Margir ykkar vita örugglega eða hafa jafnvel séð hvernig stórum sjálfvirkum hlutum er stjórnað, til dæmis kjarnorkuveri eða verksmiðju með mörgum framleiðslulínum: aðalaðgerðin fer oft fram í stóru herbergi, með fullt af skjám, ljósaperum og fjarstýringar. Þessi stjórnstöð er venjulega kölluð aðalstjórnarherbergið - aðalstjórnborðið til að fylgjast með framleiðslustöðinni.
Þú varst örugglega að spá í hvernig þetta virkar allt hvað varðar vélbúnað og hugbúnað, hvernig þessi kerfi eru frábrugðin hefðbundnum einkatölvum. Í þessari grein munum við skoða hvernig ýmis gögn berast í aðalstjórnarklefann, hvernig skipanir eru sendar í búnaðinn og hvað þarf almennt til að stjórna þjöppustöð, própanframleiðslustöð, færibandi bíla eða jafnvel fráveitudælustöð.
Lægsta stigið eða fieldbus er þar sem allt byrjar
Þetta orðasamstæða, óljóst fyrir óinnvígða, er notað þegar nauðsynlegt er að lýsa samskiptaleiðum milli örstýringa og víkjandi búnaðar, til dæmis I/O einingar eða mælitæki. Venjulega er þessi samskiptarás kölluð „svæðisrútan“ vegna þess að hún ber ábyrgð á að senda gögn sem koma frá „reitnum“ til stjórnandans.
„Field“ er djúpt faglegt hugtak sem vísar til þess að einhver búnaður (til dæmis skynjarar eða stýringar) sem stjórnandinn hefur samskipti við er staðsettur einhvers staðar langt, langt í burtu, á götunni, á ökrunum, í skjóli nætur. . Og það skiptir ekki máli að hægt sé að staðsetja skynjarann hálfan metra frá stjórnandanum og mæla til dæmis hitastigið í sjálfvirkniskáp, það er samt talið að það sé „á sviði“. Algengast er að merki frá skynjurum sem berast á I/O einingum ferðast enn vegalengdir frá tugum til hundruða metra (og stundum meira) og safna upplýsingum frá fjarlægum stöðum eða búnaði. Reyndar er það ástæðan fyrir því að skiptirútan, þar sem stjórnandinn fær gildi frá þessum sömu skynjurum, er venjulega kölluð vettvangsrúta eða, sjaldnar, strætó á lægra stigi eða iðnaðarrúta.
Almennt kerfi sjálfvirkni iðnaðaraðstöðu
Þannig að rafmagnsmerkið frá skynjaranum fer í ákveðna fjarlægð eftir kapallínum (venjulega meðfram venjulegum koparsnúru með ákveðnum fjölda kjarna), sem nokkrir skynjarar eru tengdir við. Merkið fer síðan inn í vinnslueininguna (inntaks-/úttakseininguna), þar sem því er breytt í stafrænt tungumál sem stjórnandinn getur skiljanlegt. Næst fer þetta merki í gegnum sviðsrútuna beint til stjórnandans, þar sem það er að lokum unnið. Byggt á slíkum merkjum er rekstrarrökfræði örstýringarinnar sjálfs byggð.
Efsta stig: frá krans til heilrar vinnustöðvar
Efri þrepið er kallað allt sem hægt er að snerta af venjulegum dauðlegum rekstraraðila sem stjórnar tækniferlinu. Í einfaldasta tilvikinu er efsta stigið sett af ljósum og hnöppum. Ljósaperur gefa stjórnandanum merki um ákveðna atburði sem eiga sér stað í kerfinu, takkar eru notaðir til að gefa út skipanir til stjórnandans. Þetta kerfi er oft kallað „krans“ eða „jólatré“ vegna þess að það lítur mjög svipað út (eins og þú sérð á myndinni í upphafi greinarinnar).
Ef stjórnandinn er heppnari, þá mun hann sem efsta stigið fá stjórnandaborð - eins konar flatskjátölvu sem á einn eða annan hátt tekur við gögnum til sýnis frá stjórnandanum og sýnir þau á skjánum. Slík spjaldið er venjulega fest á sjálfvirkniskápnum sjálfum, þannig að venjulega þarf að hafa samskipti við hann standandi, sem veldur óþægindum, auk þess sem gæði og stærð myndarinnar á litlum spjöldum skilur mikið eftir.
Og að lokum, aðdráttarafl af áður óþekktum örlæti - vinnustöð (eða jafnvel nokkrar afrit), sem er venjuleg einkatölva.
Búnaður á efri stigi verður að hafa samskipti á einhvern hátt við örstýringuna (annars hvers vegna þarf hann?). Fyrir slík samskipti eru samskiptareglur á efri stigi og ákveðinn flutningsmiðill notaður, til dæmis Ethernet eða UART. Þegar um „jólatréð“ er að ræða, er slík fágun auðvitað ekki nauðsynleg; ljósaperurnar eru kveiktar með venjulegum líkamlegum línum, það eru engin háþróuð viðmót eða samskiptareglur þar.
Almennt séð er þetta efri stig minna áhugavert en vettvangsrútan, þar sem þetta efri stig er kannski alls ekki til (það er ekkert fyrir rekstraraðila að horfa á úr röðinni; stjórnandinn sjálfur mun finna út hvað þarf að gera og hvernig ).
„Forn“ gagnaflutningssamskiptareglur: Modbus og HART
Fáir vita, en á sjöunda degi sköpunar heimsins hvíldi Guð ekki, heldur skapaði Modbus. Samhliða HART samskiptareglunum er Modbus ef til vill elsta samskiptareglur iðnaðargagnaflutninga; hún birtist aftur árið 1979.
Raðviðmótið var upphaflega notað sem flutningsmiðill, síðan var Modbus útfært yfir TCP/IP. Þetta er samstillt master-slave (master-slave) siðareglur sem notar beiðni-svar meginregluna. Samskiptareglan er frekar fyrirferðarmikil og hæg, skiptihraði fer eftir eiginleikum móttakara og sendis, en venjulega er fjöldinn næstum hundruðum millisekúndna, sérstaklega þegar hann er útfærður í gegnum raðviðmót.
Þar að auki er Modbus gagnaflutningsskráin 16 bita, sem setur strax takmarkanir á flutning á raunverulegum og tvöföldum gerðum. Þau eru send annað hvort í hlutum eða með tapi á nákvæmni. Þó Modbus sé enn mikið notaður í þeim tilvikum þar sem ekki er þörf á miklum samskiptahraða og tap á sendum gögnum er ekki mikilvægt. Margir framleiðendur ýmissa tækja vilja stækka Modbus siðareglur á sinn einkarétt og mjög frumlega hátt og bæta við óstöðluðum aðgerðum. Þess vegna hefur þessi siðareglur margar stökkbreytingar og frávik frá norminu, en lifir samt með góðum árangri í nútíma heimi.
HART samskiptareglan hefur einnig verið til síðan á níunda áratugnum, það er iðnaðarsamskiptareglur yfir tveggja víra straumlykkjulínu sem tengir beint 4-20 mA skynjara og önnur HART-virk tæki.
Til að skipta um HART línur eru notuð sérstök tæki, svokölluð HART mótald. Það eru líka breytir sem veita notandanum til dæmis Modbus samskiptareglur við úttakið.
HART er kannski áberandi fyrir þá staðreynd að auk hliðrænna merkja 4-20 mA skynjara er stafrænt merki sjálfrar samskiptareglunnar einnig sent í hringrásinni, þetta gerir þér kleift að tengja stafræna og hliðræna hlutann í einni kapallínu. Nútíma HART mótald er hægt að tengja við USB tengi stjórnandans, tengja í gegnum Bluetooth, eða á gamaldags hátt í gegnum raðtengi. Fyrir tugi ára, á hliðstæðan hátt við Wi-Fi, birtist WirelessHART þráðlausi staðallinn, sem starfar á ISM sviðinu.
Önnur kynslóð samskiptareglur eða ekki alveg iðnaðarrútur ISA, PCI(e) og VME
Skipt hefur verið út fyrir Modbus og HART samskiptareglur fyrir ekki alveg iðnaðar rútur, svo sem ISA (MicroPC, PC/104) eða PCI/PCIe (CompactPCI, CompactPCI Serial, StacPC), auk VME.
Tímabil tölva er runnið upp sem hafa yfir að ráða alhliða gagnastrætó, þar sem hægt er að tengja ýmsar töflur (einingar) til að vinna úr tilteknu sameinuðu merki. Að jafnaði, í þessu tilviki, er örgjörvaeiningin (tölvan) sett inn í svokallaðan ramma, sem tryggir samskipti í gegnum strætó við önnur tæki. Ramminn, eða, eins og sannir sjálfvirknisérfræðingar vilja kalla það, „grindur“, er bætt við nauðsynlegum inntaks-úttakspjöldum: hliðrænum, stakum, viðmótum osfrv., eða allt þetta er sett saman í formi samloku án ramma - eitt borð ofan á annað. Eftir það skiptir þessi fjölbreytni í rútunni (ISA, PCI, o.s.frv.) gögnum við örgjörvaeininguna, sem fær þannig upplýsingar frá skynjurunum og útfærir einhverja rökfræði.
Stjórnandi og I/O einingar í PXI ramma á PCI rútu. Heimild:
Allt væri í lagi með þessar ISA, PCI(e) og VME rútur, sérstaklega fyrir þá tíma: skiptihraðinn veldur ekki vonbrigðum og kerfisíhlutirnir eru staðsettir í einum ramma, þéttir og þægilegir, það er ekki víst að það sé hægt að skipta I/O kort, en ég vil það eiginlega ekki ennþá.
En það er fluga í smyrslinu og fleiri en ein. Það er frekar erfitt að byggja dreift kerfi í slíkri uppsetningu, skiptirútan er staðbundin, þú þarft að koma með eitthvað til að skiptast á gögnum við aðra þræla eða jafningjahnúta, sama Modbus yfir TCP/IP eða einhverja aðra samskiptareglu, í almennt, það eru ekki næg þægindi. Jæja, annað ekki mjög skemmtilegt atriði: I/O töflur búast venjulega við einhvers konar sameinuðu merki sem inntak, og þau eru ekki með galvanískri einangrun frá vettvangsbúnaði, svo þú þarft að gera girðingu úr ýmsum umbreytingareiningum og millirásum, sem flækir frumefnagrunninn mjög.
Millimerki umbreytingareiningar með galvanískri einangrun. Heimild:
„Hvað með samskiptareglur iðnaðarrútu? - þú spyrð. Ekkert. Það er ekki til í þessari útfærslu. Í gegnum kapallínur berst merkið frá skynjurum til merkjabreyta, breytarnir veita spennu á stakt eða hliðrænt I/O borð og gögnin frá borðinu eru þegar lesin í gegnum I/O tengin með því að nota stýrikerfið. Og engar sérhæfðar samskiptareglur.
Hvernig nútíma iðnaðarrútur og samskiptareglur virka
Hvað nú? Hingað til hefur klassísk hugmyndafræði að byggja sjálfvirk kerfi breyst lítillega. Margir þættir spiluðu inn í, fyrst og fremst að sjálfvirkni ætti líka að vera þægileg og endaði með þróun í átt að dreifðum sjálfvirkum kerfum með hnútum fjarlægum hver öðrum.
Kannski getum við sagt að það séu tvö meginhugtök fyrir byggingu sjálfvirknikerfa í dag: staðbundin og dreifð sjálfvirk kerfi.
Þegar um staðbundin kerfi er að ræða, þar sem gagnasöfnun og eftirlit er miðlægt á einum tilteknum stað, er hugmyndin um ákveðið sett af inntaks-/úttakseiningum sem eru samtengdar með sameiginlegum hraðbrautum, þar á meðal stjórnandi með eigin skiptisamskiptareglur, eftirsótt. Í þessu tilviki, að jafnaði, innihalda I/O einingar bæði merkjabreytir og galvanísk einangrun (þó að sjálfsögðu ekki alltaf). Það er, það er nóg fyrir endanotandann að skilja hvaða gerðir skynjara og gangverka verða til staðar í sjálfvirka kerfinu, telja fjölda nauðsynlegra inntaks/úttakseininga fyrir mismunandi gerðir merkja og tengja þær í eina sameiginlega línu við stjórnandann. . Í þessu tilviki, að jafnaði, notar hver framleiðandi uppáhalds skiptisamskiptareglur sínar á milli I/O eininga og stjórnandans, og hér geta verið margir möguleikar.
Þegar um dreifð kerfi er að ræða er allt rétt sem sagt er í tengslum við staðbundin kerfi, auk þess er mikilvægt að einstakir íhlutir, td sett af inntak-úttakseiningum ásamt tæki til að safna og senda upplýsingar - ekki mjög snjall örstýringur sem stendur einhvers staðar í bás úti á akri, við hliðina á lokanum sem lokar fyrir olíuna - gæti haft samskipti við sömu hnúta og við aðalstýringuna í mikilli fjarlægð með virku gengi.
Hvernig velja verktaki samskiptareglur fyrir verkefnið sitt? Allar nútíma skiptisamskiptareglur veita nokkuð mikla afköst, þannig að val eins eða annars framleiðanda ræðst oft ekki af genginu á þessari mjög iðnaðarrútu. Framkvæmd samskiptareglunnar sjálfrar er ekki svo mikilvæg, vegna þess að frá sjónarhóli kerfisframleiðandans mun það samt vera svartur kassi sem veitir ákveðna innri skiptiskipulag og er ekki hannað fyrir utanaðkomandi truflun. Oftast er athyglinni beint að hagnýtum eiginleikum: afköstum tölvunnar, hversu auðvelt er að beita hugmyndum framleiðandans við verkefnið sem fyrir hendi er, framboð á nauðsynlegum gerðum I/O eininga, getu til að skipta um einingar án þess að brotna. strætó o.s.frv.
Vinsælir búnaðarbirgjar bjóða upp á eigin útfærslur á iðnaðarsamskiptareglum: til dæmis er hið þekkta fyrirtæki Siemens að þróa röð sína af Profinet og Profibus samskiptareglum, B&R er að þróa Powerlink samskiptareglur, Rockwell Automation er að þróa EtherNet/IP samskiptareglur. Innlend lausn á þessum lista yfir dæmi: útgáfa af FBUS siðareglum frá rússneska fyrirtækinu Fastwel.
Það eru líka til alhliða lausnir sem eru ekki bundnar við ákveðinn framleiðanda eins og EtherCAT og CAN. Við munum greina þessar samskiptareglur í smáatriðum í framhaldi af greininni og reikna út hver þeirra hentar betur fyrir sérstakar notkunargerðir: bíla- og geimferðaiðnað, rafeindatækniframleiðsla, staðsetningarkerfi og vélfærafræði. Vera í sambandi!
Heimild: www.habr.com