Verŝajne multaj el vi scias aŭ eĉ vidis, kiel grandaj aŭtomatigitaj objektoj estas kontrolataj, ekzemple atomcentralo aŭ fabriko kun multaj produktadlinioj: la ĉefa ago ofte okazas en granda ĉambro, kun amaso da ekranoj, ampoloj. kaj teleregiloj. Ĉi tiu kontrolkomplekso estas kutime nomita la ĉefa kontrolĉambro - la ĉefa kontrolpanelo por monitorado de la produktadinstalaĵo.
Verŝajne vi scivolis kiel ĉio funkcias laŭ aparataro kaj programaro, kiel ĉi tiuj sistemoj diferencas de konvenciaj personaj komputiloj. En ĉi tiu artikolo, ni rigardos kiel diversaj datumoj alvenas al la ĉefa kontrolĉambro, kiel ordonoj estas senditaj al la ekipaĵo, kaj kio estas ĝenerale necesa por kontroli kompresorstacion, propanan produktadfabrikon, aŭtomobilan muntadon aŭ eĉ kloaka pumpfabriko.
La plej malalta nivelo aŭ kampbuso estas kie ĉio komenciĝas
Ĉi tiu aro de vortoj, neklaraj al neiniciato, estas uzata kiam necesas priskribi la komunikilojn inter mikroregiloj kaj malĉefaj ekipaĵoj, ekzemple, I/O-moduloj aŭ mezuriloj. Tipe tiu komunika kanalo estas nomita la "kampbuso" ĉar ĝi respondecas pri elsendado de datenoj kiuj venas de la "kampo" al la regilo.
"Kampo" estas profunda profesia termino, kiu rilatas al la fakto, ke iuj ekipaĵoj (ekzemple sensiloj aŭ aktuarioj), kun kiuj la regilo interagas, situas ie malproksime, malproksime, sur la strato, en la kampoj, sub la kovro de nokto. . Kaj ne gravas, ke la sensilo povas troviĝi duonmetron de la regilo kaj mezuri, ekzemple, la temperaturon en aŭtomatiga kabineto, oni ankoraŭ konsideras, ke ĝi estas "en la kampo". Plej ofte, signaloj de sensiloj alvenantaj ĉe I/O-moduloj daŭre vojaĝas distancojn de dekoj ĝis centoj da metroj (kaj foje pli), kolektante informojn de malproksimaj ejoj aŭ ekipaĵo. Fakte, tial la interŝanĝa buso, per kiu la regilo ricevas valorojn de ĉi tiuj samaj sensiloj, estas kutime nomata kampobuso aŭ, malpli ofte, malsupera buso aŭ industria buso.
Ĝenerala skemo de aŭtomatigo de industria instalaĵo
Do, la elektra signalo de la sensilo vojaĝas certan distancon laŭ kablolinioj (kutime laŭ regula kupra kablo kun certa nombro da kernoj), al kiu pluraj sensiloj estas konektitaj. La signalo tiam eniras la pretigmodulon (enig/eliga modulo), kie ĝi estas konvertita en ciferecan lingvon kompreneblan al la regilo. Poste, ĉi tiu signalo per la kampbuso iras rekte al la regilo, kie ĝi estas finfine prilaborita. Surbaze de tiaj signaloj, la operacia logiko de la mikroregilo mem estas konstruita.
Pinta nivelo: de girlando ĝis tuta laborstacio
La supra nivelo nomiĝas ĉio, kio povas esti tuŝita de ordinara mortemulo, kiu regas la teknologian procezon. En la plej simpla kazo, la supra nivelo estas aro de lumoj kaj butonoj. Ampoloj signalas la funkciigiston pri certaj okazaĵoj okazantaj en la sistemo, butonoj estas uzataj por elsendi komandojn al la regilo. Ĉi tiu sistemo estas ofte nomata "girlando" aŭ "kristnaska arbo" ĉar ĝi aspektas tre simila (kiel vi povas vidi el la foto komence de la artikolo).
Se la funkciigisto estas pli bonŝanca, tiam kiel la plej alta nivelo li ricevos operacian panelon - specon de platpanela komputilo, kiu laŭ unu maniero aŭ alia ricevas datumojn por montri de la regilo kaj montras ĝin sur la ekrano. Tia panelo kutime estas muntita sur la aŭtomatiga kabineto mem, do vi kutime devas interagi kun ĝi starante, kio kaŭzas malkomforton, krome la kvalito kaj grandeco de la bildo sur malgrandformataj paneloj lasas multe por deziri.
Kaj fine, altiro de senprecedenca malavareco - laborstacio (aŭ eĉ pluraj duplikatoj), kiu estas ordinara persona komputilo.
Supra-nivela ekipaĵo devas iel interagi kun la mikroregilo (alie kial ĝi estas bezonata?). Por tia interago, altnivelaj protokoloj kaj certa dissenda medio estas uzataj, ekzemple Ethernet aŭ UART. En la kazo de la "Kristnaska arbo", tiaj kompletigoj, kompreneble, ne estas necesaj; la ampoloj estas lumigitaj per ordinaraj fizikaj linioj, ekzistas neniuj kompleksaj interfacoj aŭ protokoloj tie.
Ĝenerale, ĉi tiu supra nivelo estas malpli interesa ol la kampbuso, ĉar ĉi tiu supra nivelo eble tute ne ekzistas (estas nenio por ke la funkciigisto rigardu de la serio; la regilo mem eltrovos kio devas esti farita kaj kiel). ).
"Antikvaj" datumtransigo-protokoloj: Modbus kaj HART
Malmultaj homoj scias, sed en la sepa tago de la kreado de la mondo, Dio ne ripozis, sed kreis Modbus. Kune kun la HART-protokolo, Modbus eble estas la plej malnova industria datumtransiga protokolo; ĝi aperis reen en 1979.
La seria interfaco estis komence utiligita kiel dissendmedio, tiam Modbus estis efektivigita super TCP/IP. Ĉi tio estas sinkrona majstro-sklavo (majstro-sklavo) protokolo kiu uzas la principon de peto-respondo. La protokolo estas sufiĉe maloportuna kaj malrapida, la interŝanĝrapideco dependas de la karakterizaĵoj de la ricevilo kaj dissendilo, sed kutime la kalkulo estas preskaŭ centoj da milisekundoj, precipe kiam efektivigite per seria interfaco.
Plie, la registro de transigo de datumoj Modbus estas 16-bita, kio tuj trudas limigojn pri la translokigo de realaj kaj duoblaj tipoj. Ili estas transdonitaj aŭ en partoj aŭ kun perdo de precizeco. Kvankam Modbus daŭre estas vaste uzata en kazoj kie altaj komunikaj rapidoj ne estas bezonataj kaj la perdo de transdonitaj datumoj ne estas kritika. Multaj fabrikantoj de diversaj aparatoj ŝatas vastigi la Modbus-protokolon en sia propra ekskluziva kaj tre originala maniero, aldonante ne-normajn funkciojn. Tial ĉi tiu protokolo havas multajn mutaciojn kaj deviojn de la normo, sed ankoraŭ vivas sukcese en la moderna mondo.
La HART-protokolo ankaŭ ekzistas ekde la okdekaj, ĝi estas industria komunika protokolo super dudrata nuna buklolinio, kiu rekte ligas 4-20 mA-sensilojn kaj aliajn HART-ebligitajn aparatojn.
Por ŝanĝi HART-liniojn, specialaj aparatoj, tiel nomataj HART-modemoj, estas uzataj. Ekzistas ankaŭ konvertiloj kiuj provizas la uzanton per, ekzemple, la Modbus-protokolo ĉe la eligo.
HART eble estas rimarkinda pro la fakto, ke krom la analogaj signaloj de 4-20 mA-sensiloj, la cifereca signalo de la protokolo mem ankaŭ estas transdonita en la cirkvito, tio ebligas al vi konekti la ciferecajn kaj analogajn partojn en unu kablolinio. Modernaj HART-modemoj povas esti konektitaj al la USB-haveno de la regilo, konektitaj per Bludento, aŭ la malmoderna maniero per seria haveno. Antaŭ dekduo da jaroj, analoge kun Wi-Fi, aperis la sendrata normo WirelessHART, funkcianta en la gamo ISM.
Dua generacio de protokoloj aŭ ne tute industriaj busoj ISA, PCI(e) kaj VME
La Modbus kaj HART-protokoloj estis anstataŭigitaj per ne tre industriaj busoj, kiel ekzemple ISA (MicroPC, PC/104) aŭ PCI/PCIe (CompactPCI, CompactPCI Serial, StacPC), same kiel VME.
Venis la epoko de komputiloj, kiuj disponas pri universala datumbuso, kie diversaj tabuloj (moduloj) povas esti konektitaj por prilabori certan unuigitan signalon. Ĝenerale, en ĉi tiu kazo, la procesoro-modulo (komputilo) estas enmetita en la tiel nomatan kadron, kio certigas interagadon per la buso kun aliaj aparatoj. La kadro, aŭ, kiel veraj fakuloj pri aŭtomatigo ŝatas nomi ĝin, "kesto", estas kompletigita per la necesaj enig-eligaj tabuloj: analoga, diskreta, interfaco, ktp., aŭ ĉio ĉi estas kunmetita en formo de sandviĉo sen kadro - unu tabulo super la alia. Post tio, ĉi tiu vario sur la buso (ISA, PCI, ktp.) interŝanĝas datumojn kun la procesora modulo, kiu tiel ricevas informojn de la sensiloj kaj efektivigas iun logikon.
Regilo kaj I/O-moduloj en PXI-kadro sur PCI-buso. Fonto:
Ĉio estus bone kun ĉi tiuj busoj ISA, PCI(e) kaj VME, precipe por tiuj tempoj: la interŝanĝrapideco ne estas seniluziiga, kaj la sistemaj komponantoj situas en ununura kadro, kompakta kaj oportuna, eble ne estas varm-interŝanĝeblaj. I/O-kartoj, sed mi ankoraŭ ne volas.
Sed estas muŝo en la ŝmiraĵo, kaj pli ol unu. Estas sufiĉe malfacile konstrui distribuitan sistemon en tia agordo, la interŝanĝa buso estas loka, vi devas elpensi ion por interŝanĝi datumojn kun aliaj sklavaj aŭ samrangaj nodoj, la sama Modbus super TCP/IP aŭ iu alia protokolo, en ĝenerala, ne estas sufiĉe da oportunoj. Nu, la dua ne tre agrabla afero: I/O-tabuloj kutime atendas ian unuigitan signalon kiel enigaĵon, kaj ili ne havas galvanan izolitecon de kampo-ekipaĵo, do vi devas fari barilon el diversaj konvertaj moduloj kaj mezaj cirkvitoj, kiu multe komplikas la elementan bazon.
Mezaj signalaj konvertaj moduloj kun galvana izolado. Fonto:
"Kion pri la industria busa protokolo?" - vi demandas. Nenio. Ĝi ne ekzistas en ĉi tiu efektivigo. Tra kablolinioj, la signalo vojaĝas de sensiloj al signaltransformiloj, la transformiloj liveras tension al diskreta aŭ analoga I/O-tabulo, kaj la datenoj de la estraro jam estas legitaj tra la I/O-havenoj uzante la OS. Kaj neniuj specialigitaj protokoloj.
Kiel funkcias modernaj industriaj busoj kaj protokoloj
Kio nun? Ĝis nun, la klasika ideologio konstrui aŭtomatajn sistemojn iom ŝanĝiĝis. Multaj faktoroj ludis rolon, komencante de la fakto ke aŭtomatigo ankaŭ devus esti oportuna, kaj finiĝante kun la tendenco al distribuitaj aŭtomatigitaj sistemoj kun nodoj malproksimaj unu de la alia.
Eble ni povas diri, ke ekzistas du ĉefaj konceptoj por konstrui aŭtomatigajn sistemojn hodiaŭ: lokalizitaj kaj distribuitaj aŭtomatigitaj sistemoj.
Koncerne lokalizitajn sistemojn, kie datenkolektado kaj kontrolo estas alcentrigitaj en unu specifa loko, la koncepto de certa aro de enig-/eligaj moduloj interligitaj per ofta rapida buso, inkluzive de regilo kun sia propra interŝanĝprotokolo, estas postulata. En ĉi tiu kazo, kiel regulo, I/O-moduloj inkluzivas kaj signal-konvertilon kaj galvanan izolitecon (kvankam, kompreneble, ne ĉiam). Tio estas, sufiĉas, ke la finuzanto komprenu kiajn specojn de sensiloj kaj mekanismoj ĉeestos en la aŭtomatigita sistemo, kalkulu la nombron da postulataj enigo/eligaj moduloj por malsamaj specoj de signaloj kaj konekti ilin en unu komunan linion kun la regilo. . En ĉi tiu kazo, kiel regulo, ĉiu fabrikanto uzas sian plej ŝatatan interŝanĝan protokolon inter I/O-moduloj kaj la regilo, kaj povas esti multaj ebloj ĉi tie.
En la kazo de distribuitaj sistemoj, ĉio, kio estas dirita rilate al lokalizitaj sistemoj, estas vera, krome gravas, ke individuaj komponantoj, ekzemple, aro da enig-eligaj moduloj plus aparato por kolekti kaj transdoni informojn - ne. tre inteligenta mikroregilo, kiu staras ie en budo en kampo, apud la valvo, kiu fermas la oleon, - povus interagi kun la samaj nodoj kaj kun la ĉefa regilo je granda distanco kun efika kurzo.
Kiel programistoj elektas protokolon por sia projekto? Ĉiuj modernaj interŝanĝaj protokoloj provizas sufiĉe altan rendimenton, do la elekto de unu aŭ alia fabrikanto ofte ne estas determinita de la kurzo de ĉi tiu tre industria buso. La efektivigo de la protokolo mem ne estas tiel grava, ĉar, el la vidpunkto de la sistemprogramisto, ĝi ankoraŭ estos nigra skatolo, kiu provizas certan internan interŝanĝan strukturon kaj ne estas desegnita por ekstera interfero. Plej ofte, oni atentas praktikajn trajtojn: la agado de la komputilo, la facileco apliki la koncepton de la fabrikanto al la tasko, la havebleco de la bezonataj specoj de I/O-moduloj, la kapablo varme interŝanĝeblajn modulojn sen rompi. la buso, ktp.
Popularaj ekipaĵprovizantoj ofertas siajn proprajn efektivigojn de industriaj protokoloj: ekzemple, la konata kompanio Siemens disvolvas sian serion de protokoloj Profinet kaj Profibus, B&R disvolvas la protokolon Powerlink, Rockwell Automation disvolvas la protokolon EtherNet/IP. Enlanda solvo en ĉi tiu listo de ekzemploj: versio de la protokolo FBUS de la rusa kompanio Fastwel.
Estas ankaŭ pli universalaj solvoj, kiuj ne estas ligitaj al specifa fabrikanto, kiel EtherCAT kaj CAN. Ni analizos ĉi tiujn protokolojn detale en la daŭrigo de la artikolo kaj eltrovos, kiuj el ili pli taŭgas por specifaj aplikoj: aŭtomobila kaj aerospaca industrio, elektronika fabrikado, poziciigado de sistemoj kaj robotiko. Daŭrigi la kontakton!
fonto: www.habr.com