Autobusek eta protokoloek industria-automatizazioan nola funtzionatzen duten hitz egin dugu. Oraingoan lan-irtenbide modernoetan zentratuko gara: mundu osoko sistemetan zein protokolo erabiltzen diren aztertuko dugu. Azter ditzagun Beckhoff eta Siemens enpresen alemaniar, B&R austriarraren, Rockwell Automation estatubatuarraren eta Fastwel errusiarren teknologiak. Fabrikatzaile zehatz bati lotuta ez dauden soluzio unibertsalak ere aztertuko ditugu, hala nola EtherCAT eta CAN.
Artikuluaren amaieran EtherCAT, POWERLINK, PROFINET, EtherNet/IP eta ModbusTCP protokoloen ezaugarriekin alderatzeko taula bat egongo da.
Ez dugu PRP, HSR, OPC UA eta beste protokolo batzuk sartu berrikuspenean, zeren eta Dagoeneko haiei buruzko artikulu bikainak daude HabrΓ©-n, automatizazio industrialeko sistemak garatzen ari diren gure ingeniari kideek. Adibidez, ΠΈ .
Lehenik eta behin, defini dezagun terminologia: Industrial Ethernet = sare industriala, Fieldbus = eremu busa. Errusiako industria-automatizazioan, nahasmena dago eremu-busari eta behe-mailako sare industrialari lotutako terminoetan. Askotan termino hauek "behe-maila" izeneko kontzeptu bakar eta lauso batean konbinatzen dira, eremu-busa eta azpimaila-busa deitzen dena, nahiz eta agian ez den autobus bat izan.
Zergatik da hori?Nahasmen hori ziurrenik kontrolagailu moderno askotan, I/O moduluen konexioa atzeko planoa edo bus fisikoa erabiliz gauzatzen da. Hau da, bus-kontaktu eta konektore batzuk erabiltzen dira hainbat modulu unitate bakar batean konbinatzeko. Baina halako nodoak, aldi berean, sare industrial baten eta eremu-bus baten bidez konekta daitezke. Mendebaldeko terminologian banaketa argia dago: sarea sarea da, autobusa autobusa. Lehena Industrial Ethernet terminoak izendatzen du, bigarrena Fieldbusek. Artikuluak kontzeptu horietarako βsare industrialaβ eta βeremu-busβ terminoa erabiltzea proposatzen du, hurrenez hurren.
EtherCAT sare industrial estandarra, Beckhoff-ek garatua
EtherCAT protokoloa eta industria-sarea agian gaur egun automatizazio-sistemetan datu-transmisiorako metodorik azkarrenetako bat da. EtherCAT sarea arrakastaz erabiltzen da banatutako automatizazio sistemetan, non elkarrekintza duten nodoak distantzia luzeetan bereizten diren.
EtherCAT protokoloak Ethernet trama estandarrak erabiltzen ditu bere telegramak transmititzeko, beraz, edozein Ethernet ekipo estandarrekin bateragarria izaten jarraitzen du eta, hain zuzen ere, datuen harrera eta transmisioa edozein Ethernet kontrolagailutan antola daitezke, baldin eta software egokia eskuragarri badago.
Beckhoff kontrolagailua I/O modulu multzo batekin. Iturria:
Protokoloaren zehaztapena irekia eta eskuragarri dago, baina garapen-elkartearen esparruan soilik - EtherCAT Technology Group.
Hona hemen EtherCAT-ek nola funtzionatzen duen (ikuskizuna liluragarria da, Zuma Inca jokoa bezala):
Protokolo honetako truke-abiadura handia -eta mikrosegundoko unitateez hitz egin dezakegu- garatzaileek zuzenean gailu zehatz batera bidalitako telegramak erabiliz trukatzeari uko egin ziolako gauzatzen da. Horren ordez, telegrama bat bidaltzen da EtherCAT sarera, gailu guztietara zuzenduta aldi berean, informazioa biltzeko eta transmititzeko nodo esklabo bakoitzak (askotan OSO - objektu komunikazio gailua ere deitzen zaie) bertatik "hegan egiten" hartzen du. horretarako pentsatutako datuak eta telegrama batean txertatzen ditu trukatzeko prest dauden datuak. Ondoren, telegrama hurrengo nodo esklabora bidaltzen da, eta bertan eragiketa bera gertatzen da. Kontrol-gailu guztietatik igarota, telegrama kontroladore nagusira itzultzen da, eta honek, gailu esklaboetatik jasotako datuetan oinarrituta, kontrol-logika inplementatzen du, telegrama bidez berriro ere esklabo-nodoekin elkarreragin, zeinek kontrol-seinalea ematen baitute. ekipamendua.
EtherCAT sare batek edozein topologia izan dezake, baina funtsean beti izango da eraztun bat - full duplex modua eta bi Ethernet konektore erabiltzeagatik. Horrela, telegrama beti sekuentzialki transmitituko da autobuseko gailu bakoitzari.
Nodo anitz dituen Ethercat sare baten irudikapen eskematikoa. Iturria:
Bide batez, EtherCAT zehaztapenak ez du murrizketarik 100Base-TX geruza fisikoan, beraz, protokoloaren ezarpena posible da gigabit eta lerro optikoetan oinarrituta.
Sare industrial irekiak eta Siemensen PROFIBUS/NET estandarrak
Siemens Alemaniako kezka aspalditik ezaguna da mundu osoan erabiltzen diren kontrolagailu logiko programagarriengatik (PLC).
Siemens ekipoek kontrolatutako sistema automatizatu bateko nodoen arteko datu-trukea PROFIBUS izeneko eremu-bus baten bidez eta PROFINET sare industrialean egiten da.
PROFIBUS busak DB-9 konektoredun bi nukleoko kable berezi bat erabiltzen du. Siemens-ek morez dauka, baina praktikan beste batzuk ikusi ditugu :). Hainbat nodo konektatzeko, konektore batek bi kable konekta ditzake. Terminaleko erresistentziaren etengailua ere badu. Terminal-erresistentzia sarearen amaierako gailuetan piztu behar da, horrela lehenengo edo azken gailua dela adieraziz, eta ondoren ez dagoela ezer, iluntasuna eta hutsunea soilik (rs485 guztiek horrela funtzionatzen dute). Tarteko konektorean erresistentzia bat pizten baduzu, ondorengo atala itzali egingo da.
PROFIBUS kablea konektatzeko konektoreekin. Iturria:
PROFINET sareak pare bihurritu analogikoko kable bat erabiltzen du, normalean RJ-45 konektoreekin, kablea berde kolorekoa da. PROFIBUSen topologia bus bat bada, PROFINET sarearen topologia edozer izan daiteke: eraztun bat, izar bat, zuhaitz bat edo dena konbinatuta.
Siemens kontrolagailua konektatutako PROFINET kablearekin. Iturria: w3.siemens.com
PROFIBUS busean eta PROFINET sarean hainbat komunikazio-protokolo daude.
PROFIBUSerako:
- PROFIBUS DP - protokolo honen ezarpenak urruneko gailu esklaboekin komunikazioa dakar; PROFINET-en kasuan, protokolo hau PROFINET IO protokoloari dagokio.
- PROFIBUS PA, funtsean, PROFIBUS DPren berdina da, datu-transmisioaren eta elikadura-horniduraren leherketa-kontrako bertsioetarako soilik erabiltzen da (propietate fisiko desberdinak dituen PROFIBUS DP-ren antzekoa). PROFINET-erako, oraindik ez dago PROFIBUSen antzeko protokolorik leherketa-frogarik.
- PROFIBUS FMS - PROFIBUS DP erabili ezin duten beste fabrikatzaile batzuen sistemekin datuak trukatzeko diseinatua. PROFINET sareko PROFIBUS FMS analogikoa PROFINET CBA protokoloa da.
PROFINETerako:
- PROFINET IO;
- PROFINET CBA.
PROFINET IO protokoloa hainbat klasetan banatzen da:
- PROFINET NRT (denbora ez erreala) - denbora-parametroak kritikoak ez diren aplikazioetan erabiltzen da. Ethernet TCP/IP datuak transferitzeko protokoloa eta UDP/IP erabiltzen ditu.
- PROFINET RT (denbora errealean) - hemen I/O datu-trukea Ethernet markoak erabiliz ezartzen da, baina diagnostiko- eta komunikazio-datuak UDP/IP bidez transferitzen dira oraindik.
- PROFINET IRT (Isochronous Real Time) - Protokolo hau mugimendua kontrolatzeko aplikazioetarako bereziki garatu da eta datu-transferentzia isokronoko fase bat barne hartzen du.
PROFINET IRT denbora errealeko protokolo gogorra ezartzeari dagokionez, urruneko gailuekin komunikazioetarako bi truke-kanal bereizten ditu: isokronoak eta asinkronoak. Truke-zikloaren luzera finkoko kanal isokrono batek erlojuaren sinkronizazioa erabiltzen du eta denbora-kritiko datuak transmititzen ditu; bigarren mailako telegramak erabiltzen dira transmisiorako. Kanal isokrono batean transmisioaren iraupena ez da milisegundo 1 baino handiagoa.
Kanal asinkronoak denbora errealeko datuak transmititzen ditu, MAC helbide baten bidez ere zuzentzen direnak. Gainera, hainbat informazio diagnostiko eta laguntzaile TCP/IP bidez transmititzen da. Ez denbora errealeko datuek, eta are gutxiago beste informazio batzuek, noski, ezin dute ziklo isokronikoa eten.
PROFINET IO funtzioen multzo hedatua ez da beharrezkoa industria automatizazio-sistema guztietan, beraz, protokolo hau proiektu zehatz baterako eskalatzen da, betetze-klaseak edo adostasun-klaseak kontuan hartuta: CC-A, CC-B, CC-CC. Betetze-klaseek eremuko gailuak eta bizkarrezurreko osagaiak hautatzea ahalbidetzen dute, beharrezkoa den gutxieneko funtzionaltasunarekin.
Iturria:
PROFINET sareko bigarren truke-protokoloa - PROFINET CBA - fabrikatzaile ezberdinetako ekipoen arteko komunikazio industriala antolatzeko erabiltzen da. IAS sistemetako produkzio-unitate nagusia osagai deritzon entitate jakin bat da. Osagai hau gailu edo instalazio baten zati mekaniko, elektriko eta elektronikoen bilduma bat izan ohi da, baita lotutako aplikazio softwarea ere. Osagai bakoitzarentzat, PROFINET estandarraren eskakizunen arabera osagai honen interfazearen deskribapen osoa duen software-modulu bat hautatzen da. Ondoren, software modulu hauek gailuekin datuak trukatzeko erabiltzen dira.
B&R Ethernet POWERLINK protokoloa
Powerlink protokoloa Austriako B&R konpainiak garatu zuen 2000ko hamarkadaren hasieran. Hau Ethernet estandarraren gainean denbora errealeko protokoloaren beste inplementazio bat da. Protokoloaren zehaztapena eskuragarri dago eta doan banatzen da.
Powerlink teknologiak galdeketa-mekanismo mistoa deritzona erabiltzen du, gailuen arteko elkarrekintza guztia hainbat fasetan banatzen denean. Datu bereziki kritikoak truke isokronoan transmititzen dira, eta horretarako behar den erantzun-denbora konfiguratzen da; gainerako datuak, ahal den guztietan, fase asinkronoan transmitituko dira.
B&R kontrolagailua I/O modulu multzo batekin. Iturria: br-automation.com
Protokoloa 100Base-TX geruza fisikoaren gainean ezarri zen hasieran, baina geroago gigabit inplementazioa garatu zen.
Powerlink protokoloak komunikazioa programatzeko mekanismo bat erabiltzen du. Markatzaile edo kontrol-mezu jakin bat bidaltzen da sarera, eta horren laguntzarekin zehazten da une honetan zein gailuk duen datuak trukatzeko baimena. Gailu bakarrak izan dezake trukerako sarbidea aldi berean.
Nodo anitz dituen Ethernet POWERLINK sare baten irudikapen eskematikoa.
Fase isokronikoan, galdeketa-kontrolatzaileak sekuentzialki eskaera bat bidaltzen dio nodo bakoitzari eta bertatik datu kritikoak jaso behar dituen.
Fase isokronoa, esan bezala, ziklo-denbora doigarri batekin egiten da. Trukearen fase asinkronoan, IP protokolo pila erabiltzen da, kontrolatzaileak datu ez-kritikoak eskatzen dizkie nodo guztiei, eta erantzun bat bidaltzen dute sarera igortzeko sarbidea lortzen duten heinean. Fase isokronoen eta asinkronoen arteko denbora-erlazioa eskuz doi daiteke.
Rockwell Automation Ethernet/IP protokoloa
EtherNet/IP protokoloa Rockwell Automation konpainia estatubatuarraren parte-hartze aktiboarekin garatu zen 2000. urtean. TCP eta UDP IP pila erabiltzen ditu, eta automatizazio industrialeko aplikazioetarako hedatzen du. Izenaren bigarren zatiak, uste denaren aurka, ez du Internet Protokoloa esan nahi, Protokolo Industriala baizik. UDP IP-k CIP (Common Interface Protocol) komunikazio-pila erabiltzen du, ControlNet/DeviceNet sareetan ere erabiltzen dena eta TCP/IPren gainean ezartzen dena.
EtherNet/IP zehaztapena publikoki eskuragarri eta doan eskuragarri dago. Ethernet/IP sarearen topologia arbitrarioa izan daiteke eta eraztuna, izarra, zuhaitza edo busa izan daitezke.
HTTP, FTP, SMTP, EtherNet/IP protokoloen funtzio estandarrez gain, galdeketa kontroladorearen eta I/O gailuen artean denbora kritikoen datuen transferentzia ezartzen du. Denbora-kritikoak ez diren datuen transmisioa TCP paketeek ematen dute, eta kontrol ziklikoko datuen denbora kritikoa bidaltzea UDP protokoloaren bidez egiten da.
Banatutako sistemetan denbora sinkronizatzeko, EtherNet/IP-k CIPsync protokoloa erabiltzen du, hau da, CIP komunikazio protokoloaren luzapena.
Hainbat nodo dituen Ethernet/IP sare baten irudikapen eskematikoa eta Modbus gailuen konexioa. Iturria:
EtherNet/IP sarearen konfigurazioa errazteko, automatizazio-gailu estandar gehienek aurrez zehaztutako konfigurazio fitxategiekin datoz.
FBUS protokoloa ezartzea Fastwel-en
Denbora luzez pentsatu genuen Fastwel errusiar konpainia zerrenda honetan sartzea FBUS industria-protokoloaren barne-ezarpenarekin, baina orduan pare bat paragrafo idaztea erabaki genuen inportazioen ordezkapenaren errealitatea hobeto ulertzeko.
FBUSen bi inplementazio fisiko daude. Horietako bat FBUS protokoloa RS485 estandarraren gainean ibiltzen den autobus bat da. Horrez gain, FBUS inplementazioa dago Ethernet sare industrial batean.
FBUS nekez dei daiteke abiadura handiko protokoloa; erantzun denbora buseko I/O modulu kopuruaren eta truke-parametroen araberakoa da; normalean 0,5 eta 10 milisegundo bitartekoa da. FBUS esklabo-nodo batek 64 I/O modulu bakarrik izan ditzake. Fieldbus batentzat, kablearen luzerak ezin du metro 1 gainditu, beraz, ez gara sistema banatuez ari. Edo hobeto esanda, hala da, baina TCP/IP bidez FBUS sare industrial bat erabiltzen denean bakarrik, hau da, galdeketa denbora hainbat aldiz handitu da. Bus-luzapen-kableak moduluak konektatzeko erabil daitezke, eta horrek automatizazio-armairuan moduluak eroso jartzea ahalbidetzen du.
Fastwel kontrolagailua konektatutako I/O moduluekin. Iturria:
Guztira: hau guztia nola erabiltzen den praktikan prozesu automatizatuen kontrol-sistemetan
Jakina, industria-data transferitzeko protokolo modernoen barietatea artikulu honetan deskribatu duguna baino askoz handiagoa da. Batzuk fabrikatzaile zehatz bati lotuta daude, beste batzuk, aitzitik, unibertsalak dira. Prozesuen kontrol automatizatuko sistemak (APCS) garatzerakoan, ingeniariak protokolo optimoak hautatzen ditu, zeregin eta murrizketa zehatzak (teknikoak eta aurrekontuak) kontuan hartuta.
Truke-protokolo jakin baten prebalentziaz hitz egiten badugu, enpresaren diagrama bat eman dezakegu HMS Networks AB, sare industrialetako truke-teknologi ezberdinen merkatu-kuotak erakusten dituena.
Iturria:
Diagraman ikus daitekeen bezala, Siemens-eko PRONET eta PROFIBUS lider postuak hartzen dituzte.
Interesgarria da duela 6 urte .
Beheko taulan deskribatutako truke-protokoloei buruzko laburpen-datuak daude. Parametro batzuk, adibidez, errendimendua, termino abstraktuetan adierazten dira: altua / baxua. Zenbakizko baliokideak errendimendua aztertzeko artikuluetan aurki daitezke.
|
|
EtherCAT
|
POWERLINK
|
PROFINET
|
Ethernet/IP
|
ModbusTCP
|
|
Geruza fisikoa
|
100/1000 BASE-TX
|
100/1000 BASE-TX
|
100/1000 BASE-TX
|
100/1000 BASE-TX
|
100/1000 BASE-TX
|
|
Datu maila
|
Kanala (Ethernet fotogramak)
|
Kanala (Ethernet fotogramak)
|
Kanala (Ethernet markoak), Sarea/garraioa (TCP/IP)
|
Sarea/Garraioa (TCP/IP)
|
Sarea/Garraioa (TCP/IP)
|
|
Denbora errealeko laguntza
|
Bai
|
Bai
|
Bai
|
Bai
|
No
|
|
produktibitatea
|
High
|
High
|
IRT - altua, RT - ertaina
|
Batez besteko
|
txikia
|
|
Nodoen arteko kablearen luzera
|
100m
|
100m/2km
|
100m
|
100m
|
100m
|
|
Transferentzia faseak
|
No
|
Isokronoa + asinkronoa
|
IRT β isokronoa + asinkronoa, RT β asinkronoa
|
No
|
No
|
|
Nodo kopurua
|
65535
|
240
|
TCP/IP sarearen muga
|
TCP/IP sarearen muga
|
TCP/IP sarearen muga
|
|
Talkaren ebazpena
|
Eraztun-topologia
|
Erlojuaren sinkronizazioa, transmisio faseak
|
Eraztun-topologia, transmisio-faseak
|
Etengailuak, izar topologia
|
Etengailuak, izar topologia
|
|
Truke beroa
|
No
|
Bai
|
Bai
|
Bai
|
Ezarpenaren arabera
|
|
Ekipamenduen kostua
|
txikia
|
txikia
|
High
|
Batez besteko
|
txikia
|
Deskribatutako truke-protokoloen, eremu-busen eta sare industrialen aplikazio-eremuak oso anitzak dira. Kimiko eta automobilgintzako industriatik hasi eta teknologia aeroespazialera eta elektronikaren fabrikaziora. Abiadura handiko truke-protokoloak eskatzen dira gailu ezberdinetarako denbora errealeko kokapen sistemetan eta robotikan.
Zein protokolorekin lan egin duzu eta non aplikatu dituzu? Partekatu zure esperientzia iruzkinetan. π
Iturria: www.habr.com