við ræddum hvernig rútur og samskiptareglur virka í iðnaðar sjálfvirkni. Að þessu sinni munum við einbeita okkur að nútíma vinnulausnum: við munum skoða hvaða samskiptareglur eru notaðar í kerfum um allan heim. Skoðum tækni þýsku fyrirtækjanna Beckhoff og Siemens, austurríska B&R, bandaríska Rockwell Automation og rússneska Fastwel. Við munum einnig rannsaka alhliða lausnir sem eru ekki bundnar við ákveðinn framleiðanda, eins og EtherCAT og CAN.
Í lok greinarinnar verður samanburðartafla með einkennum EtherCAT, POWERLINK, PROFINET, EtherNet/IP og ModbusTCP samskiptareglur.
Við tókum ekki PRP, HSR, OPC UA og aðrar samskiptareglur með í endurskoðuninni, vegna þess Það eru nú þegar frábærar greinar um þá á Habré eftir samverkfræðinga okkar sem eru að þróa sjálfvirknikerfi í iðnaði. Til dæmis, и .
Fyrst skulum við skilgreina hugtökin: Industrial Ethernet = iðnaðarnet, Fieldbus = field bus. Í rússneskri iðnaðar sjálfvirkni er ruglingur í hugtökum sem tengjast vettvangsrútunni og lægra stigi iðnaðarnetsins. Oft eru þessi hugtök sameinuð í eitt, óljóst hugtak sem kallast „lægra stig“, sem er vísað til sem bæði vettvangsrúta og strætó á undirstigi, þó að það sé kannski alls ekki strætó.
Hvers vegna er það svo?Þetta rugl er líklegast vegna þess að í mörgum nútímastýringum er tenging I/O eininga oft útfærð með því að nota bakplan eða líkamlegan strætó. Það er að segja að ákveðnir strætótenglar og tengi eru notuð til að sameina nokkrar einingar í eina einingu. En slíkir hnútar geta aftur á móti verið samtengdir með bæði iðnaðarneti og vettvangsrútu. Í vestrænum hugtökum er skýr skipting: net er net, strætó er strætó. Hið fyrra er nefnt með hugtakinu Industrial Ethernet, hið síðara með Fieldbus. Í greininni er lagt til að notað verði hugtakið „iðnaðarnet“ og hugtakið „akurrúta“ um þessi hugtök, í sömu röð.
Iðnaðarnetstaðall EtherCAT, þróaður af Beckhoff
EtherCAT samskiptareglur og iðnaðarnet er kannski ein hraðasta gagnaflutningsaðferðin í sjálfvirknikerfum í dag. EtherCAT netið er notað með góðum árangri í dreifðum sjálfvirknikerfum, þar sem samverkandi hnútar eru aðskildir yfir langar vegalengdir.
EtherCAT samskiptareglan notar staðlaða Ethernet ramma til að senda símskeyti, þannig að hún er áfram samhæf við hvaða staðlaða Ethernet búnað og í raun er hægt að skipuleggja gagnamóttöku og sendingu á hvaða Ethernet stjórnandi sem er, að því tilskildu að viðeigandi hugbúnaður sé til staðar.
Beckhoff stjórnandi með setti af I/O einingum. Heimild:
Forskriftin er opin og tiltæk, en aðeins innan ramma þróunarsamtakanna - EtherCAT Technology Group.
Svona virkar EtherCAT (sjónarspilið er dáleiðandi, eins og Zuma Inca leikurinn):
Hinn mikli skiptihraði í þessari samskiptareglu - og við getum talað um einingar af míkrósekúndum - er að veruleika vegna þess að verktaki neitaði að skiptast á með símskeytum sem send voru beint í tiltekið tæki. Í staðinn er eitt símskeyti sendur til EtherCAT netkerfisins, beint til allra tækja á sama tíma, hver þrælhnútur til að safna og senda upplýsingar (þeir eru líka oft kallaðir OSO - hlutsamskiptatæki) tekur frá því „á flugi“ þau gögn sem henni voru ætluð og setur inn í símskeyti þau gögn sem hann er tilbúinn að leggja fram til skiptis. Símskeytið er síðan sent á næsta þrælhnút, þar sem sama aðgerð á sér stað. Eftir að hafa farið í gegnum öll stjórntækin er símskeytinu skilað aftur til aðalstýringarinnar, sem, byggt á gögnunum sem berast frá þrælatækjunum, útfærir stjórnunarrökfræðina og hefur aftur samskipti í gegnum símskeytið við þrælhnútana, sem gefa út stjórnmerki til búnaðinum.
EtherCAT net getur haft hvaða staðfræði sem er, en í raun mun það alltaf vera hringur - vegna notkunar á fullri tvíhliða stillingu og tveimur Ethernet tengjum. Þannig verður símskeytið alltaf sent í röð í hvert tæki í strætó.
Skýringarmynd af Ethercat neti með mörgum hnútum. Heimild:
Við the vegur, EtherCAT forskriftin inniheldur ekki takmarkanir á 100Base-TX líkamlega laginu, þannig að útfærsla á samskiptareglunum er möguleg byggð á gígabita og sjónlínum.
Opin iðnaðarnet og PROFIBUS/NET staðlar frá Siemens
Þýska fyrirtækið Siemens hefur lengi verið þekkt fyrir forritanleg rökstýring (PLC), sem eru notuð um allan heim.
Gagnaskipti milli hnúta sjálfvirks kerfis sem stjórnað er af Siemens búnaði fer fram bæði í gegnum vettvangsrútu sem kallast PROFIBUS og í PROFINET iðnaðarnetinu.
PROFIBUS rútan notar sérstaka tveggja kjarna snúru með DB-9 tengjum. Siemens er með hann í fjólubláu en við höfum séð aðra á æfingum :). Til að tengja marga hnúta getur tengi tengt tvær snúrur. Það hefur einnig rofa fyrir tengiviðnám. Kveikt verður á tengiviðnáminu á endatækjum netkerfisins og gefur þannig til kynna að þetta sé fyrsta eða síðasta tækið og eftir það er ekkert, aðeins myrkur og tómleiki (allar rs485s virka svona). Ef þú kveikir á viðnám á millitenginu verður slökkt á hlutanum á eftir henni.
PROFIBUS snúru með tengitengjum. Heimild:
PROFINET netkerfið notar hliðræna tvinnaða kapal, venjulega með RJ-45 tengjum, kapallinn er grænn. Ef staðfræði PROFIBUS er strætó, þá getur staðfræði PROFINET netsins verið hvað sem er: hringur, stjarna, tré eða allt saman.
Siemens stjórnandi með tengdri PROFINET snúru. Heimild: w3.siemens.com
Það eru nokkrar samskiptareglur á PROFIBUS rútunni og í PROFINET netinu.
Fyrir PROFIBUS:
- PROFIBUS DP - innleiðing þessarar samskiptareglur felur í sér samskipti við ytri þrælatæki; þegar um PROFINET er að ræða samsvarar þessi samskiptareglur PROFINET IO samskiptareglunum.
- PROFIBUS PA er í meginatriðum það sama og PROFIBUS DP, aðeins notað fyrir sprengiþolnar útgáfur af gagnaflutningi og aflgjafa (samsíða PROFIBUS DP með mismunandi eðliseiginleika). Fyrir PROFINET er sprengivörn samskiptaregla svipað og PROFIBUS ekki enn til.
- PROFIBUS FMS - hannað fyrir gagnaskipti við kerfi frá öðrum framleiðendum sem geta ekki notað PROFIBUS DP. PROFIBUS FMS hliðstæðan í PROFINET netinu er PROFINET CBA samskiptareglan.
Fyrir PROFINET:
- PROFINET IO;
- PROFINET CBA.
PROFINET IO samskiptareglunum er skipt í nokkra flokka:
- PROFINET NRT (ekki rauntími) - notað í forritum þar sem tímasetningarbreytur eru ekki mikilvægar. Það notar Ethernet TCP/IP gagnaflutningssamskiptareglur sem og UDP/IP.
- PROFINET RT (rauntími) - hér eru I/O gagnaskipti útfærð með því að nota Ethernet ramma, en greiningar- og samskiptagögn eru samt flutt um UDP/IP.
- PROFINET IRT (Isochronous Real Time) - Þessi samskiptaregla var þróuð sérstaklega fyrir hreyfistýringarforrit og inniheldur jafntíma gagnaflutningsfasa.
Að því er varðar innleiðingu PROFINET IRT harðra rauntímasamskiptareglunnar, fyrir samskipti við fjartengd tæki greinir hún á milli tveggja skiptirása: jafnhraða og ósamstillta. Jafnt rás með fastri lengd skiptihringrásar notar klukkusamstillingu og sendir tíma mikilvæg gögn; annars stigs símskeyti eru notuð til sendingar. Sendingartíminn í jafntímarás er ekki lengri en 1 millisekúnda.
Ósamstillta rásin sendir svokölluð rauntímagögn sem eru einnig send í gegnum MAC vistfang. Að auki eru ýmsar greiningar- og viðbótarupplýsingar sendar yfir TCP/IP. Hvorki rauntímagögn, miklu síður aðrar upplýsingar, auðvitað, geta truflað jafnhraða hringrásina.
Ekki er þörf fyrir aukið sett af PROFINET IO aðgerðum fyrir hvert sjálfvirknikerfi í iðnaði, þannig að þessi samskiptareglur er stækkuð fyrir tiltekið verkefni, að teknu tilliti til samræmisflokka eða samræmisflokka: CC-A, CC-B, CC-CC. Samræmisflokkar gera þér kleift að velja vettvangstæki og burðarhlutahluta með lágmarks virkni.
Heimild:
Önnur skiptisamskiptareglur í PROFINET netinu - PROFINET CBA - er notuð til að skipuleggja iðnaðarsamskipti milli búnaðar frá mismunandi framleiðendum. Aðalframleiðslueiningin í IAS kerfum er ákveðin eining sem kallast hluti. Þessi íhlutur er venjulega safn af vélrænum, rafmagns- og rafeindahlutum tækis eða uppsetningar, auk tilheyrandi hugbúnaðar. Fyrir hvern íhlut er valin hugbúnaðareining sem inniheldur heildarlýsingu á viðmóti þessa íhluta í samræmi við kröfur PROFINET staðalsins. Eftir það eru þessar hugbúnaðareiningar notaðar til að skiptast á gögnum við tæki.
B&R Ethernet POWERLINK samskiptareglur
Powerlink samskiptareglurnar voru þróaðar af austurríska fyrirtækinu B&R snemma á 2000. Þetta er önnur útfærsla á rauntíma samskiptareglum ofan á Ethernet staðlinum. Samskiptareglurnar eru fáanlegar og dreift frjálslega.
Powerlink tæknin notar svokallaða blandaða skoðanakönnun, þegar öll samskipti milli tækja eru skipt í nokkra áfanga. Sérstaklega mikilvæg gögn eru send í jafntíma skiptifasa, þar sem nauðsynlegur viðbragðstími er stilltur fyrir; gögnin sem eftir eru verða send, þegar mögulegt er, í ósamstilltum áfanga.
B&R stjórnandi með setti af I/O einingum. Heimild: br-automation.com
Samskiptareglurnar voru upphaflega útfærðar ofan á 100Base-TX líkamlega lagið, en síðar var gígabita útfærsla þróuð.
Powerlink samskiptareglur notar samskiptaáætlunarkerfi. Tiltekið merki eða stýriskilaboð eru send til netsins og með því er ákvarðað hvaða tæki hefur leyfi til að skiptast á gögnum. Aðeins eitt tæki getur haft aðgang að stöðinni í einu.
Skýringarmynd af Ethernet POWERLINK neti með mörgum hnútum.
Í jafnhraða áfanganum sendir skoðanakönnunarstýringin beiðni í röð til hvers hnúts sem hann þarf að taka við mikilvægum gögnum frá.
Eins og áður hefur komið fram er jafnkróni fasinn framkvæmdur með stillanlegum hringrásartíma. Í ósamstilltum áfanga skiptisins er IP-samskiptareglur staflan notaður, stjórnandinn biður um ómikilvæg gögn frá öllum hnútum, sem senda svar um leið og þeir fá aðgang til að senda á netið. Tímahlutfallið milli jafntíma og ósamstilltra fasa er hægt að stilla handvirkt.
Rockwell Automation Ethernet/IP samskiptareglur
EtherNet/IP samskiptareglan var þróuð með virkri þátttöku bandaríska fyrirtækisins Rockwell Automation árið 2000. Það notar TCP og UDP IP stafla og framlengir hann fyrir sjálfvirkni í iðnaði. Annar hluti nafnsins, þvert á almenna trú, þýðir ekki Internet Protocol, heldur Industrial Protocol. UDP IP notar CIP (Common Interface Protocol) samskiptastafla, sem er einnig notaður í ControlNet/DeviceNet netkerfum og er útfærður ofan á TCP/IP.
EtherNet/IP forskriftin er aðgengileg almenningi og ókeypis. Staðfræði Ethernet/IP netkerfisins getur verið handahófskennd og innihaldið hring, stjörnu, tré eða rútu.
Til viðbótar við staðlaðar aðgerðir HTTP, FTP, SMTP, EtherNet/IP samskiptareglur, útfærir það flutning á tíma mikilvægum gögnum milli skoðanakönnunar og I/O tækja. Sending á gögnum sem ekki eru tímamikil er veitt af TCP-pökkum og tímamikil afhending hringlaga stýrigagna fer fram með UDP-samskiptareglum.
Til að samstilla tíma í dreifðum kerfum notar EtherNet/IP CIPsync samskiptareglur, sem er framlenging á CIP samskiptareglum.
Skýringarmynd af Ethernet/IP neti með nokkrum hnútum og tengingu Modbus tækja. Heimild:
Til að einfalda uppsetningu EtherNet/IP netkerfis koma flest venjuleg sjálfvirknitæki með fyrirfram skilgreindum stillingarskrám.
Innleiðing FBUS siðareglur hjá Fastwel
Við hugsuðum lengi hvort við ættum að hafa rússneska fyrirtækið Fastwel á þessum lista með innlendri innleiðingu FBUS iðnaðarsamskiptareglunnar, en þá ákváðum við að skrifa nokkrar málsgreinar til að fá betri skilning á raunveruleika innflutningsskipta.
Það eru tvær líkamlegar útfærslur á FBUS. Einn þeirra er strætó þar sem FBUS samskiptareglan keyrir ofan á RS485 staðlinum. Að auki er útfærsla á FBUS í iðnaðar Ethernet neti.
FBUS er varla hægt að kalla háhraða siðareglur; viðbragðstíminn fer mjög eftir fjölda I/O eininga í strætó og breytum skipti; hann er venjulega á bilinu 0,5 til 10 millisekúndur. Einn FBUS þrælhnútur getur aðeins innihaldið 64 I/O einingar. Fyrir fieldbus má lengd kapalsins ekki vera meiri en 1 metri, svo við erum ekki að tala um dreifð kerfi. Eða réttara sagt, það gerir það, en aðeins þegar notað er iðnaðar FBUS net yfir TCP/IP, sem þýðir aukinn könnunartíma nokkrum sinnum. Hægt er að nota strætóframlengingarsnúrur til að tengja einingar, sem gerir ráð fyrir þægilegri staðsetningu einingar í sjálfvirkniskápnum.
Fastwel stjórnandi með tengdum I/O einingum. Heimild:
Samtals: hvernig allt þetta er notað í reynd í sjálfvirkum ferlistýringarkerfum
Auðvitað er fjölbreytni tegunda nútíma samskiptareglur fyrir iðnaðargagnaflutning mun meiri en við lýstum í þessari grein. Sumir eru bundnir við ákveðinn framleiðanda, sumir, þvert á móti, eru alhliða. Þegar hann þróar sjálfvirk vinnslustýringarkerfi (APCS) velur verkfræðingur bestu samskiptareglur með hliðsjón af sérstökum verkefnum og takmörkunum (tæknilegum og fjárhagslegum).
Ef við tölum um algengi tiltekinnar skiptisamskiptareglur getum við veitt skýringarmynd af fyrirtækinu HMS Networks AB, sem sýnir markaðshlutdeild ýmissa kauphallartækni í iðnaðarnetum.
Heimild:
Eins og sést á skýringarmyndinni eru PRONET og PROFIBUS frá Siemens í fremstu röð.
Athyglisvert, fyrir 6 árum síðan .
Taflan hér að neðan inniheldur yfirlitsgögn um skiptasamskiptareglur sem lýst er. Sumar breytur, til dæmis árangur, eru settar fram í óhlutbundnum hugtökum: hátt / lágt. Töluleg ígildi er að finna í greinum um árangursgreiningu.
|
|
EtherCAT
|
POWERLINK
|
PROFINET
|
Ethernet/IP
|
ModbusTCP
|
|
Líkamlegt lag
|
100/1000 BASE-TX
|
100/1000 BASE-TX
|
100/1000 BASE-TX
|
100/1000 BASE-TX
|
100/1000 BASE-TX
|
|
Gagnastig
|
Rás (Ethernet rammar)
|
Rás (Ethernet rammar)
|
Rás (Ethernet rammar), Net/flutningur (TCP/IP)
|
Net/flutningur (TCP/IP)
|
Net/flutningur (TCP/IP)
|
|
Rauntíma stuðningur
|
Já
|
Já
|
Já
|
Já
|
No
|
|
Framleiðni
|
High
|
High
|
IRT - hátt, RT - miðlungs
|
Meðaltal
|
Lágt
|
|
Kapallengd á milli hnúta
|
100m
|
100m/2km
|
100m
|
100m
|
100m
|
|
Flytja áfangar
|
No
|
Jafntíma + ósamstilltur
|
IRT – samstilltur + ósamstilltur, RT – ósamstilltur
|
No
|
No
|
|
Fjöldi hnúta
|
65535
|
240
|
TCP/IP nettakmörkun
|
TCP/IP nettakmörkun
|
TCP/IP nettakmörkun
|
|
Árekstursupplausn
|
Staðfræði hringja
|
Samstilling klukku, sendingarfasar
|
Staðfræði hringa, flutningsfasar
|
Rofar, staðfræði stjarna
|
Rofar, staðfræði stjarna
|
|
Heitt skipti
|
No
|
Já
|
Já
|
Já
|
Fer eftir útfærslu
|
|
Kostnaður við búnað
|
Lágt
|
Lágt
|
High
|
Meðaltal
|
Lágt
|
Notkunarsvið hinna lýstu skiptisamskiptareglur, flugrútur og iðnaðarnet eru mjög fjölbreytt. Allt frá efna- og bílaiðnaði til geimferðatækni og rafeindaframleiðslu. Háhraðaskiptasamskiptareglur eru eftirsóttar í rauntíma staðsetningarkerfum fyrir ýmis tæki og í vélfærafræði.
Hvaða samskiptareglur vannstu með og hvar beittir þú þeim? Deildu reynslu þinni í athugasemdunum. 🙂
Heimild: www.habr.com