Անշուշտ ձեզանից շատերը գիտեն կամ նույնիսկ տեսել են, թե ինչպես են կառավարվում մեծ ավտոմատացված օբյեկտները, օրինակ՝ ատոմակայանը կամ գործարանը բազմաթիվ հոսքագծերով. հիմնական գործողությունը հաճախ տեղի է ունենում մեծ սենյակում, էկրաններով, լամպերով: և հեռակառավարման վահանակներ: Այս կառավարման համալիրը սովորաբար կոչվում է գլխավոր կառավարման սենյակ՝ արտադրական օբյեկտի մոնիտորինգի հիմնական կառավարման վահանակ:
Անշուշտ ձեզ հետաքրքրում էր, թե ինչպես է այդ ամենը աշխատում ապարատային և ծրագրային ապահովման առումով, ինչպես են այս համակարգերը տարբերվում սովորական անհատական համակարգիչներից: Այս հոդվածում մենք կանդրադառնանք, թե ինչպես են տարբեր տվյալներ հասնում հիմնական կառավարման սենյակ, ինչպես են հրահանգները ուղարկվում սարքավորումներին և ինչ է ընդհանուր առմամբ անհրաժեշտ կոմպրեսորային կայանի, պրոպանի արտադրության գործարանի, մեքենաների հավաքման գծի կամ նույնիսկ կոյուղու պոմպակայան.
Ամենացածր մակարդակը կամ դաշտային ավտոբուսն այն է, որտեղ ամեն ինչ սկսվում է
Բառերի այս խումբը, որը անհասկանալի է անհայտների համար, օգտագործվում է, երբ անհրաժեշտ է նկարագրել միկրոկոնտրոլերների և ենթակա սարքավորումների միջև կապի միջոցները, օրինակ՝ I/O մոդուլները կամ չափիչ սարքերը: Սովորաբար կապի այս ալիքը կոչվում է «դաշտային ավտոբուս», քանի որ այն պատասխանատու է «դաշտից» վերահսկիչին փոխանցվող տվյալների փոխանցման համար:
«Դաշտը» խորը մասնագիտական տերմին է, որը վերաբերում է այն փաստին, որ որոշ սարքավորումներ (օրինակ՝ սենսորներ կամ ակտուատորներ), որոնց հետ փոխգործակցում է կարգավորիչը, գտնվում են ինչ-որ տեղ հեռու, հեռու, փողոցում, դաշտերում, գիշերվա քողի տակ։ . Եվ կարևոր չէ, որ սենսորը կարող է տեղակայվել կարգավորիչից կես մետր հեռավորության վրա և չափել, ասենք, ջերմաստիճանը ավտոմատացման կաբինետում, այնուամենայնիվ համարվում է, որ այն «դաշտում է»: Ամենից հաճախ, I/O մոդուլներ հասնող սենսորների ազդանշանները դեռևս անցնում են տասնյակից հարյուրավոր մետր (և երբեմն ավելի շատ) հեռավորություններ՝ տեղեկատվություն հավաքելով հեռավոր կայքերից կամ սարքավորումներից: Իրականում, այդ իսկ պատճառով փոխանակման ավտոբուսը, որի միջոցով վերահսկիչը արժեքներ է ստանում այս նույն սենսորներից, սովորաբար կոչվում է դաշտային ավտոբուս կամ, ավելի քիչ, ավելի ցածր մակարդակի ավտոբուս կամ արդյունաբերական ավտոբուս:
Արդյունաբերական օբյեկտի ավտոմատացման ընդհանուր սխեման
Այսպիսով, սենսորից ստացվող էլեկտրական ազդանշանը անցնում է որոշակի հեռավորություն մալուխային գծերով (սովորաբար սովորական պղնձե մալուխի երկայնքով որոշակի քանակությամբ միջուկներով), որին միացված են մի քանի սենսորներ: Այնուհետև ազդանշանը մտնում է մշակման մոդուլ (մուտքային/ելքային մոդուլ), որտեղ այն վերածվում է կարգավորիչին հասկանալի թվային լեզվի։ Այնուհետև դաշտային ավտոբուսի միջոցով այս ազդանշանը գնում է անմիջապես վերահսկիչին, որտեղ այն վերջնականապես մշակվում է: Նման ազդանշանների հիման վրա կառուցվում է հենց միկրոկոնտրոլերի գործառնական տրամաբանությունը։
Վերին մակարդակ. ծաղկեպսակից մինչև մի ամբողջ աշխատատեղ
Վերին մակարդակ կոչվում է այն ամենը, ինչին կարող է դիպչել սովորական մահկանացու օպերատորը, ով վերահսկում է տեխնոլոգիական գործընթացը։ Ամենապարզ դեպքում վերին մակարդակը լույսերի և կոճակների հավաքածու է: Լույսի լամպերը օպերատորին ազդանշան են տալիս համակարգում տեղի ունեցող որոշակի իրադարձությունների մասին, կոճակները օգտագործվում են վերահսկիչին հրամաններ տալու համար: Այս համակարգը հաճախ անվանում են «ծաղկեպսակ» կամ «տոնածառ», քանի որ այն շատ նման է (ինչպես կարելի է տեսնել հոդվածի սկզբի լուսանկարից):
Եթե օպերատորն ավելի բախտավոր է, ապա որպես վերին մակարդակ նա կստանա օպերատորի վահանակ՝ մի տեսակ հարթ վահանակի համակարգիչ, որն այս կամ այն կերպ տվյալներ է ստանում կարգավորիչից ցուցադրելու համար և ցուցադրում այն էկրանին: Նման վահանակը սովորաբար տեղադրվում է հենց ավտոմատացման կաբինետի վրա, այնպես որ դուք սովորաբար պետք է շփվեք դրա հետ կանգնած ժամանակ, ինչը անհարմարություն է առաջացնում, գումարած փոքր ձևաչափի վահանակների պատկերի որակը և չափը շատ ցանկալի է թողնում:
Եվ վերջապես, աննախադեպ առատաձեռնության գրավչություն՝ աշխատանքային կայան (կամ նույնիսկ մի քանի կրկնօրինակ), որը սովորական անհատական համակարգիչ է։
Վերին մակարդակի սարքավորումները պետք է ինչ-որ կերպ փոխազդեն միկրոկոնտրոլերի հետ (հակառակ դեպքում ինչո՞ւ է դա անհրաժեշտ): Նման փոխազդեցության համար օգտագործվում են վերին մակարդակի արձանագրություններ և որոշակի փոխանցման միջոց, օրինակ՝ Ethernet կամ UART: «Տոնածառի» դեպքում նման բարդություններ, իհարկե, պետք չեն, էլեկտրական լամպերը վառվում են սովորական ֆիզիկական գծերով, այնտեղ չկան բարդ միջերեսներ կամ արձանագրություններ։
Ընդհանուր առմամբ, այս վերին մակարդակը ավելի քիչ հետաքրքիր է, քան դաշտային ավտոբուսը, քանի որ այս վերին մակարդակը կարող է ընդհանրապես գոյություն չունենալ (օպերատորի համար ոչինչ չկա, որ նա նայի շարքից. վերահսկիչն ինքն է պարզելու, թե ինչ պետք է արվի և ինչպես: )
«Հին» տվյալների փոխանցման արձանագրություններ՝ Modbus և HART
Քչերը գիտեն, բայց աշխարհի ստեղծման յոթերորդ օրը Աստված չհանգստացավ, այլ ստեղծեց Modbus-ը։ HART արձանագրության հետ մեկտեղ Modbus-ը թերևս ամենահին արդյունաբերական տվյալների փոխանցման արձանագրությունն է, այն հայտնվել է դեռևս 1979 թվականին:
Սերիական ինտերֆեյսը սկզբում օգտագործվել է որպես փոխանցման միջոց, այնուհետև Modbus-ը ներդրվել է TCP/IP-ի միջոցով: Սա համաժամանակյա master-slave (master-slave) արձանագրություն է, որն օգտագործում է հարցում-պատասխան սկզբունքը: Արձանագրությունը բավականին ծանր է և դանդաղ, փոխանակման արագությունը կախված է ստացողի և հաղորդիչի բնութագրերից, բայց սովորաբար հաշվարկը գրեթե հարյուրավոր միլիվայրկյան է, հատկապես, երբ իրականացվում է սերիական ինտերֆեյսի միջոցով:
Ավելին, Modbus տվյալների փոխանցման ռեգիստրը 16-բիթանոց է, որն անմիջապես սահմանափակումներ է դնում իրական և կրկնակի տիպերի փոխանցման վրա։ Դրանք փոխանցվում են կամ մաս-մաս կամ ճշգրտության կորստով։ Թեև Modbus-ը դեռ լայնորեն օգտագործվում է այն դեպքերում, երբ կապի բարձր արագությունը անհրաժեշտ չէ, և փոխանցվող տվյալների կորուստը կարևոր չէ: Տարբեր սարքերի շատ արտադրողներ սիրում են ընդլայնել Modbus արձանագրությունը իրենց բացառիկ և շատ օրիգինալ ձևով՝ ավելացնելով ոչ ստանդարտ գործառույթներ։ Հետևաբար, այս արձանագրությունն ունի բազմաթիվ մուտացիաներ և նորմայից շեղումներ, բայց դեռ հաջողությամբ ապրում է ժամանակակից աշխարհում:
HART արձանագրությունը նույնպես գոյություն ունի ութսունական թվականներից, այն արդյունաբերական հաղորդակցության արձանագրություն է երկու լարով ընթացիկ հանգույցի գծի վրա, որն ուղղակիորեն միացնում է 4-20 մԱ սենսորները և HART-ով միացված այլ սարքեր:
HART գծերը փոխարկելու համար օգտագործվում են հատուկ սարքեր, այսպես կոչված, HART մոդեմներ։ Կան նաև փոխարկիչներ, որոնք օգտատիրոջը տալիս են, ասենք, Modbus պրոտոկոլը ելքի վրա։
HART-ը, թերեւս, հատկանշական է նրանով, որ բացի 4-20 մԱ սենսորների անալոգային ազդանշաններից, շղթայում փոխանցվում է նաև արձանագրության թվային ազդանշանը, ինչը թույլ է տալիս միացնել թվային և անալոգային մասերը մեկ մալուխային գծում: Ժամանակակից HART մոդեմները կարող են միացված լինել կարգավորիչի USB պորտին, միացված լինել Bluetooth-ի միջոցով կամ հնաոճ եղանակով՝ սերիական պորտի միջոցով: Տասնյակ տարի առաջ Wi-Fi-ի անալոգիայով հայտնվեց WirelessHART անլար ստանդարտը, որը գործում էր ISM տիրույթում։
Երկրորդ սերնդի արձանագրություններ կամ ոչ այնքան արդյունաբերական ավտոբուսներ ISA, PCI(e) և VME
Modbus և HART արձանագրությունները փոխարինվել են ոչ այնքան արդյունաբերական ավտոբուսներով, ինչպիսիք են ISA (MicroPC, PC/104) կամ PCI/PCIe (CompactPCI, CompactPCI Serial, StacPC), ինչպես նաև VME:
Եկել է համակարգիչների դարաշրջանը, որոնք իրենց տրամադրության տակ ունեն տվյալների ունիվերսալ ավտոբուս, որտեղ կարելի է միացնել տարբեր տախտակներ (մոդուլներ)՝ որոշակի միասնական ազդանշան մշակելու համար։ Որպես կանոն, այս դեպքում պրոցեսորային մոդուլը (համակարգիչը) տեղադրվում է այսպես կոչված շրջանակի մեջ, որն ապահովում է ավտոբուսի միջոցով փոխազդեցությունը այլ սարքերի հետ։ Շրջանակը կամ, ինչպես սիրում են այն անվանել իսկական ավտոմատացման մասնագետները, «վանդակը», լրացվում է անհրաժեշտ մուտքային-ելքային տախտակներով՝ անալոգային, դիսկրետ, ինտերֆեյս և այլն, կամ այս ամենը հավաքվում է սենդվիչի տեսքով՝ առանց շրջանակ - մեկ տախտակ մյուսի վրա: Դրանից հետո ավտոբուսի այս բազմազանությունը (ISA, PCI և այլն) տվյալների փոխանակում է պրոցեսորային մոդուլի հետ, որն այդպիսով ստանում է տեղեկատվություն սենսորներից և իրականացնում որոշակի տրամաբանություն։
Կարգավորիչ և I/O մոդուլներ PXI շրջանակում PCI ավտոբուսի վրա: Աղբյուր.
Ամեն ինչ լավ կլինի այս ISA, PCI(e) և VME ավտոբուսների հետ, հատկապես այդ ժամանակների համար. փոխանակման արագությունը հիասթափեցնող չէ, և համակարգի բաղադրիչները տեղակայված են մեկ շրջանակում, կոմպակտ և հարմար, հնարավոր է, որ տաք փոխանակման հնարավորություն չկա: I/O քարտեր, բայց ես դեռ չեմ ուզում:
Բայց քսուքի մեջ ճանճ կա, և մեկից ավելի: Նման կոնֆիգուրացիայում բաշխված համակարգ կառուցելը բավականին դժվար է, փոխանակման ավտոբուսը լոկալ է, դուք պետք է ինչ-որ բան գտեք այլ ստրուկ կամ գործընկերային հանգույցների հետ տվյալների փոխանակման համար, նույն Modbus-ը TCP/IP-ի կամ որևէ այլ արձանագրության միջոցով, ընդհանուր առմամբ, բավարար հարմարություններ չկան։ Դե, երկրորդ ոչ այնքան հաճելի բանը. I/O տախտակները սովորաբար ակնկալում են ինչ-որ միասնական ազդանշան որպես մուտք, և նրանք չունեն գալվանական մեկուսացում դաշտային սարքավորումներից, այնպես որ դուք պետք է ցանկապատ պատրաստեք տարբեր փոխակերպման մոդուլներից և միջանկյալ սխեմաներից, ինչը մեծապես բարդացնում է տարրի հիմքը:
Միջանկյալ ազդանշանի փոխակերպման մոդուլներ գալվանական մեկուսացմամբ: Աղբյուր.
«Ի՞նչ կասեք արդյունաբերական ավտոբուսի արձանագրության մասին»: -հարցնում ես։ Ոչինչ։ Այն գոյություն չունի այս իրականացման մեջ: Մալուխային գծերի միջոցով ազդանշանը անցնում է սենսորներից դեպի ազդանշանի փոխարկիչներ, փոխարկիչները լարում են մատակարարում դիսկրետ կամ անալոգային I/O տախտակին, և տախտակի տվյալները արդեն կարդացվում են I/O պորտերի միջոցով՝ օգտագործելով ՕՀ: Եվ ոչ մի մասնագիտացված արձանագրություն:
Ինչպես են աշխատում ժամանակակից արդյունաբերական ավտոբուսները և արձանագրությունները
Հիմա ինչ? Մինչ օրս ավտոմատացված համակարգեր կառուցելու դասական գաղափարախոսությունը մի փոքր փոխվել է: Բազմաթիվ գործոններ դեր խաղացին՝ սկսած նրանից, որ ավտոմատացումը նույնպես պետք է հարմար լինի, և վերջացրած տենդենցով դեպի բաշխված ավտոմատ համակարգեր՝ միմյանցից հեռու հանգույցներով:
Թերևս կարելի է ասել, որ այսօր ավտոմատացման համակարգեր կառուցելու երկու հիմնական հասկացություն կա՝ տեղայնացված և բաշխված ավտոմատ համակարգեր։
Տեղայնացված համակարգերի դեպքում, որտեղ տվյալների հավաքագրումը և կառավարումը կենտրոնացված են մեկ կոնկրետ վայրում, պահանջարկ ունի մուտքային/ելքային մոդուլների որոշակի հավաքածու, որոնք փոխկապակցված են ընդհանուր արագ ավտոբուսով, ներառյալ վերահսկիչն իր սեփական փոխանակման արձանագրությամբ: Այս դեպքում, որպես կանոն, I/O մոդուլները ներառում են ինչպես ազդանշանի փոխարկիչ, այնպես էլ գալվանական մեկուսացում (չնայած, իհարկե, ոչ միշտ): Այսինքն, բավական է, որ վերջնական օգտագործողը հասկանա, թե ավտոմատացված համակարգում ինչ տեսակի սենսորներ և մեխանիզմներ են լինելու, հաշվել տարբեր տեսակի ազդանշանների համար անհրաժեշտ մուտքային/ելքային մոդուլների քանակը և դրանք միացնել կարգավորիչի հետ մեկ ընդհանուր գծի մեջ։ . Այս դեպքում, որպես կանոն, յուրաքանչյուր արտադրող օգտագործում է իր սիրելի փոխանակման արձանագրությունը I/O մոդուլների և վերահսկիչի միջև, և այստեղ կարող են լինել շատ տարբերակներ:
Բաշխված համակարգերի դեպքում, այն ամենը, ինչ ասվում է տեղայնացված համակարգերի հետ կապված, ճիշտ է, բացի այդ, կարևոր է, որ առանձին բաղադրիչները, օրինակ՝ մուտքային-ելքային մոդուլների մի շարք գումարած տեղեկատվություն հավաքելու և փոխանցելու սարք. շատ խելացի միկրոկոնտրոլեր, որը կանգնած է ինչ-որ տեղ դաշտում գտնվող տաղավարում, յուղը փակող փականի կողքին, կարող է փոխազդել նույն հանգույցների և մեծ հեռավորության վրա գտնվող հիմնական կարգավորիչի հետ արդյունավետ փոխարժեքով:
Ինչպե՞ս են մշակողները ընտրում արձանագրություն իրենց նախագծի համար: Բոլոր ժամանակակից փոխանակման արձանագրությունները ապահովում են բավականին բարձր արդյունավետություն, ուստի այս կամ այն արտադրողի ընտրությունը հաճախ չի որոշվում հենց այս արդյունաբերական ավտոբուսի փոխարժեքով: Արձանագրության իրականացումն ինքնին այնքան էլ կարևոր չէ, քանի որ, համակարգի մշակողի տեսանկյունից, այն դեռևս կլինի սև արկղ, որն ապահովում է որոշակի ներքին փոխանակման կառուցվածք և նախատեսված չէ արտաքին միջամտության համար: Ամենից հաճախ ուշադրություն է դարձվում գործնական բնութագրերին. համակարգչի աշխատանքը, արտադրողի հայեցակարգը առաջադրանքին կիրառելու դյուրինությունը, մուտքային/օդային մոդուլների անհրաժեշտ տեսակների առկայությունը, առանց կոտրելու մոդուլների տաք փոխանակման հնարավորությունը: ավտոբուսը և այլն։
Սարքավորումների հանրաճանաչ մատակարարներն առաջարկում են արդյունաբերական արձանագրությունների իրենց ներդրումը. օրինակ, հայտնի Siemens ընկերությունը մշակում է Profinet և Profibus արձանագրությունների իր շարքը, B&R-ը մշակում է Powerlink արձանագրությունը, Rockwell Automation-ը մշակում է EtherNet/IP արձանագրությունը: Կենցաղային լուծում օրինակների այս ցանկում. FBUS արձանագրության տարբերակ ռուսական Fastwel ընկերության կողմից:
Կան նաև ավելի ունիվերսալ լուծումներ, որոնք կապված չեն կոնկրետ արտադրողի հետ, ինչպիսիք են EtherCAT-ը և CAN-ը: Մենք մանրամասն կվերլուծենք այս արձանագրությունները հոդվածի շարունակության մեջ և կպարզենք, թե դրանցից որն է ավելի հարմար կոնկրետ կիրառությունների համար՝ ավտոմոբիլային և օդատիեզերական արդյունաբերություն, էլեկտրոնիկայի արտադրություն, դիրքավորման համակարգեր և ռոբոտաշինություն: Մնալ կապի մեջ!
Source: www.habr.com