εφαρμογές όπου οι παράμετροι χρονισμού δεν είναι κρίσιμες. Χρησιμοποιεί το πρωτόκολλο μεταφοράς δεδομένων Ethernet TCP/IP καθώς και UDP/IP.
  • PROFINET RT (πραγματικό χρόνο) - εδώ η ανταλλαγή δεδομένων I/O υλοποιείται με χρήση πλαισίων Ethernet, αλλά τα διαγνωστικά δεδομένα και τα δεδομένα επικοινωνίας εξακολουθούν να μεταφέρονται μέσω UDP/IP. 
  • PROFINET IRT (Isochronous Real Time) - Αυτό το πρωτόκολλο αναπτύχθηκε ειδικά για εφαρμογές ελέγχου κίνησης και περιλαμβάνει μια φάση ισόχρονης μεταφοράς δεδομένων.

Όσον αφορά την εφαρμογή του σκληρού πρωτοκόλλου PROFINET IRT σε πραγματικό χρόνο, για επικοινωνίες με απομακρυσμένες συσκευές διακρίνει δύο κανάλια ανταλλαγής: ισόχρονα και ασύγχρονα. Ένα ισόχρονο κανάλι με σταθερό μήκος κύκλου ανταλλαγής χρησιμοποιεί συγχρονισμό ρολογιού και μεταδίδει δεδομένα κρίσιμα για τον χρόνο· για μετάδοση χρησιμοποιούνται τηλεγραφήματα δεύτερου επιπέδου. Η διάρκεια μετάδοσης σε ένα ισόχρονο κανάλι δεν υπερβαίνει το 1 χιλιοστό του δευτερολέπτου.

Το ασύγχρονο κανάλι μεταδίδει τα λεγόμενα δεδομένα σε πραγματικό χρόνο, τα οποία διευθυνσιοδοτούνται επίσης μέσω μιας διεύθυνσης MAC. Επιπλέον, διάφορες διαγνωστικές και βοηθητικές πληροφορίες μεταδίδονται μέσω TCP/IP. Ούτε τα δεδομένα σε πραγματικό χρόνο, ούτε οι άλλες πληροφορίες, φυσικά, μπορούν να διακόψουν τον ισόχρονο κύκλο.

Το εκτεταμένο σύνολο λειτουργιών PROFINET IO δεν χρειάζεται για κάθε σύστημα βιομηχανικού αυτοματισμού, επομένως αυτό το πρωτόκολλο κλιμακώνεται για ένα συγκεκριμένο έργο, λαμβάνοντας υπόψη τις κατηγορίες συμμόρφωσης ή τις κατηγορίες συμμόρφωσης: CC-A, CC-B, CC-CC. Οι κλάσεις συμμόρφωσης σάς επιτρέπουν να επιλέξετε συσκευές πεδίου και εξαρτήματα κορμού με την ελάχιστη απαιτούμενη λειτουργικότητα. 

Ανασκόπηση σύγχρονων πρωτοκόλλων σε συστήματα βιομηχανικού αυτοματισμού
Πηγή: Πανεπιστημιακό μάθημα PROFINET

Το δεύτερο πρωτόκολλο ανταλλαγής στο δίκτυο PROFINET - PROFINET CBA - χρησιμοποιείται για την οργάνωση βιομηχανικής επικοινωνίας μεταξύ εξοπλισμού διαφορετικών κατασκευαστών. Η κύρια μονάδα παραγωγής στα συστήματα IAS είναι μια συγκεκριμένη οντότητα που ονομάζεται συστατικό. Αυτό το στοιχείο είναι συνήθως μια συλλογή από μηχανικά, ηλεκτρικά και ηλεκτρονικά μέρη μιας συσκευής ή εγκατάστασης, καθώς και σχετικό λογισμικό εφαρμογών. Για κάθε στοιχείο, επιλέγεται μια ενότητα λογισμικού που περιέχει μια πλήρη περιγραφή της διεπαφής αυτού του στοιχείου σύμφωνα με τις απαιτήσεις του προτύπου PROFINET. Μετά από αυτό, αυτές οι μονάδες λογισμικού χρησιμοποιούνται για την ανταλλαγή δεδομένων με συσκευές. 

Πρωτόκολλο B&R Ethernet POWERLINK

Το πρωτόκολλο Powerlink αναπτύχθηκε από την αυστριακή εταιρεία B&R στις αρχές της δεκαετίας του 2000. Αυτή είναι μια άλλη εφαρμογή ενός πρωτοκόλλου σε πραγματικό χρόνο πάνω από το πρότυπο Ethernet. Η προδιαγραφή πρωτοκόλλου είναι διαθέσιμη και διανέμεται ελεύθερα. 

Η τεχνολογία Powerlink χρησιμοποιεί τον λεγόμενο μηχανισμό μικτής ψηφοφορίας, όταν όλη η αλληλεπίδραση μεταξύ συσκευών χωρίζεται σε διάφορες φάσεις. Ιδιαίτερα κρίσιμα δεδομένα μεταδίδονται στη φάση της ισόχρονης ανταλλαγής, για την οποία διαμορφώνεται ο απαιτούμενος χρόνος απόκρισης· τα υπόλοιπα δεδομένα θα μεταδίδονται, όποτε είναι δυνατόν, στην ασύγχρονη φάση.

Ανασκόπηση σύγχρονων πρωτοκόλλων σε συστήματα βιομηχανικού αυτοματισμού
Ελεγκτής B&R με ένα σετ μονάδων I/O. Πηγή: br-automation.com

Το πρωτόκολλο εφαρμόστηκε αρχικά πάνω από το φυσικό επίπεδο 100Base-TX, αλλά αργότερα αναπτύχθηκε μια υλοποίηση gigabit.

Το πρωτόκολλο Powerlink χρησιμοποιεί έναν μηχανισμό προγραμματισμού επικοινωνίας. Ένας συγκεκριμένος δείκτης ή μήνυμα ελέγχου αποστέλλεται στο δίκτυο, με τη βοήθεια του οποίου προσδιορίζεται ποια από τις συσκευές έχει αυτήν τη στιγμή άδεια ανταλλαγής δεδομένων. Μόνο μία συσκευή μπορεί να έχει πρόσβαση στο κέντρο κάθε φορά.

Ανασκόπηση σύγχρονων πρωτοκόλλων σε συστήματα βιομηχανικού αυτοματισμού
Σχηματική αναπαράσταση ενός δικτύου Ethernet POWERLINK με πολλαπλούς κόμβους.

Στην ισόχρονη φάση, ο ελεγκτής ψηφοφορίας στέλνει διαδοχικά ένα αίτημα σε κάθε κόμβο από τον οποίο χρειάζεται να λάβει κρίσιμα δεδομένα. 

Η ισόχρονη φάση εκτελείται, όπως ήδη αναφέρθηκε, με ρυθμιζόμενο χρόνο κύκλου. Στην ασύγχρονη φάση της ανταλλαγής, χρησιμοποιείται η στοίβα πρωτοκόλλου IP, ο ελεγκτής ζητά μη κρίσιμα δεδομένα από όλους τους κόμβους, οι οποίοι στέλνουν μια απάντηση καθώς αποκτούν πρόσβαση για μετάδοση στο δίκτυο. Η χρονική αναλογία μεταξύ της ισόχρονης και της ασύγχρονης φάσης μπορεί να ρυθμιστεί χειροκίνητα.

Πρωτόκολλο Rockwell Automation Ethernet/IP

Το πρωτόκολλο EtherNet/IP αναπτύχθηκε με την ενεργό συμμετοχή της αμερικανικής εταιρείας Rockwell Automation το 2000. Χρησιμοποιεί τη στοίβα IP TCP και UDP και την επεκτείνει για εφαρμογές βιομηχανικού αυτοματισμού. Το δεύτερο μέρος του ονόματος, σε αντίθεση με τη δημοφιλή πεποίθηση, δεν σημαίνει Πρωτόκολλο Διαδικτύου, αλλά Βιομηχανικό Πρωτόκολλο. Το UDP IP χρησιμοποιεί τη στοίβα επικοινωνιών CIP (Common Interface Protocol), η οποία χρησιμοποιείται επίσης σε δίκτυα ControlNet/DeviceNet και υλοποιείται πάνω από το TCP/IP.

Η προδιαγραφή EtherNet/IP είναι δημόσια διαθέσιμη και δωρεάν. Η τοπολογία δικτύου Ethernet/IP μπορεί να είναι αυθαίρετη και να περιλαμβάνει δακτύλιο, αστέρι, δέντρο ή δίαυλο.

Εκτός από τις τυπικές λειτουργίες των πρωτοκόλλων HTTP, FTP, SMTP, EtherNet/IP, υλοποιεί τη μεταφορά κρίσιμων για τον χρόνο δεδομένων μεταξύ του ελεγκτή τηλεφωνητή και των συσκευών I/O. Η μετάδοση των μη κρίσιμων δεδομένων παρέχεται από πακέτα TCP και η χρονικά κρίσιμη παράδοση δεδομένων κυκλικού ελέγχου πραγματοποιείται μέσω του πρωτοκόλλου UDP. 

Για τον συγχρονισμό του χρόνου σε κατανεμημένα συστήματα, το EtherNet/IP χρησιμοποιεί το πρωτόκολλο CIPsync, το οποίο είναι μια επέκταση του πρωτοκόλλου επικοινωνίας CIP.

Ανασκόπηση σύγχρονων πρωτοκόλλων σε συστήματα βιομηχανικού αυτοματισμού
Σχηματική αναπαράσταση δικτύου Ethernet/IP με πολλούς κόμβους και σύνδεση συσκευών Modbus. Πηγή: www.icpdas.com.tw

Για να απλοποιηθεί η ρύθμιση του δικτύου EtherNet/IP, οι περισσότερες τυπικές συσκευές αυτοματισμού διαθέτουν προκαθορισμένα αρχεία διαμόρφωσης.

Εφαρμογή του πρωτοκόλλου FBUS στο Fastwel

Σκεφτήκαμε για πολύ καιρό εάν θα συμπεριλάβουμε τη ρωσική εταιρεία Fastwel σε αυτήν τη λίστα με την εγχώρια εφαρμογή του βιομηχανικού πρωτοκόλλου FBUS, αλλά στη συνέχεια αποφασίσαμε να γράψουμε μερικές παραγράφους για καλύτερη κατανόηση της πραγματικότητας της υποκατάστασης των εισαγωγών.

Υπάρχουν δύο φυσικές υλοποιήσεις του FBUS. Ένα από αυτά είναι ένας δίαυλος στον οποίο το πρωτόκολλο FBUS τρέχει πάνω από το πρότυπο RS485. Επιπλέον, υπάρχει μια εφαρμογή του FBUS σε ένα βιομηχανικό δίκτυο Ethernet.

Το FBUS δύσκολα μπορεί να ονομαστεί πρωτόκολλο υψηλής ταχύτητας· ο χρόνος απόκρισης εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τον αριθμό των μονάδων I/O στο δίαυλο και από τις παραμέτρους ανταλλαγής· συνήθως κυμαίνεται από 0,5 έως 10 χιλιοστά του δευτερολέπτου. Ένας υποτελής κόμβος FBUS μπορεί να περιέχει μόνο 64 μονάδες I/O. Για ένα fieldbus, το μήκος του καλωδίου δεν μπορεί να υπερβαίνει το 1 μέτρο, επομένως δεν μιλάμε για κατανεμημένα συστήματα. Ή μάλλον, το κάνει, αλλά μόνο όταν χρησιμοποιείται ένα βιομηχανικό δίκτυο FBUS μέσω TCP/IP, που σημαίνει αύξηση του χρόνου ψηφοφορίας πολλές φορές. Τα καλώδια επέκτασης διαύλου μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη σύνδεση μονάδων, γεγονός που επιτρέπει την εύκολη τοποθέτηση των μονάδων στο ερμάριο αυτοματισμού.

Ανασκόπηση σύγχρονων πρωτοκόλλων σε συστήματα βιομηχανικού αυτοματισμού
Ελεγκτής Fastwel με συνδεδεμένες μονάδες I/O. Πηγή: Μηχανική Ελέγχου Ρωσία

Σύνολο: πώς όλα αυτά χρησιμοποιούνται στην πράξη σε αυτοματοποιημένα συστήματα ελέγχου διεργασιών

Φυσικά, η ποικιλία των τύπων σύγχρονων βιομηχανικών πρωτοκόλλων μεταφοράς δεδομένων είναι πολύ μεγαλύτερη από αυτή που περιγράψαμε σε αυτό το άρθρο. Μερικά συνδέονται με έναν συγκεκριμένο κατασκευαστή, μερικά, αντίθετα, είναι καθολικά. Κατά την ανάπτυξη αυτοματοποιημένων συστημάτων ελέγχου διεργασιών (APCS), ο μηχανικός επιλέγει τα βέλτιστα πρωτόκολλα, λαμβάνοντας υπόψη συγκεκριμένες εργασίες και περιορισμούς (τεχνικούς και προϋπολογισμούς).

Αν μιλάμε για την επικράτηση ενός συγκεκριμένου πρωτοκόλλου ανταλλαγής, μπορούμε να παρέχουμε ένα διάγραμμα της εταιρείας HMS Networks AB, το οποίο απεικονίζει τα μερίδια αγοράς των διαφόρων τεχνολογιών ανταλλαγής σε βιομηχανικά δίκτυα.

Ανασκόπηση σύγχρονων πρωτοκόλλων σε συστήματα βιομηχανικού αυτοματισμού
Πηγή: HMS Networks AB

Όπως φαίνεται στο διάγραμμα, οι PRONET και PROFIBUS από τη Siemens καταλαμβάνουν τις ηγετικές θέσεις.

Είναι ενδιαφέρον, πριν από 6 χρόνια Το 60% της αγοράς καταλήφθηκε από τα πρωτόκολλα PROFINET και Ethernet/IP.

Ο παρακάτω πίνακας περιέχει συνοπτικά δεδομένα για τα περιγραφόμενα πρωτόκολλα ανταλλαγής. Ορισμένες παράμετροι, για παράδειγμα, η απόδοση, εκφράζονται με αφηρημένους όρους: υψηλή / χαμηλή. Αριθμητικά ισοδύναμα μπορούν να βρεθούν σε άρθρα ανάλυσης απόδοσης. 

 

EtherCAT

POWERLINK

ΠΡΟΦΙΛ

EtherNet / IP

ModbusTCP

Φυσική στρώση

100/1000 ΒΑΣΗ-ΤΧ

100/1000 ΒΑΣΗ-ΤΧ

100/1000 ΒΑΣΗ-ΤΧ

100/1000 ΒΑΣΗ-ΤΧ

100/1000 ΒΑΣΗ-ΤΧ

Επίπεδο δεδομένων

Κανάλι (πλαίσια Ethernet)

Κανάλι (πλαίσια Ethernet)

Κανάλι (πλαίσια Ethernet), Δίκτυο/μεταφορά (TCP/IP)

Δίκτυο/Μεταφορά (TCP/IP)

Δίκτυο/Μεταφορά (TCP/IP)

Υποστήριξη σε πραγματικό χρόνο

Ναί

Ναί

Ναί

Ναί

Όχι

Παραγωγικότητα

Υψηλός

Υψηλός

IRT – υψηλό, RT – μεσαίο

Μέσος όρος

Χαμηλή

Μήκος καλωδίου μεταξύ των κόμβων

100m

100μ/2χλμ

100m

100m

100m

Μεταγραφικές φάσεις

Όχι

Ισόχρονος + ασύγχρονος

IRT – ισόχρονο + ασύγχρονο, RT – ασύγχρονο

Όχι

Όχι

Αριθμός κόμβων

65535

240

Περιορισμός δικτύου TCP/IP

Περιορισμός δικτύου TCP/IP

Περιορισμός δικτύου TCP/IP

Ανάλυση σύγκρουσης

Τοπολογία δακτυλίου

Συγχρονισμός ρολογιού, φάσεις μετάδοσης

Τοπολογία δακτυλίου, φάσεις μετάδοσης

Διακόπτες, τοπολογία αστεριών

Διακόπτες, τοπολογία αστεριών

Hot swap

Όχι

Ναί

Ναί

Ναί

Ανάλογα με την υλοποίηση

Κόστος εξοπλισμού

Χαμηλή

Χαμηλή

Υψηλός

Μέσος όρος

Χαμηλή

Οι τομείς εφαρμογής των περιγραφόμενων πρωτοκόλλων ανταλλαγής, των διαύλων πεδίου και των βιομηχανικών δικτύων είναι πολύ διαφορετικοί. Από τη χημική και την αυτοκινητοβιομηχανία μέχρι την αεροδιαστημική τεχνολογία και την κατασκευή ηλεκτρονικών. Τα πρωτόκολλα ανταλλαγής υψηλής ταχύτητας είναι περιζήτητα σε συστήματα εντοπισμού θέσης σε πραγματικό χρόνο για διάφορες συσκευές και στη ρομποτική.

Με ποια πρωτόκολλα δουλέψατε και πού τα εφαρμόσατε; Μοιραστείτε την εμπειρία σας στα σχόλια. 🙂

Πηγή: www.habr.com

Προσθέστε ένα σχόλιο