Segur aski, zuetako askok ezagutzen edo ikusi ere egin duzue nola kontrolatzen diren objektu automatizatu handiak, adibidez, zentral nuklear bat edo ekoizpen-lerro asko dituen lantegi bat: ekintza nagusia gela handi batean gertatzen da sarritan, pantaila mordoa, bonbillak dituena. eta urrutiko kontrolak. Kontrol-konplexu horri kontrol-gela nagusia deitzen zaio normalean, produkzio instalazioa kontrolatzeko kontrol-panel nagusia.
Ziur aski hardware eta software aldetik nola funtzionatzen duen galdetzen ari zinela, sistema hauek ohiko ordenagailu pertsonaletatik nola desberdintzen diren. Artikulu honetan, hainbat datu kontrol-gela nagusira nola iristen diren aztertuko dugu, komandoak ekipoetara nola bidaltzen diren eta, oro har, zer behar den konpresore-estazio bat, propanoa ekoizteko planta bat, autoak muntatzeko kate bat edo are gehiago kontrolatzeko. estolderia ponpatzeko planta.
Maila baxuena edo eremu-busa da dena hasten den lekuan
Hitz-multzo hau, hasi gabekoentzat argi ez dena, mikrokontrolagailuen eta menpeko ekipoen arteko komunikazio-bideak deskribatzeko beharrezkoak direnean erabiltzen da, adibidez, I/O moduluak edo neurketa-gailuak. Normalean komunikazio-kanal honi "eremu-busa" deitzen zaio, "eremutik" kontrolagailura datozen datuak igortzeaz arduratzen baita.
"Eremua" termino profesional sakona da, kontrolagailuak elkarreragiten duen ekipo batzuk (adibidez, sentsoreak edo eragingailuak) urrun, urrun, kalean, zelaietan, gauaren estalpean kokatuta daudela esaten duena. . Eta ez du axola sentsorea kontrolagailutik metro erdira kokatu eta, esate baterako, tenperatura automatizazio kabinete batean neurtzea, oraindik ere "eremuan" dagoela jotzen da. Gehienetan, I/O moduluetara iristen diren sentsoreen seinaleek hamarretatik ehunka metro (eta batzuetan gehiago) distantzia egiten dute oraindik, urruneko gune edo ekipoetatik informazioa biltzen. Egia esan, horregatik truke-busa, zeinaren bidez kontrolagailuak sentsore horietatik balioak jasotzen dituen, eremu-busa deitzen zaio normalean edo, gutxiagotan, behe-mailako busa edo bus industriala.
Industria-instalazio baten automatizazioaren eskema orokorra
Beraz, sentsorearen seinale elektrikoak distantzia jakin bat egiten du kable-lerroetan zehar (normalean nukleo kopuru jakin bat duen kobrezko kable arrunt batean zehar), zeinetara hainbat sentsore konektatzen diren. Ondoren, seinalea prozesatzeko moduluan sartzen da (sarrera/irteera modulua), non kontrolagailuak ulertzeko moduko hizkuntza digital batean bihurtzen da. Ondoren, eremu-busaren bidez seinale hori zuzenean kontrolagailura doa, eta bertan prozesatzen da azkenean. Horrelako seinaleetan oinarrituta, mikrokontrolagailuaren beraren funtzionamendu-logika eraikitzen da.
Goi-maila: girlanda batetik lan-postu oso batera
Goiko mailari prozesu teknologikoa kontrolatzen duen hilkor arrunt batek ukitu dezakeen guztiari deitzen zaio. Kasurik sinpleenean, goiko maila argi eta botoi multzo bat da. Bonbillak sisteman gertatzen diren zenbait gertakariri buruz operadoreari adierazten diote, botoiak kontroladoreari aginduak emateko erabiltzen dira. Sistema honi "girlanda" edo "Gabon zuhaitza" deitzen zaio askotan, oso antzekoa duelako (artikuluaren hasierako argazkian ikus dezakezun bezala).
Operadoreak zorte handiagoa badu, goiko maila gisa operadore-panel bat lortuko du - panel lauko ordenagailu moduko bat, modu batean edo bestean kontrolagailutik bistaratzeko datuak jasotzen eta pantailan bistaratzen dituena. Horrelako panel bat automatizazio armairuan bertan muntatu ohi da, beraz, normalean zutik egonda elkarreragin egin behar duzu eta horrek eragozpenak eragiten ditu, gainera formatu txikiko paneletan irudiaren kalitatea eta tamainak asko uzten du.
Eta azkenik, aurrekaririk gabeko eskuzabaltasunaren erakargarritasuna: lan-estazio bat (edo hainbat bikoiztu ere), ordenagailu pertsonal arrunta dena.
Goi-mailako ekipoek nolabait elkarreragin behar dute mikrokontrolagailuarekin (bestela, zergatik behar da?). Elkarrekintza horretarako, goi-mailako protokoloak eta transmisio-euskarri jakin bat erabiltzen dira, adibidez, Ethernet edo UART. "Gabonetako zuhaitzaren" kasuan, halako sofistikazioak, noski, ez dira beharrezkoak; bonbilak lerro fisiko arruntak erabiliz pizten dira, ez dago interfaze edo protokolo sofistikaturik bertan.
Oro har, goi-maila hau eremu-busa baino ez da hain interesgarria, izan ere, baliteke goiko maila hori inola ere ez egotea (operadoreak ez du ezer serietik begiratu behar; kontroladoreak berak asmatuko du zer egin behar den eta nola? ).
"Antzinako" datuak transferitzeko protokoloak: Modbus eta HART
Jende gutxik daki, baina munduaren sorreraren zazpigarren egunean, Jainkoak ez zuen atseden hartu, Modbus sortu zuen baizik. HART protokoloarekin batera, Modbus da, agian, datuen transferentzia industrial zaharrena; 1979an agertu zen.
Serie-interfazea hasiera batean transmisio-euskarri gisa erabili zen, gero Modbus TCP/IP bidez ezarri zen. Hau maisu-esklabo (master-slave) protokolo sinkronikoa da, eskaera-erantzun printzipioa erabiltzen duena. Protokoloa nahiko astuna eta motela da, truke-abiadura hartzailearen eta igorlearen ezaugarrien araberakoa da, baina normalean zenbaketa ia ehunka milisegundokoa da, batez ere serieko interfaze baten bidez ezartzen denean.
Gainera, Modbus datuak transferitzeko erregistroa 16 bitekoa da, eta horrek berehala mugak ezartzen ditu mota errealak eta bikoitzak transferitzeko. Zatika edo zehaztasun galerarekin transmititzen dira. Modbus oraindik oso erabilia bada ere komunikazio-abiadura handiak behar ez diren kasuetan eta transmititutako datuen galera kritikoa ez den kasuetan. Hainbat gailuren fabrikatzaile askok Modbus protokoloa bere modu esklusibo eta originalean zabaltzea gustatzen zaie, estandarrak ez diren funtzioak gehituz. Hori dela eta, protokolo honek arauarekiko mutazio eta desbideratze ugari ditu, baina oraindik arrakastaz bizi da mundu modernoan.
HART protokoloa ere laurogeiko hamarkadatik existitzen da, 4-20 mA-ko sentsoreak eta HART gaitutako beste gailu batzuk zuzenean konektatzen dituen bi hariko korronte-begizta-lerro baten gaineko komunikazio-protokolo industriala da.
HART lineak aldatzeko, gailu bereziak erabiltzen dira, HART modem deiturikoak. Erabiltzaileari irteeran, esate baterako, Modbus protokoloa ematen dioten bihurgailuak ere badaude.
HART agian nabarmena da 4-20 mA-ko sentsoreen seinale analogikoez gain, protokoloaren seinale digitala bera ere zirkuituan transmititzen dela, eta horrek zati digitalak eta analogikoak kable-lerro batean konektatzeko aukera ematen du. HART modem modernoak kontrolagailuaren USB atakara konekta daitezke, Bluetooth bidez konektatu edo antzinako modu serieko ataka baten bidez. Duela dozena bat urte, Wi-Fiarekin analogia eginez, WirelessHART haririk gabeko estandarra agertu zen, ISM barrutian funtzionatzen zuena.
Bigarren belaunaldiko protokoloen edo ez nahiko bus industrialak ISA, PCI(e) eta VME
Modbus eta HART protokoloak ez diren bus industrialak ordezkatu dituzte, hala nola ISA (MicroPC, PC/104) edo PCI/PCIe (CompactPCI, CompactPCI Serial, StacPC), baita VME ere.
Datu-bus unibertsal bat eskura duten ordenagailuen garaia iritsi da, non hainbat plaka (modulu) konekta daitezkeen seinale bateratu jakin bat prozesatzeko. Oro har, kasu honetan, prozesadorearen modulua (ordenagailua) marko deritzonean sartzen da, eta horrek beste gailu batzuekin autobus bidez elkarrekintza bermatzen du. Markoa, edo, egiazko automatizazio adituek deitzen duten bezala, "kaxa", beharrezko sarrera-irteerako plakekin osatzen da: analogikoa, diskretua, interfazea, etab., edo hori guztia ogitarteko moduan elkartu gabe. marko bat - ohol bat bestearen gainean. Horren ostean, barietate honek buseko (ISA, PCI, etab.) datuak trukatzen ditu prozesadore-moduluarekin, eta, horrela, sentsoreetatik informazioa jasotzen du eta logika batzuk ezartzen ditu.
Kontroladorea eta I/O moduluak PXI marko batean PCI bus batean. Iturria:
Dena ondo legoke ISA, PCI(e) eta VME bus hauekin, batez ere garai haietarako: truke-abiadura ez da etsigarria, eta sistemaren osagaiak fotograma bakarrean kokatzen dira, trinkoa eta erosoa, baliteke bero-trukagarria ez egotea. I/O txartelak, baina oraindik ez dut nahi.
Baina ukenduan euli bat dago, eta bat baino gehiago. Nahiko zaila da sistema banatu bat eraikitzea halako konfigurazio batean, truke-busa lokala da, beste nodo esklabo edo parekideekin datuak trukatzeko zerbait asmatu behar duzu, TCP/IP bidezko Modbus bera edo beste protokoloren batekin. orokorrean, ez dago erosotasun nahikorik. Beno, bigarren gauza ez da oso atsegina: I/O taulek normalean seinale bateraturen bat espero dute sarrera gisa, eta ez dute eremuko ekipoetatik isolamendu galbanikorik, beraz, hesi bat egin behar duzu hainbat bihurketa-modulu eta tarteko zirkuituetatik. horrek asko zailtzen du elementuaren oinarria.
Seinale bihurtzeko tarteko moduluak isolamendu galvanikoarekin. Iturria:
"Zer gertatzen da autobus industrialaren protokoloarekin?" - zuk galdetu. Ezer ez. Ez da inplementazio honetan existitzen. Kable-lerroen bidez, seinalea sentsoreetatik seinale-bihurgailuetara igarotzen da, bihurgailuek tentsioa hornitzen dute I/O plaka diskretu edo analogiko bati, eta plakako datuak dagoeneko irakurtzen dira I/O portuetatik OSa erabiliz. Eta protokolo espezializaturik ez.
Nola funtzionatzen duten autobus industrial modernoak eta protokoloak
Orain zer? Orain arte, sistema automatizatuak eraikitzeko ideologia klasikoa pixka bat aldatu da. Faktore askok izan zuten zeresana, automatizazioak ere komenigarria izan behar zuenetik hasi, eta elkarrengandik urrun dauden nodoak dituzten sistema automatizatu banatuetarako joerarekin amaituz.
Beharbada esan genezake gaur egun eraikinen automatizaziorako bi kontzeptu nagusi daudela: sistema automatizatu lokalizatuak eta banatuak.
Lokalizatutako sistemen kasuan, non datuak biltzea eta kontrola kokapen zehatz batean zentralizatuta dauden, bus azkar komun baten bidez interkonektatutako sarrera/irteera moduluen multzo jakin baten kontzeptua eskatzen da, truke-protokolo propioa duen kontroladore bat barne. Kasu honetan, normalean, I/O moduluek seinale bihurgailu bat eta isolamendu galbanikoa barne hartzen dituzte (nahiz eta, noski, beti ez). Hau da, nahikoa da azken erabiltzaileak sistema automatizatuan zer sentsore eta mekanismo egongo diren ulertzea, seinale mota desberdinetarako beharrezkoak diren sarrera/irteera moduluen kopurua zenbatzea eta kontrolagailuarekin lerro komun batean konektatzea. . Kasu honetan, oro har, fabrikatzaile bakoitzak I/O moduluen eta kontrolagailuaren arteko truke-protokolorik gogokoena erabiltzen du, eta hemen aukera asko egon daitezke.
Banatutako sistemen kasuan, sistema lokalizatuei buruz esaten dena egia da, gainera, garrantzitsua da osagai indibidualak, adibidez, sarrera-irteera modulu multzo bat gehi informazioa biltzeko eta transmititzeko gailu bat - ez. Oso mikrokontrolagailu adimenduna, eremuko kabina batean nonbait, olioa ixten duen balbularen ondoan, nodo berdinekin eta kontrolagailu nagusiarekin elkarreragin dezake distantzia handira truke-tasa eraginkor batekin.
Nola aukeratzen dute garatzaileek beren proiekturako protokolo bat? Truke-protokolo moderno guztiek errendimendu nahiko altua eskaintzen dute, beraz, fabrikatzaile baten edo bestearen aukeraketa ez da askotan autobus industrial honen truke-tasaren arabera zehazten. Protokoloa bera ezartzea ez da hain garrantzitsua, sistemaren garatzailearen ikuspuntutik, barne-truke-egitura jakin bat eskaintzen duen eta kanpoko interferentziarako diseinatuta ez dagoen kutxa beltza izango baita oraindik. Gehienetan, ezaugarri praktikoei erreparatzen zaie: ordenagailuaren errendimendua, fabrikatzailearen kontzeptua eskuartean duen zereginari aplikatzeko erraztasuna, behar diren I/O moduluen erabilgarritasuna, modulu beroan aldatzeko gaitasuna hautsi gabe. autobusa, etab.
Ekipamendu hornitzaile ezagunek industria-protokoloen inplementazio propioak eskaintzen dituzte: adibidez, Siemens enpresa ezaguna bere Profinet eta Profibus protokoloen seriea garatzen ari da, B&R Powerlink protokoloa garatzen ari da, Rockwell Automation EtherNet/IP protokoloa garatzen ari da. Etxeko irtenbide bat adibide zerrenda honetan: Fastwel Errusiako konpainiaren FBUS protokoloaren bertsioa.
Fabrikatzaile zehatz bati lotuta ez dauden irtenbide unibertsalagoak ere badaude, hala nola EtherCAT eta CAN. Protokolo hauek zehatz-mehatz aztertuko ditugu artikuluaren jarraipenan, eta horietako zeintzuk diren aplikazio zehatzetarako egokienak asmatuko ditugu: automobilgintza eta industria aeroespaziala, elektronika fabrikazioa, kokapen sistemak eta robotika. Harremanetan jarraitu!
Iturria: www.habr.com