Bita na ka'idoji na zamani a cikin tsarin sarrafa kansa na masana'antu

A cikin littafin da ya gabata mun yi magana game da yadda bas da ladabi ke aiki a cikin sarrafa kansa na masana'antu. A wannan lokacin za mu mai da hankali kan hanyoyin samar da aiki na zamani: za mu kalli abin da ake amfani da ka'idoji a cikin tsarin a duniya. Bari mu yi la'akari da fasahohin kamfanonin Jamus Beckhoff da Siemens, na Austrian B&R, American Rockwell Automation da kuma Rasha Fastwel. Za mu kuma yi nazarin mafita na duniya waɗanda ba a haɗa su da takamaiman masana'anta ba, kamar EtherCAT da CAN. 

В конце статьи будет сравнительная таблица с характеристиками протоколов EtherCAT, POWERLINK, PROFINET, EtherNet/IP и ModbusTCP.

Ba mu haɗa PRP, HSR, OPC UA da sauran ka'idoji a cikin bita ba, saboda An riga an sami ingantattun labarai akan su akan Habré ta abokan aikin injiniyoyinmu waɗanda ke haɓaka tsarin sarrafa masana'antu. Misali, "PRP da HSR" ka'idojin aikin sakewa " и "Ƙofofin ƙa'idodin musayar masana'antu akan Linux. Ka tattara da kanka".

Da farko, bari mu ayyana ma'anar kalmomi: Ethernet Industrial = cibiyar sadarwa na masana'antu, Fieldbus = motar filin. A cikin sarrafa kansa na masana'antu na Rasha, ana samun ruɗani dangane da sharuɗɗan da suka danganci bas ɗin filin da kuma cibiyar sadarwar masana'antu ta ƙasa. Yawancin lokaci waɗannan sharuɗɗan ana haɗa su zuwa maƙasudi guda ɗaya, maras tabbas da ake kira "ƙananan matakin", wanda ake magana da shi duka biyun filin bas da bas ɗin ƙasa, ko da yake bas ba ne kwata-kwata.

Me yasa haka?Такая путаница, скорее всего связана с тем, что во многих современных контроллерах соединение модулей ввода-вывода часто реализуется с помощью объединительной панели (англ. backplane) или физической шины. То есть используются некие шинные контакты и соединители, чтобы объединить несколько модулей в единый узел. Но такие узлы, в свою очередь, могут быть соединены между собой как промышленной сетью, так и полевой шиной. В западной терминологии есть четкое разделение: сеть — это сеть, шина — это шина. Первое обозначается термином Industrial Ethernet, второе — Fieldbus. В статье для этих понятий предлагается использоваться термин «промышленная сеть» и термин «полевая шина» соответственно.

Matsayin cibiyar sadarwar masana'antu EtherCAT, wanda Beckhoff ya haɓaka

Ka'idar EtherCAT da cibiyar sadarwar masana'antu watakila ɗayan hanyoyin watsa bayanai cikin sauri a cikin tsarin sarrafa kansa a yau. Ana samun nasarar amfani da hanyar sadarwa ta EtherCAT a cikin tsarin sarrafa kai da aka rarraba, inda aka raba nodes masu mu'amala a kan nesa mai nisa.

Протокол EtherCAT использует стандартные Ethernet-фреймы для передачи своих телеграмм, поэтому сохраняется совместимость с любым стандартным Ethernet-оборудованием и, по сути, прием и передача данных могут быть организованы на любом Ethernet-контроллере, при наличии соответствующего программного обеспечения.

Контроллер Beckhoff с набором модулей ввода-вывода. Источник: www.beckhoff.de

Ƙimar ƙayyadaddun ƙayyadaddun ƙayyadaddun ƙayyadaddun ƙayyadaddun ƙayyadaddun ƙayyadaddun ƙayyadaddun ƙayyadaddun ƙayyadaddun ƙayyadaddun ƙayyadaddun ƙayyadaddun ƙayyadaddun ƙayyadaddun ƙayyadaddun ƙayyadaddun ƙayyadaddun ƙayyadaddun ƙayyadaddun ƙayyadaddun ƙayyadaddun ƙayyadaddun ƙayyadaddun ƙa'idodi ne, amma kawai a cikin tsarin ƙungiyar ci gaba - EtherCAT Technology Group.

Anan ga yadda EtherCAT ke aiki (kallon yana da daɗi, kamar wasan Zuma Inca):

Babban gudun musanya a cikin wannan yarjejeniya - kuma zamu iya magana game da raka'a na microseconds - an gane shi ne saboda gaskiyar cewa masu haɓakawa sun ƙi musayar ta amfani da telegram da aka aika kai tsaye zuwa takamaiman na'ura. Madadin haka, ana aika telegram ɗaya zuwa cibiyar sadarwar EtherCAT, wanda aka gabatar da shi ga duk na'urori a lokaci guda, kowane nodes ɗin bawa don tattarawa da watsa bayanai (ana kiran su OSO - na'urar sadarwar abu) tana ɗauka daga “a kan tashi” bayanan da aka yi niyya da shi kuma ya sanya a cikin telegram bayanan da yake shirye ya samar don musayar. Daga nan sai a aika da telegram zuwa kullin bawa na gaba, inda aikin iri ɗaya ya faru. Bayan wucewa ta duk na'urorin sarrafawa, ana mayar da telegram zuwa babban mai sarrafawa, wanda, bisa ga bayanan da aka karɓa daga na'urorin bawa, yana aiwatar da ma'anar sarrafawa, sake yin hulɗa ta hanyar telegram tare da nodes na bawa, wanda ke ba da siginar sarrafawa zuwa ga kayan aiki.

Сеть EtherCAT может иметь любую топологию, но по сути это всегда будет кольцо — из-за использования полнодуплексного режима и двух разъемов Ethernet. Таким образом, телеграмма всегда будет передаваться последовательно каждому устройству на шине.

Wakilin tsari na hanyar sadarwar Ethercat tare da nodes masu yawa. Source: realpars.com

Ta hanyar, ƙayyadaddun EtherCAT ba ya ƙunshi ƙuntatawa akan 100Base-TX Layer Layer na jiki, don haka aiwatar da yarjejeniya yana yiwuwa bisa gigabit da layin gani.

Bude cibiyoyin sadarwa na masana'antu da ka'idojin PROFIBUS/NET daga Siemens

Damun Jamus Siemens ya daɗe da saninsa don masu sarrafa dabaru (PLCs), waɗanda ake amfani da su a duk faɗin duniya.

Ana yin musayar bayanai tsakanin nodes na tsarin sarrafa kansa wanda kayan aikin Siemens ke sarrafawa duka ta hanyar bas ɗin filin da ake kira PROFIBUS kuma a cikin hanyar sadarwar masana'antu PROFINET.

Bus ɗin PROFIBUS yana amfani da kebul mai mahimmanci biyu na musamman tare da masu haɗin DB-9. Siemens yana da shi a cikin purple, amma mun ga wasu a aikace :). Don haɗa nodes da yawa, mai haɗawa zai iya haɗa igiyoyi biyu. Hakanan yana da maɓalli don resistor tasha. Dole ne a kunna m resistor a ƙarshen na'urorin cibiyar sadarwa, don haka yana nuna cewa wannan ita ce na'urar farko ko ta ƙarshe, kuma bayan ta babu wani abu, duhu kawai da wofi (duk rs485s suna aiki kamar wannan). Idan ka kunna resistor a tsakiyar haði, sashin da ke biye dashi za'a kashe shi.

PROFIBUS na USB tare da masu haɗawa. Source: VIPA ControlsAmerica

Cibiyar sadarwa ta PROFINET tana amfani da kebul murɗaɗɗen analog, yawanci tare da masu haɗin RJ-45, kebul ɗin yana da launin kore. Idan topology na PROFIBUS bas ne, to topology na cibiyar sadarwar PROFINET na iya zama komai: zobe, tauraro, bishiya, ko duk abin da aka haɗa.

Siemens mai sarrafawa tare da haɗin PROFINET na USB. Source: w3.siemens.com

Akwai ka'idojin sadarwa da yawa akan bas ɗin PROFIBUS da kuma cikin hanyar sadarwar PROFINET.

Don PROFIBUS:

1. PROFIBUS DP - aiwatar da wannan yarjejeniya ya ƙunshi sadarwa tare da na'urorin bayi masu nisa; a cikin yanayin PROFINET, wannan yarjejeniya ta dace da ka'idar PROFINET IO.
2. PROFIBUS PA daidai yake da PROFIBUS DP, ana amfani da shi kawai don nau'ikan watsa bayanai masu tabbatar da fashewa da wutar lantarki (mai kama da PROFIBUS DP tare da kaddarorin jiki daban-daban). Don PROFINET, ƙa'idar tabbatar da fashewa mai kama da PROFIBUS ba ta wanzu.
3. PROFIBUS FMS - tsara don musayar bayanai tare da tsarin daga wasu masana'antun waɗanda ba za su iya amfani da PROFIBUS DP ba. Analog ɗin PROFIBUS FMS a cikin hanyar sadarwar PROFINET shine ka'idar PROFINET CBA.

Don PROFINET:

1. PROFINET IO;
2. PROFINET CBA.

An raba ka'idar PROFINET IO zuwa azuzuwa da yawa:

• PROFINET NRT (ba ainihin lokacin ba) - ana amfani dashi a aikace-aikace inda sigogin lokaci ba su da mahimmanci. Yana amfani da Ethernet TCP/IP yarjejeniyar canja wurin bayanai da UDP/IP.
• PROFINET RT (реальное время) — тут обмен данными ввода/вывода реализован с помощью фреймов Ethernet, но диагностические данные и данные связи все еще передаются через UDP/IP. 
• PROFINET IRT (изохронное реальное время) — этот протокол был разработан специально для приложений управления движением и включает в себя изохронную фазу передачи данных.

Что касается реализации протокола жесткого реального времени PROFINET IRT, то для коммуникаций с удаленными устройствами в нем выделяют два канала обмена: изохронный и асинхронный. Изохронный канал с фиксированной по времени длиной цикла обмена использует тактовую синхронизацию и передает критичные ко времени данные, для передачи используются телеграммы второго уровня. Длительность передачи в изохронном канале не превышает 1 миллисекунду.

Tashar asynchronous tana watsa abin da ake kira bayanan lokaci-lokaci, wanda kuma ana magana ta hanyar adireshin MAC. Bugu da ƙari, ana watsa bayanai daban-daban na bincike da ƙarin bayani akan TCP/IP. Babu bayanan ainihin-lokaci, ƙarancin sauran bayanai, ba shakka, da za su iya katse zagayowar isochronous.

Ba a buƙatar ƙarin saitin ayyukan PROFINET IO don kowane tsarin sarrafa kansa na masana'antu, don haka ana ƙididdige wannan yarjejeniya don takamaiman aiki, la'akari da azuzuwan yarda ko azuzuwan yarda: CC-A, CC-B, CC-CC. Azuzuwan yarda suna ba ka damar zaɓar na'urorin filin da abubuwan haɗin kashin baya tare da ƙaramin aikin da ake buƙata. 

source: darasin jami'a PROFINET

Второй протокол обмена в сети PROFINET — PROFINET CBA — служит для организации промышленной связи между оборудованием различных производителей. Основной производственной единицей в системах СВА является некая сущность, которая называется компонентом. Этот компонент обычно представляет собой совокупность механической, электрической и электронной части устройства или установки, а также соответствующее прикладное программное обеспечение. Для каждого компонента выбирается программный модуль, который содержит полное описание интерфейса данного компонента по требованиям стандарта PROFINET. После чего эти программные модули используются для обмена данными с устройствами. 

B&R Ethernet POWERLINK yarjejeniya

Kamfanin B&R na Austriya ne ya haɓaka ka'idar Powerlink a farkon 2000s. Wannan wata aiwatar da ƙa'idar ce ta ainihi akan ma'aunin Ethernet. Ƙimar ƙayyadaddun ƙa'ida yana samuwa kuma ana rarraba shi kyauta. 

Fasahar Powerlink tana amfani da abin da ake kira gaurayawan tsarin jefa kuri'a, lokacin da aka raba duk mu'amala tsakanin na'urori zuwa matakai da yawa. Ana watsa mahimman bayanai masu mahimmanci a cikin lokacin musayar isochronous, wanda aka tsara lokacin amsawa da ake buƙata; sauran bayanan za a watsa, duk lokacin da zai yiwu, a cikin lokacin asynchronous.

Mai sarrafa B&R tare da saitin I/O modules. Source: br-automation.com

Изначально протокол был реализован поверх физического уровня 100Base-TX, но позже была разработана и гигабитная реализация.

Ka'idar Powerlink tana amfani da tsarin tsara tsarin sadarwa. Ana aika wani alamar ko saƙon sarrafawa zuwa cibiyar sadarwar, tare da taimakon abin da aka ƙayyade wanne daga cikin na'urorin a halin yanzu ke da izinin musayar bayanai. Na'ura ɗaya ce kawai ke iya samun damar yin musanya a lokaci ɗaya.

Схематическое представление сети Ethernet POWERLINK с несколькими узлами.

A cikin lokaci mai ban sha'awa, mai kula da zaɓe a jere yana aika buƙatu zuwa kowane kumburi wanda daga ciki yake buƙatar karɓar mahimman bayanai. 

Ana yin lokaci na isochronous, kamar yadda aka riga aka ambata, tare da lokacin sake zagayowar daidaitacce. A cikin asynchronous lokaci na musayar, ana amfani da tari na ka'idar IP, mai sarrafawa yana buƙatar bayanai marasa mahimmanci daga duk nodes, wanda ke aika da amsa yayin da suke samun damar watsawa zuwa hanyar sadarwa. Matsakaicin lokaci tsakanin matakan isochronous da asynchronous ana iya daidaita su da hannu.

Rockwell Automation Ethernet/IP Protocol

An ɓullo da ka'idar EtherNet/IP tare da haɗin gwiwar kamfanin Rockwell Automation na Amurka a cikin 2000. Yana amfani da TCP da UDP IP tari, kuma yana faɗaɗa shi don aikace-aikacen sarrafa kansa na masana'antu. Sashi na biyu na sunan, sabanin ra’ayin da aka sani, baya nufin ka’idar Intanet, amma ka’idar masana’antu. UDP IP yana amfani da tari na sadarwa na CIP (Common Interface Protocol), wanda kuma ake amfani dashi a cikin cibiyoyin sadarwa na ControlNet/DeviceNet kuma ana aiwatar da shi a saman TCP/IP.

Ƙayyadaddun EtherNet/IP yana samuwa a bainar jama'a kuma yana samuwa kyauta. Topology na cibiyar sadarwa na Ethernet/IP na iya zama mai sabani kuma ya haɗa da zobe, tauraro, itace ko bas.

Baya ga daidaitattun ayyuka na HTTP, FTP, SMTP, EtherNet/IP ladabi, yana aiwatar da canja wurin bayanai mai mahimmanci tsakanin mai sarrafa zabe da na'urorin I / O. Ana ba da watsawar bayanan da ba su da mahimmanci ta hanyar fakitin TCP, kuma ana aiwatar da isar da isar da mahimmancin lokaci na bayanan kula da cyclic ta hanyar ka'idar UDP. 

Don daidaita lokaci a cikin tsarin rarraba, EtherNet/IP yana amfani da ka'idar CIPsync, wanda shine tsawo na yarjejeniyar sadarwar CIP.

Схематическое изображение сети Ethernet/IP с несколькими узлами и подключением Modbus-устройств. Источник: www.icpdas.com.tw

Don sauƙaƙa saitin hanyar sadarwa ta EtherNet/IP, yawancin na'urori masu sarrafa kansu suna zuwa tare da fayilolin da aka riga aka ayyana.

Aiwatar da ka'idar FBUS a Fastwel

Mun daɗe muna tunanin ko za mu haɗa da kamfanin Fastwel na Rasha a cikin wannan jerin tare da aiwatar da tsarin cikin gida na yarjejeniyar masana'antu ta FPUS, amma sai muka yanke shawarar rubuta wasu sakin layi biyu don ƙarin fahimtar haƙiƙanin canji na shigo da kaya.

Существует две физические реализации FBUS. Одна из них — это шина, в которой протокол FBUS работает поверх стандарта RS485. Кроме этого есть реализация FBUS в промышленной сети Ethernet.

FBUS сложно назвать быстродействующим протоколом, время ответа сильно зависит от количества модулей ввода-вывода на шине и от параметров обмена, обычно оно колеблется в пределах 0,5—10 миллисекунд. Один подчиненный узел FBUS может содержать только 64 модуля ввода-вывода. Для полевой шины длина кабеля не может превышать 1 метр, поэтому о распределенных системах речь не идет. Вернее идет, но только при использовании промышленной сети FBUS поверх TCP/IP, что означает увеличение времени опроса в несколько раз. Для подключения модулей могут использоваться удлинители шины, что позволяет удобно расположить модули в шкафу автоматики.

Mai sarrafa Fastwel tare da haɗin I/O modules. Source: Gudanar da Injiniya Rasha

Jimlar: yadda ake amfani da duk wannan a aikace a cikin tsarin sarrafa tsari mai sarrafa kansa

A zahiri, nau'ikan nau'ikan ka'idojin canja wurin bayanan masana'antu na zamani sun fi girma fiye da yadda muka bayyana a wannan labarin. Wasu suna daura da takamaiman masana'anta, wasu, akasin haka, na duniya ne. Lokacin haɓaka tsarin sarrafa tsari mai sarrafa kansa (APCS), injiniyan injiniya yana zaɓar ƙa'idodi mafi kyau, la'akari da takamaiman ayyuka da iyakancewa (na fasaha da kasafin kuɗi).

Idan muka yi magana game da yawaitar ƙa'idar musayar ta musamman, zamu iya samar da zane na kamfanin HMS Networks AB girma, wanda ke kwatanta hannun jarin kasuwa na fasahohin musanya daban-daban a cikin hanyoyin sadarwar masana'antu.

source: HMS Networks AB girma

Как видно на диаграмме, PRONET и PROFIBUS от Siemens занимают лидирующие позиции.

Abin sha'awa, shekaru 6 da suka gabata Kashi 60% na kasuwar PROFINET da ka'idojin Ethernet/IP sun mamaye su.

Teburin da ke ƙasa ya ƙunshi taƙaitaccen bayanai akan ƙa'idodin musayar da aka kwatanta. Wasu sigogi, misali, aiki, ana bayyana su cikin ƙayyadaddun sharuddan: babba/ƙananan. Ana iya samun daidaitattun ƙididdiga a cikin labaran binciken aikin. 

	EtherCAT	POWERLINK	PROFINET	Ethernet/IP	ModbusTCP
Layer na jiki	100/1000 BASE-TX	100/1000 BASE-TX	100/1000 BASE-TX	100/1000 BASE-TX	100/1000 BASE-TX
Matsayin bayanai	Канальный (Ethernet-фреймы)	Канальный (Ethernet-фреймы)	Tashoshi (Firam ɗin Ethernet), hanyar sadarwa / sufuri (TCP/IP)	Сетевой/транспортный(TCP/IP)	Сетевой/транспортный(TCP/IP)
Real lokaci goyon baya	A	A	A	A	Babu
Yawan aiki	Binciken	Binciken	IRT - babba, RT - matsakaici	Matsakaicin	Kadan
Tsawon igiya tsakanin nodes	100m	100m/2km	100m	100m	100m
Hanyoyin canja wuri	Babu	Isochronous + asynchronous	IRT – isochronous + asynchronous, RT – asynchronous	Babu	Babu
Yawan nodes	65535	240	Ƙayyadaddun hanyoyin sadarwa na TCP/IP	Ƙayyadaddun hanyoyin sadarwa na TCP/IP	Ƙayyadaddun hanyoyin sadarwa na TCP/IP
Ƙaddamar da karo	Кольцевая топология	Тактовая синхронизация, фазы передачи	Кольцевая топология, фазы передачи	Sauyawa, taurari topology	Sauyawa, taurari topology
Musanya mai zafi	Babu	A	A	A	Dangane da aiwatarwa
Kudin kayan aiki	Kadan	Kadan	Binciken	Matsakaicin	Kadan

Yankunan aikace-aikacen da aka siffanta ka'idojin musayar, motocin fage da cibiyoyin sadarwa na masana'antu sun bambanta sosai. Daga masana'antun sinadarai da kera motoci zuwa fasahar sararin samaniya da kera kayan lantarki. Ana buƙatar ka'idojin musanya mai saurin gaske a cikin tsarin sakawa na ainihin lokaci don na'urori daban-daban da kuma cikin injiniyoyi.

Wadanne ka'idoji kuka yi aiki da su kuma a ina kuka yi amfani da su? Raba kwarewar ku a cikin sharhi. 🙂

source: www.habr.com