Wis in protte fan jimme witte of hawwe sels sjoen hoe grut automatisearre objekten wurde kontrolearre, bygelyks, in kearnsintrale of in fabryk mei in protte produksje linen: de wichtichste aksje fynt faak plak yn in grutte keamer, mei in bosk skermen, gloeilampen en remote controls. Dit kontrôle kompleks wurdt meastal neamd de wichtichste kontrôle keamer - de wichtichste kontrôle paniel foar tafersjoch op de produksje foarsjenning.
Jo joegen jo grif ôf hoe't it allegear wurket yn termen fan hardware en software, hoe't dizze systemen ferskille fan konvinsjonele persoanlike kompjûters. Yn dit artikel sille wy sjen hoe't ferskate gegevens nei de haadkontrôlekeamer komme, hoe't kommando's nei de apparatuer stjoerd wurde, en wat oer it algemien nedich is om in kompressorstasjon, in propaanproduksjefabryk, in auto-assemblageline, of sels in rioelpomp plant.
It leechste nivo of fjildbus is wêr't it allegear begjint
Dizze set fan wurden, ûndúdlik foar de uninitiated, wurdt brûkt as it nedich is om te beskriuwen de middels fan kommunikaasje tusken microcontrollers en ûndergeskikte apparatuer, Bygelyks, I / O modules of mjitapparatuer. Typysk wurdt dit kommunikaasjekanaal de "fjildbus" neamd, om't it ferantwurdlik is foar it ferstjoeren fan gegevens dy't fan it "fjild" komme nei de controller.
"Field" is in djippe profesjonele term dy't ferwiist nei it feit dat guon apparatuer (bgl . En it makket net út dat de sensor in heale meter fan 'e kontrôler lizze kin en bygelyks de temperatuer yn in automatisearringskast mjitte, wurdt it noch altyd beskôge as "yn it fjild." Meastentiids reizgje sinjalen fan sensoren dy't by I/O-modules oankomme noch ôfstannen fan tsientallen oant hûnderten meter (en soms mear), en sammelje ynformaasje fan eksterne siden of apparatuer. Eins, dat is wêrom de útwikseling bus, troch dêr't de controller ûntfangt wearden fan deselde sensors, wurdt meastal neamd in fjild bus of, minder faak, in leger-nivo bus of in yndustriële bus.
Algemiene skema fan automatisearring fan in yndustriële foarsjenning
Dus, it elektryske sinjaal fan 'e sensor reizget in bepaalde ôfstân lâns de kabellinen (meastentiids lâns in gewoane koperkabel mei in bepaald oantal kearnen), wêrby't ferskate sensors ferbûn binne. It sinjaal komt dan yn 'e ferwurkingsmodule (ynput-/útfiermodule), wêr't it wurdt omset yn in digitale taal dy't begryplik is foar de controller. Dêrnei giet dit sinjaal fia de fjildbus direkt nei de controller, dêr't it úteinlik ferwurke wurdt. Op grûn fan sokke sinjalen wurdt de bestjoeringslogika fan 'e mikrocontroller sels boud.
Topnivo: fan in krans oant in hiele wurkstasjon
It boppeste nivo wurdt alles neamd dat kin wurde oanrekke troch in gewoane stjerlike operator dy't it technologyske proses kontrolearret. Yn it ienfâldichste gefal is it boppeste nivo in set fan ljochten en knoppen. Gloeilampen sinjalearje de operator oer bepaalde eveneminten dy't foarkomme yn it systeem, knoppen wurde brûkt om kommando's út te jaan oan 'e controller. Dit systeem wurdt faaks in "krâns" of "krystbeam" neamd, om't it heul gelyk liket (lykas jo kinne sjen fan 'e foto oan it begjin fan it artikel).
As de operator mear gelok hat, dan sil hy as it boppeste nivo in operatorpaniel krije - in soarte fan flatpanelkompjûter dy't op ien of oare manier gegevens ûntfangt foar werjefte fan 'e controller en werjaan op it skerm. Sa'n paniel wurdt meastentiids monteard op de automatisearring kabinet sels, sadat jo meastentiids moatte ynteraksje mei it steande, dat soarget foar oerlêst, plus de kwaliteit en grutte fan it byld op lyts-formaat panielen lit in soad te winskjen oer.
En as lêste, in attraksje fan ungewoane generositeit - in wurkstasjon (of sels ferskate duplikaten), dat is in gewoane persoanlike kompjûter.
Apparatuer op boppeste nivo moat op ien of oare manier ynteraksje mei de mikrokontroller (oars wêrom is it nedich?). Foar sokke ynteraksje wurde protokollen op boppeste nivo en in bepaald oerdrachtmedium brûkt, bygelyks Ethernet of UART. Yn 't gefal fan' e "krystbeam" binne sokke ferfining fansels net nedich; de gloeilampen wurde ferljochte mei gewoane fysike rigels, d'r binne gjin ferfine ynterfaces of protokollen.
Yn it algemien is dit boppeste nivo minder nijsgjirrich as de fjildbus, om't dit boppeste nivo miskien hielendal net bestiet (d'r is neat foar de operator om te sjen fan 'e searje; de kontrôler sil sels útfine wat der dien wurde moat en hoe't ).
"Alde" data oerdracht protokollen: Modbus en HART
Net folle minsken witte, mar op 'e sânde dei fan' e skepping fan 'e wrâld, God net rêste, mar makke Modbus. Tegearre mei it HART-protokol is Modbus faaks it âldste protokol foar yndustriële gegevensferfier; it ferskynde werom yn 1979.
De serial ynterface waard yn earste ynstânsje brûkt as in oerdracht medium, dan Modbus waard ymplemintearre oer TCP / IP. Dit is in syngroane master-slave (master-slave) protokol dat it fersyk-antwurdprinsipe brûkt. It protokol is frij omslachtig en stadich, de útwikseling snelheid hinget ôf fan 'e skaaimerken fan' e ûntfanger en stjoerder, mar meastal is de telling hast hûnderten millisekonden, benammen as útfierd fia in seriële ynterface.
Boppedat is it Modbus-gegevensferfierregister 16-bit, dy't fuortendaliks beheiningen opleit foar de oerdracht fan echte en dûbele typen. Se wurde oerdroegen itsij yn dielen of mei ferlies fan krektens. Hoewol Modbus wurdt noch altyd in soad brûkt yn gefallen dêr't hege kommunikaasjesnelheden net nedich binne en it ferlies fan oerdroegen gegevens net kritysk is. In protte fabrikanten fan ferskate apparaten wolle it Modbus-protokol op har eigen eksklusive en heul orizjinele manier útwreidzje, en tafoegje net-standert funksjes. Dêrom hat dit protokol in protte mutaasjes en ôfwikingen fan 'e noarm, mar libbet noch mei súkses yn' e moderne wrâld.
It HART-protokol is ek al sûnt de jierren tachtich, it is in yndustriële kommunikaasjeprotokol oer in twa-draad stroomlusline dy't 4-20 mA-sensors en oare HART-ynskeakele apparaten direkt ferbynt.
Om HART-rigels te wikseljen wurde spesjale apparaten, saneamde HART-modems, brûkt. D'r binne ek converters dy't de brûker bygelyks it Modbus-protokol by de útfier leverje.
HART is faaks opmerklik foar it feit dat neist de analoge sinjalen fan 4-20 mA-sensors, it digitale sinjaal fan it protokol sels ek yn 'e sirkwy wurdt oerbrocht, dit kinne jo de digitale en analoge dielen yn ien kabelline ferbine. Moderne HART-modems kinne wurde ferbûn mei de USB-poarte fan 'e controller, ferbûn fia Bluetooth, of de âlderwetske manier fia in seriële poarte. In tsiental jier lyn, nei analogy mei Wi-Fi, ferskynde de WirelessHART draadloze standert, opereare yn it ISM-berik.
Twadde generaasje fan protokollen of net hielendal yndustriële bussen ISA, PCI (e) en VME
De Modbus- en HART-protokollen binne ferfongen troch net hielendal yndustriële bussen, lykas ISA (MicroPC, PC / 104) of PCI / PCIe (CompactPCI, CompactPCI Serial, StacPC), lykas VME.
It tiidrek fan kompjûters is kommen dy't in universele databus ta har beskikking hawwe, wêrby't ferskate boerden (modules) kinne wurde ferbûn om in bepaald unifoarm sinjaal te ferwurkjen. As regel, yn dit gefal, de prosessor module (kompjûter) wurdt ynfoege yn de saneamde frame, dat soarget foar ynteraksje fia de bus mei oare apparaten. It frame, of, lykas echte automatisearringseksperts it graach neame, "krat", wurdt oanfolle mei de nedige input-output boards: analoog, diskrete, ynterface, ensfh., of dit alles wurdt yn 'e foarm fan in sandwich sûnder in frame - ien boerd boppe op 'e oare. Dêrnei wikselet dizze ferskaat op 'e bus (ISA, PCI, ensfh.) gegevens út mei de prosessormodule, dy't dus ynformaasje fan' e sensoren ûntfangt en wat logika útfiert.
Controller en I / O modules yn in PXI frame op in PCI bus. Boarne:
Alles soe wêze goed mei dizze ISA, PCI (e) en VME bussen, benammen foar dy tiden: de útwikseling snelheid is net teloarstellend, en it systeem ûnderdielen lizze yn ien frame, kompakt en handich, der kin net hot-swappable I / O cards, mar ik wol net echt noch.
Mar der is in fly yn 'e salve, en mear as ien. It is heul lestich om in ferspraat systeem yn sa'n konfiguraasje te bouwen, de útwikselingsbus is lokaal, jo moatte wat betinke om gegevens te wikseljen mei oare slave- of peer-knooppunten, deselde Modbus oer TCP / IP of in oar protokol, yn algemien, der binne net genôch gemak. No, it twadde net heul noflike ding: I / O-boards ferwachtsje normaal in soarte fan ferienige sinjaal as ynfier, en se hawwe gjin galvanyske isolaasje fan fjildapparatuer, dus jo moatte in hek meitsje fan ferskate konverzjemodules en tuskenlizzende circuits, dy't gâns complicates it elemint basis.
Intermediate sinjaal ombou modules mei galvanic isolemint. Boarne:
"Hoe sit it mei it yndustriële busprotokol?" - Do fregest. Neat. It bestiet net yn dizze ymplemintaasje. Troch kabellinen reizget it sinjaal fan sensoren nei sinjaalkonverters, de converters leverje spanning oan in diskrete as analoge I / O-boerd, en de gegevens fan it boerd wurde al lêzen troch de I / O-poarten mei it OS. En gjin spesjalisearre protokollen.
Hoe moderne yndustriële bussen en protokollen wurkje
Wat no? Oant no ta is de klassike ideology fan it bouwen fan automatisearre systemen in bytsje feroare. In protte faktoaren spilen in rol, begjinnend mei it feit dat automatisearring ek handich wêze moat, en einiget mei de trend nei ferdielde automatisearre systemen mei knooppunten op ôfstân fan elkoar.
Miskien kinne wy sizze dat d'r hjoed twa haadbegripen binne foar it bouwen fan automatisearringssystemen: lokalisearre en ferspraat automatisearre systemen.
Yn it gefal fan pleatslike systemen, dêr't gegevenssammeling en kontrôle sintralisearre binne op ien spesifike lokaasje, is it konsept fan in bepaalde set fan ynfier-/útfiermodules ferbûn troch in mienskiplike snelle bus, ynklusyf in kontrôler mei in eigen útwikselprotokol, yn fraach. Yn dit gefal, as in regel, I / O modules befetsje sawol in sinjaal converter en galvanic isolemint (hoewol't, fansels, net altyd). Dat is, it is genôch foar de ein brûker om te begripen hokker soarten sensoren en meganismen sille wêze oanwêzich yn it automatisearre systeem, telle it oantal fereaske input / output modules foar ferskillende soarten sinjalen en ferbine se yn ien mienskiplike line mei de controller . Yn dit gefal brûkt as regel elke fabrikant syn favorite útwikselprotokol tusken I / O-modules en de controller, en d'r kinne hjir in protte opsjes wêze.
Yn it gefal fan ferspraat systemen is alles wat sein wurdt yn relaasje ta pleatslike systemen wier, boppedat is it wichtich dat yndividuele komponinten, bygelyks in set fan input-output modules plus in apparaat foar it sammeljen en ferstjoeren fan ynformaasje - in net heul tûke mikrocontroller dy't earne yn in hokje yn fjild stiet, neist it fentyl dat de oalje ôfslút - koe ynteraksje mei deselde knopen en mei de haadkontrôler op in grutte ôfstân mei in effektive wikselkoers.
Hoe kieze ûntwikkelders in protokol foar har projekt? Alle moderne útwikselingsprotokollen jouwe frij hege prestaasjes, sadat de kar fan ien of oare fabrikant faak net bepaald wurdt troch de wikselkoers op dizze tige yndustriële bus. De ymplemintaasje fan it protokol sels is net sa wichtich, om't, út it eachpunt fan 'e systeemûntwikkelder, it noch altyd in swarte doaze sil wêze dy't in bepaalde ynterne útwikselstruktuer leveret en net ûntwurpen is foar ynterferinsje fan bûten. Meastentiids wurdt omtinken jûn oan praktyske skaaimerken: de prestaasjes fan 'e kompjûter, it gemak fan it tapassen fan it konsept fan' e fabrikant op 'e taak, de beskikberens fan' e fereaske soarten I/O-modules, de mooglikheid om modules te wikseljen sûnder te brekken de bus etc.
Populêre apparatuerleveransiers biede har eigen ymplemintaasjes fan yndustriële protokollen: bygelyks it bekende bedriuw Siemens ûntwikkelet har searje Profinet- en Profibus-protokollen, B&R ûntwikkelet it Powerlink-protokol, Rockwell Automation ûntwikkelet it EtherNet/IP-protokol. In ynlânske oplossing yn dizze list mei foarbylden: in ferzje fan it FBUS-protokol fan it Russyske bedriuw Fastwel.
D'r binne ek mear universele oplossingen dy't net bûn binne oan in spesifike fabrikant, lykas EtherCAT en CAN. Wy sille dizze protokollen yn detail analysearje yn 'e fuortsetting fan it artikel en útfine hokker fan har binne better geskikt foar spesifike tapassingen: auto- en loftfeartyndustry, elektroanikaproduksje, posysjesystemen en robotika. Bliuw yn kontakt!
Boarne: www.habr.com