Անցած ժամանակահատվածի ժամանակակից արձանագրությունների ակնարկ промавтоматика համակարգերում

Վերջին հրապարակման մեջ մենք խոսեցինք այն մասին, թե ինչպես են գործում բեռնատարները և պրոտոկոլները արդյունաբերական ավտոմատացման մեջ: Այս անգամ կենտրոնանանք ժամանակակից աշխատանքային լուծումների վրա՝ տեսնելու, թե որոնք պրոտոկոլներ են օգտագործվում համաշխարհային համակարգերում: Պատկերացնենք գերմանական ընկերությունների Beckhoff և Siemens, ավստրիական B&R, ամերիկյան Rockwell Automation և ռուսական Fastwel տեխնոլոգիաները: Ավելին, ուսումնասիրենք հանրային լուծումները, որոնք չեն վերաբերում կոնկրետ արտադրողին, ինչպես EtherCAT և CAN։ 

Հոդվածի վերջում կլինի համեմատական աղյուսակ EtherCAT, POWERLINK, PROFINET, EtherNet/IP և ModbusTCP պրոտոկոլների բնութագրերով:

Մենք հաշվի չենք առել PRP, HSR, OPC UA և այլ պրոտոկոլները, քանի որ դրանց վերաբերյալ Հաբրում արդեն կան եռանդուն հոդվածներ մեր մասնակից ճարտարագետների կողմից, ովքեր զբաղվում են արդյունաբերական ավտոմատացման համակարգերի մշակմամբ: Օրինակ, «Բզրի շարադրված PRP և HSR պրոտոկոլները» և «Պռոֆեսիոնալ պրոտոկոլների փոխանցման դարպասներ Linux-ում. մայր սարքավորումը հավաքեք ինքներդ».

Սկզբում որոշենքTerminology-ը: Industrial Ethernet = արդյունաբերական ցանց, Fieldbus = դաշտային բեռնատուփ: Ռուսական արդյունաբերական ավտոմատացման մեջ գոյություն ունի տերմինների խճճվածություն, որը կապված է դաշտային բեռնատուփի և ներքևի մակարդակի արդյունաբերական ցանցի հետ: Շատ հաճախ այդ տերմինները միախառնվում են ընդհանուր, անհստակ «ներքևի մակարդակ» հասկացությանը, որը և դաշտային բեռնատուփն է, և ներքևի մակարդակի բեռնատուփը, եթե անգամ դա բեռնատուփ չէ:

Ինչու այդպես:Այսպիսի խճճվածություն, հավանաբար, կապված է նրանից, որ շատ ժամանակակից վերահսկիչներ ինտերֆեյսների միացումը հաճախ իրականացվում է տիրույթների (անգլ. backplane) կամ ֆիզիկական բեռնատուփի միջոցով: Այսինքն, օգտագործվում են որոշակի բեռնատար կոնտակտներ և միացնող սարքեր, որպեսզի միավորել մի քանի մոդուլ մեկ միասնական հանգույցի: Բայց այդպիսիները, իրենց հերթին, կարող են միացվել ինչպես արդյունաբերական ցանցի, այնպես էլ դաշտային բեռնատուփի միջոցով: Արևմուտքի տերմինաբանությունում կա հստակ բաժանում. ցանցը՝ ցանց, բեռնատուփը՝ բեռնատուփ: Վերջինս արտահայտվում է Industrial Ethernet-ով, առաջինը՝ Fieldbus-ով: Այս հոդվածում այս հասկացությունների համար առաջարկվում է օգտագործել «արդյունաբերական ցանց» և «դաշտային բեռնատուփ» համապատասխանաբար:

EtherCAT արդյունաբերական ցանցի ստանդարտ, Beckhoff ընկերության մշակումը

EtherCAT պրոտոկոլը և արդյունաբերական ցանցը, ամենայն հավանականությամբ, հատկանիշներով այսօր զգալի արագացնելիս ամենաընդունելի տարբերակներից մեկն է ավտոմատացման համակարգերում տվյալների փոխանցման համար: EtherCAT ցանցը հաջողությամբ կիրառվում է դաշտային ավտոմատացման բաժանված համակարգերում, որտեղ փոխգործող հանգույցները ակնհայտ հեռավորությունների վրա են:

EtherCAT պրոտոկոլը օգտագործում է ստանդարտ Ethernet- շրջանակներ իր հաղորդագրությունները փոխանցելու համար, ուստի պահպանվում է համատեղելիություն ցանկացած ստանդարտ Ethernet- սարքավորումների հետ, և, ըստ էության, տվյալների ընդունումն և փոխանցումը կարող են կազմակերպվել ցանկացած Ethernet- վերահսկիչի վրա, մինչև համապատասխան ծրագրակազմի առկայությունն է:

Beckhoff վերահսկիչ մուտք-մուտքի մոդուլների հավաքածուով: Աղբյուրը՝ www.beckhoff.de

Պրոտոկոլի բնութագրումը բաց է և հասանելի, սակայն բացառապես զարգացնող ասոցիացիայի շրջանակներում՝ EtherCAT Technology Group:

Այստեղ ցույց է տրվում, թե ինչպես է գործում EtherCAT (տեսարանն անչափ երկնորհակալ է, ինչպես Zuma Inca խաղը):

Այս պրոտոկոլում բարձր արագությամբ փոխանակումը, որը կարող է լինել միկրոսեկյունդների չափով, իրականցված է այն պատճառով, որ ծրագրավորողները հրաժարվել են տվյալների փոխանակումից՝ ուղարկելով հիշողությանային գրանցումներ՝ ուղղված կոնկրետ սարքին: Ավելին, EtherCAT ցանցում ուղարկվում է մեկ հաղորդագրություն, որը միաժամանակ ուղղված է բոլոր սարքերին, որոնցից յուրաքանչյուրի ենթակա հանգույցները, հաճախ կոչվում են UCS — օբյեկտի հետ կապի սարք, վերցնում են «կանխիկ» այն տվյալները, որոնք նախատեսված էին իրենց համար, և հայտարարում են հաղորդագրությանը այն տվյալները, որոնք պատրաստ են տրամադրել փոխանակման համար: Այնուհետև հաղորդագրությունը ուղարկվում է հաջորդ ենթակա հանգույցին, որտեղ տեղի է ունենում նույն գործողությունը: Վերադառնալով նշված բոլոր UCS-ներին, հաղորդագրությունը նորից վերադարձվում է հիմնական контролերին, որն օգտագործում է ստացված տվյալները, որպեսզի իրականցի կառավարման տրամաբանությունը, կրկին հաղորդագրության միջոցով փոխակցվելով ենթակա հանգույցների հետ, որոնք տրամադրում են կառավարման ազդանշանը սարքերին:

EtherCAT ցանցը կարող է ունենալ ցանկացած տոպոլոգիա, բայց փաստորեն այն միշտ կլինի շրջանաձև՝ շնորհիվ լիակատար դուպլեքսի ռեժիմի և երկու Ethernet վերնաշապիկների օգտագործման: Այսպիսով, հաղորդագրությունը միշտ կհաղորդվի հերթով յուրաքանչյուր սարքին մինև:

Ethercat ցանցի սքեմատիկ ներկայացում՝ մի քանի հանգույցներով: Օրինակ: realpars.com

Մյուս կողմից, EtherCAT-ի բնութագիրը ֆիզիկական մակարդակում 100Base-TX սահմանափակումներ չունի, այնպես որ պրոտոկոլի իրականացումը հնարավոր է աստիճանական և օպտիկական գծերի հիման վրա:

Բաց արդյունաբերական ցանցեր և PROFIBUS/NIT ստանդարտներ Siemens ընկերությունից

Գերմանական Siemens ընկերությունը վաղուց հայտնի է իր ծրագրավորելի քրոնոլոգիական կոնտրոլերդի (PLC) հսկայական լինելով աշխարհում:

Սիրմուշակության սարքավորման կառավարման տակ գտնվող ավտոմատացված համակարգի միջին տվյալները փոխանակվում են թե՛ հանրային ցանցում, որը կոչվում է PROFIBUS, թե՛ արդյունաբերական ցանցում PROFINET:

PROFIBUS ավտոմատացված ցանցները հատուկ երկակի խորդանոցային կաբելների օգտագործում են DB-9 զբաղվածություններով: Siemens-ը առաջարկում է նրա մանուշակագույնը, սակայն մենք գրեթե հանդիպել ենք նաև ուրիշին: Մի քանի հանգույցների կապի դեպքում միանում են երկու կաբել: Այն ունի որակային սեղմիչ, որը նախատեսված է վերջակետային ռեզիստորի համար: Վերջակետային ռեզիստորը պետք է միացած լինի ցանցի վերջնական սարքերում, այսպիսով գովազդված է, որ դա առաջին կամ վերջին սարքն է, և ապա միայն բոկեր ու վակուում կա (բոլորը rs485 ակնկալված են): Եթե միջին այդ սեղմիչում միացվի ռեզիստոր, ապա հաջորդ տեղը դադարեցվում է:

PROFIBUS կաբելները կապող գաջեթներով: Օրինակ: VIPA ControlsAmerica

PROFINET ցանցում օգտագործվում է նույնական ճոպան, սովորաբար RJ-45 ծայրերով, իսկ kabel-ը ներկված է կանաչ գույնով: Եթե PROFIBUS-ի տոպոլոգիան է խողովակ, ապա PROFINET-ի ցանցը կարող է ներկայացնել ինչ-որ բան. ինչպես օղակ, այնպես էլ աստղ, այնպես էլ ծառ, ինչպես גם բոլորն միասին:

Siemens-ի վերահսկիչ միացված PROFINET kabel-ին: Վիքիպեդիա: w3.siemens.com

Պարունակվում են մի քանի հաղորդակցման միջավայրեր PROFIBUS-ի խողովակի շուրջ և PROFINET ցանցում:

PROFIBUS-ի համար:

1. PROFIBUS DP — այս պրոտոկոլի կիրարկումը ենթադրում է կապ հեռավոր ենթակարգերի սարքերի հետ, PROFINET-ի դեպքում այս պրոտոկոլին համարժեք է PROFINET IO պրոտոկոլը:
2. PROFIBUS PA — ըստ էության, նույնպես այնպիսին է, ինչպես PROFIBUS DP, միայն օգտագործվում է պայթուցիկ վտանգներով տվյալների փոխանցման և սննդի համար (PROFIBUS DP-ն այլ ֆիզիկական հատկություններով): PROFINET-ի պայթուցիկ վտանգներով պրոտոկոլ, ըստ նմանության PROFIBUS-ի, դեռևս գոյություն չունի:
3. PROFIBUS FMS — նախատեսված է տվյալների փոխանակման համար այլ արտադրողների համակարգերի հետ, որոնք չեն կարող օգտագործել PROFIBUS DP: PROFIBUS FMS-ի կոդը PROFINET ցանցում է PROFINET CBA պրոտոկոլը:

PROFINET-ի համար:

1. PROFINET IO;
2. PROFINET CBA.

PROFINET IO պրոտոկոլը բաժանվում է մի քանի դասերի:

• PROFINET NRT (առանց իրական ժամանակի) — օգտագործվում է այն կիրառություններում, որտեղ ժամանակային պարամետրերը կարևոր չեն: Դրան օգտագործվում է Ethernet TCP/IP տվյալների փոխանցման պրոտոկոլը, ինչպես նաև UDP/IP:
• PROFINET RT (իրական ժամանակ) — այստեղ տվյալները մուտք/արտածման փոխանակումը իրականացվում է Ethernet շրջանակների միջոցով, սակայն ախտորոշիչ տվյալները և կապի տվյալները դեռ փոխանցվում են UDP/IP միջոցով: 
• PROFINET IRT (իզոխրոնային իրական ժամանակ) — այս պրոտոկոլը մշակվել է հատուկ շարժման կառավարման կիրառությունների համար և ներառում է իզոխրոնային տվյալների փոխանցման փուլ:

Ինչ վերաբերում է PROFINET IRT-ի խիստ իրական ժամանակի պրոտոկոլի կիրարկմանը, ապա հեռավոր սարքերի հետ հաղորդակցման համար առանձնանում են երկու հաղորդակցման ալիքներ՝ իզոխրոնային և ասինխրոնային: Իզոխրոնային ալիքում ֆիքսված ժամանակով շրջանի բարձրությունը օգտագործում է տագնապային սինխրոնիզացիա և փոխանցում է ժամանակի զգայուն տվյալներ, փոխանցման համար օգտագործվում են երկրորդ մակարդակի հեռագիրներ: Իզոխրոնային ալիքում փոխանցման տևողությունը չի գերազանցում 1 միլիսեկունդ:

Ասինխրոնային ալիքում փոխանցվում են այսպես կոչված իրական ժամանակի տվյալներ, որոնք նույնպես հասցեագրվում են MAC-հասցեով: Բացի այդ, տարբեր ախտորոշիչ և աջակցության տեղեկություններ փոխանցվում են արդեն TCP/IP-ի շերտի վերևում: Այսպես կոչված իրական ժամանակի տվյալները, ինչպես նաև գոնե մնացյալ տեղեկությունն, իհարկե, չեն կարող խափանել իզոխրոնային շրջանառությունը:

PROFINET IO-ի ընդլայնված ֆունկցիոնալությունը չի պահանջվում ամեն промышленный автоматизацией համակարգի համար, այդ պատճառով այս պրոտոկոլը ներդրվում է կոնկրետ նախագծի համապատասխանությամբ, համապատասխանության դասերին կամ օգտագործման դասերին (conformance classes): CC-A, CC-B, CC-CC: Այս դասերը թույլ են տալիս ընտրել դաշտային սարքեր և հիմնական կոմպոնենտներ նվազագույն անհրաժեշտ ֆունկցիոնալությամբ: 

Ընտանիք: PROFINET համալսարանական դաս

PROFINET ցանցում երկրորդ հաղորդման պրոտոկոլը՝ PROFINET CBA — նախատեսված է տարբեր արտադրողների սարքերի միջև արդյունաբերական կապի կազմակերպման համար: ՍՎԱ համակարգերում հիմնական արտադրողական միավորը մի տեսակ է, որի անունն է կոմպոնենտ: Այս կոմպոնենտը սովորաբար ներկայացնում է սարքի կամ համալիրի մեխանիկական, էլեկտրական և էլեկտրոնային մասերի համախումբ, ինչպես նաև համապատասխան կիրառական ծրագրային ապահովումը: Յուրաքանչյուր կոմպոնենտի համար ընտրվում է ծրագրային մոդուլ, որը պարունակում է տվյալ կոմպոնենտի ինտերֆեյսի ամբողջական նկարագիրը PROFINET ստանդարտին համապատասխան: Այնուհետև այս ծրագրային մոդուլները օգտագործվում են սարքեր հետ տվյալների փոխանակման համար. 

B&R ընկերության Ethernet POWERLINK պրոտոկոլը

Powerlink պրոտոկոլը մշակվել է ավստրալացի B&R ընկերության կողմից 2000-ականների սկզբում: Դա իրական ժամանակի պրոտոկոլի մեկ այլ իրականացում է Ethernet ստանդարտի վրա: Պրոտոկոլի սպեցիֆիկացիան հասանելի է և տարածվում է ազատ: 

Powerlink տեխնոլոգիայում կիրառվում է այնպես կոչված խառնուրդի հարցման մեխանիզմ, երբ սարքերի միջև ամբողջ փոխանակումը բաժանվում է մի քանի փուլերի: Խիստ կարևոր տվյալները փոխանցվում են իզոխրոնիկ փոխանակման փուլում, որը կարգավորվում է պահանջվող պատասխան ժամանակով, մյուս տվյալները, հնարավորության դեպքում, կփոխանցվեն ասինխրոնային փուլում:

B&R կառավարման սարք փականի-մուտք գործի մոդուլներով: աղբյուրը: br-automation.com

Պրոտոկոլը սկզբից իրականացվել է ֆիզիկական մակարդակի 100Base-TX-ի վրա, սակայն ավելի ուշ մշակվել է նաև գիգաբիտային իրականացում:

Powerlink պրոտոկոլում կիրառվում է փոխանակման կարգավորման մեխանիզմ: Նետվում է որոշակի մարկեր կամ կառավարման հաղորդագրություն, որի միջոցով սահմանվում է, թե որ սարքը այս պահին ունի թույլտվություն տվյալների փոխանակման համար: Յուրաքանչյուր պահին փոխանակմանը կարող է մուտք ունենալ միայն մեկ սարք:

Ethernet POWERLINK ցանցի schematical ներկայացում մի քանի узловами.

Իզոխրոնիկ փուլում հարցնող կառաջարկիչը հերթով ուղարկում է հարցում յուրաքանչյուր узлу, նրանից, որ անհրաժեշտ է ստանալ կարևոր տվյալներ: 

Իզոխորային փուլը իրականացվում է, ինչպես արդեն նշվել է, կարգավորվող ցիկլի ժամանակահատվածով: Ասինխրոնային փոխանցման փուլի ընթացքում IP պրոտոկոլի կույտը օգտագործվում է, ակցեսորն խնդրում է ոչ կարևոր տվյալներ բոլոր узлов-ներից, որոնք պատասխան ուղարկում են, ստանալով մուտք դեպի մանրամասների փոխանցումը ցանցում: Իզոխորային և ասինխրոնային փուլերի միջեւ ժամանակի հարաբերությունը կարող է ձեռքով կարգավորվել:

Rockwell Automation ընկերության Ethernet/IP պրոտոկոլը

EtherNet/IP պրոտոկոլը մշակվել է ամերիկյան Rockwell Automation ընկերության ակտիվ մասնակցությամբ 2000 թվականին: Դա օգտագործում է TCP և UDP IP կույտ, և ընդլայնում է այն արդյունաբերական ավտոմատացման կիրառման համար: Այստեղ ամենատարածված անունը, հակառակ ապականված կարծիքին, նշանակում է ոչ Internet Protocol, այլ Industrial Protocol: UDP IP-ն օգտագործում է CIP (Common Interface Protocol) հաղորդակցման կույտը, որը նույնպես օգտագործվում է ControlNet / DeviceNet ցանցերում և իրականացվում TCP/IP-ի վրա:

EtherNet/IP-ի հստակագիրը հասանելի է հանրությանը և տարածվում է անվճար: Ethernet/IP ցանցիTopology կարող է լինել զուգահեռ ու ներառել օղակ, աստղ, ծառ կամ ավտոբուս:

HTTP, FTP, SMTP պրոտոկոլների ստանդարտ ֆունկցիաներին ավելացնելով, EtherNet/IP-ն իրականացնում է ժամանակի նկատմամբ կարևոր տվյալների փոխանցումը հարցնող ակցեսորի և մուտք/արտաքին սարքերի միջև: Ժամանակի նկատմամբ կարևոր չլինող տվյալների փոխանցումը ապահովվում է TCP փաթեթներով, իսկ ժամանակի նկատմամբ կարևոր ազդակների կառավարման ցիկլային տվյալների փոխանցումը տեղի է ունենում UDP պրոտոկոլի միջոցով: 

Ժամանակի համաժամացման համար EtherNet/IP-ը օգտագործում է CIPsync պրոտոկոլը, որը հանդիսանում է CIP հաղորդակցման պրոտոկոլի ընդլայնում:

Ethernet/IP ցանցի սխեմատիկ պատկեր, որտեղ կան մի քանի узлов-ներ և Modbus սարքերի միացում: Զարմացած աղբյուր: www.icpdas.com.tw

EtherNet/IP ցանցին կարգավորումը հեշտացնելու համար, մեծ մասշտաբի ավտոմատացման ստանդարտ սարքերն ունեն նախանշված կոնֆիգուրացիոն ֆայլեր:

Fastwel ընկերությունում FBUS պրոտոկոլի իրականացումը

Երեք տարի մտածեցինք, արդյոք այս ցուցակում ներառել ռուսաստանյան Fastwel ընկերությունը, իր ջերմացնում է FBUS արդյունաբերական պրոտոկոլը, բայց այնուհետև որոշեցինք գրել մի քանի ախպյուրների համար մի քանի պարբերություններ, որպեսզի ավելի լավ հասկանալ ներմուծման փոխարինման իրականությունը:

FBUS-ի երկու ֆիզիկական իրականացումներ գոյություն ունեն: Մի ընկերությունն է ավտոբուս, որտեղ FBUS պրոտոկոլը գործում է RS485 ստանդարտի վրա: ՕBesides, there is an FBUS implementation within an industrial Ethernet network.

FBUS դժվար է արագ պահեստավորել, պատասխան ժամանակը շատ է կախված տվյալների մոդուլների քանակից բխած տրանսպորտային միջավայրում և հաղորդման պարամետրերից, սովորաբար այն տատանվում է 0,5—10 միլիվայրկյանների մեջ: Մի ենթակայ ավելիությունները FBUS կարող է պարունակել միայն 64 մոդուլ: Ֆոտորադիո երթուղու երկարությունը չի կարող գերազանցել 1 մետր, այդ պատճառով տարանջատված համակարգերի մասին խոսքը չի գնում: Իհարկե, խոսվի, բայց միայն արդյունաբերական FBUS ցանցերի օգտագործման դեպքում TCP/IP-ի վերևում, ինչը նշանակում է մի քանի անգամ հարցման ժամանակի մեծացում: Մոդուլների միացումն ممکن է իրացնել երկարաձգող գործիքներով, ինչը հնարավորություն է տալիս հարմարավետ տեղադրել մոդուլները ավտոմատիկայի կաբինայում.

Fastwel վերահսկիչը միացված մոդուլներով: Լուսանկար: Control Engineering Հայաստան

Այսպես է կիրառվում ամեն ինչ ԱՍՈՒ ՏՊ-ում

Բնական է, որ ժամանակակից արդյունաբերական տվյալների փոխանցման պրոտոկոլների տեսական բազմազանությունը շատ ավելի մեծ է, քան մենք նկարագրել ենք այս հոդվածում: Որոշները կապված են տվյալ արտադրողի հետ, այլ մարդիկ էլ, բացահայտ, համընդհանուր են: ԱՍՈՒ ՏՊ համակարգերի մշակման ընթացքում ինժեները ընտրում է օպտիմալ պրոտոկոլներ՝ նկատի ունենալով կոնկրետ խնդիրներն ու սահմանափակումները (տեխնիկական և բյուջետային):

Եթե խոսեք որոշակի հաղորդման պրոտոկոլի տարածման մասին, ապա կարող են ներկայացվել ընկերության HMS Networks AB, որը պատկերում է շուկայում տարբեր հաղորդակցության տեխնոլոգիաների մասնաբաժինները:

Ընտանիք: HMS Networks AB

Ինչպես երևում է գրաֆիկից, PRONET և Siemens-ի PROFIBUS-ը զբաղեցնում են առաջատար դիրքեր:

Հետաքրքիր է, որ 6 տարի առաջ 60% շուկան զբաղեցրել է PROFINET և Ethernet/IP պրոտոկոլների:.

Սեղանում ներքևում հավաքված են ամփոփ տվյալներ նկարագրված հաղորդման պրոտոկոլների մասին: Որոշ պարամետրեր, օրինակ, կատարողականությունը արտահայտվել է մաթեմատիկական տերմիններով՝ բարձր/ ցածր: Թվային համարժեքները կարող եք գտնել կատարողականության վերլուծության հոդվածներում: 

Նկարագրված փոխանակման պրոտոկոլների, ոլորտային ավտոբուսների և արդյունաբերական ցանցերի կիրառման ոլորտները շատ բազմազան են: Սնուցման և ավտոմոբիլային արդյունաբերությունից մինչև օդատիեզերական տեխնոլոգիաներ և էլեկտրոնիկայի արտադրություն: Նայվում են արագ գործողության փոխանակման պրոտոկոլները տարբեր սարքերի real-time դիրքի նշման համակարգերում և ռոբոտաշինության մեջ:

Դուք որոնք պրոտոկոլներով աշխատել եք և որտեղ եք կիրառել? Կիսվեք ձեր փորձով մեկնաբանություններում։ 🙂

Ընտանիք: habr.com