kita ngomong babagan carane bis lan protokol bisa digunakake ing otomatisasi industri. Wektu iki kita bakal fokus ing solusi kerja modern: kita bakal ndeleng protokol apa sing digunakake ing sistem ing saindenging jagad. Ayo nimbang teknologi perusahaan Jerman Beckhoff lan Siemens, B&R Austria, American Rockwell Automation lan Fastwel Rusia. Kita uga bakal nyinaoni solusi universal sing ora ana gandhengane karo pabrikan tartamtu, kayata EtherCAT lan CAN.
Ing pungkasan artikel bakal ana tabel perbandingan kanthi karakteristik protokol EtherCAT, POWERLINK, PROFINET, EtherNet/IP lan ModbusTCP.
Kita ora kalebu PRP, HSR, OPC UA lan protokol liyane ing review, amarga Wis ana artikel sing apik babagan Habré dening kanca-kanca insinyur sing ngembangake sistem otomatisasi industri. Tuladhane, и .
Pisanan, ayo nemtokake terminologi: Ethernet Industri = jaringan industri, Fieldbus = bus lapangan. Ing otomatisasi industri Rusia, ana kebingungan babagan istilah sing ana gandhengane karo bis lapangan lan jaringan industri tingkat ngisor. Asring istilah kasebut digabungake dadi siji, konsep samar sing disebut "tingkat ngisor", sing diarani bis lapangan lan bis sublevel, sanajan bisa uga dudu bis.
Napa ngeneKebingungan iki paling mungkin amarga ing akeh pengontrol modern, sambungan modul I / O asring dileksanakake nggunakake backplane utawa bis fisik. Yaiku, kontak lan konektor bis tartamtu digunakake kanggo nggabungake sawetara modul dadi siji unit. Nanging simpul kasebut, bisa uga disambungake karo jaringan industri lan bis lapangan. Ing terminologi Kulon ana divisi sing jelas: jaringan minangka jaringan, bis minangka bis. Sing pisanan ditetepake kanthi istilah Ethernet Industri, sing nomer loro dening Fieldbus. Artikel kasebut ngusulake nggunakake istilah "jaringan industri" lan istilah "bus lapangan" kanggo konsep kasebut.
Standar jaringan industri EtherCAT, dikembangake dening Beckhoff
Protokol EtherCAT lan jaringan industri bisa uga minangka salah sawijining cara transmisi data paling cepet ing sistem otomatisasi saiki. Jaringan EtherCAT kasil digunakake ing sistem otomatisasi sing disebarake, ing ngendi simpul sing sesambungan dipisahake kanthi jarak sing adoh.
Protokol EtherCAT nggunakake pigura Ethernet standar kanggo ngirim telegrams, supaya tetep kompatibel karo peralatan Ethernet standar lan, ing kasunyatan, panrima lan transmisi data bisa diatur ing sembarang controller Ethernet, kasedhiya piranti lunak cocok.
Beckhoff controller karo pesawat saka I / O modul. Sumber:
Spesifikasi protokol mbukak lan kasedhiya, nanging mung ing kerangka asosiasi pangembangan - EtherCAT Technology Group.
Mangkene cara kerjane EtherCAT (tontonan kasebut nggumunake, kaya game Zuma Inca):
Kacepetan ijol-ijolan dhuwur ing protokol iki - lan kita bisa ngomong babagan unit mikrodetik - diwujudake amarga para pangembang ora gelem ngganti nggunakake telegram sing dikirim langsung menyang piranti tartamtu. Nanging, siji telegram dikirim menyang jaringan EtherCAT, ditujokake menyang kabeh piranti ing wektu sing padha, saben simpul budak kanggo ngumpulake lan ngirim informasi (uga asring diarani OSO - piranti komunikasi obyek) njupuk saka "on the fly". data sing dimaksudaké lan nglebokake ing telegram data sing wis siyap kanggo ijol-ijolan. Telegram kasebut banjur dikirim menyang simpul budak sabanjure, ing ngendi operasi sing padha ditindakake. Sawise ngliwati kabeh piranti kontrol, telegram bali menyang pengontrol utama, sing, adhedhasar data sing ditampa saka piranti budak, ngetrapake logika kontrol, maneh sesambungan liwat telegram karo kelenjar budak, sing ngetokake sinyal kontrol menyang piranti.
Jaringan EtherCAT bisa duwe topologi apa wae, nanging sejatine bakal dadi cincin - amarga nggunakake mode duplex lengkap lan loro konektor Ethernet. Kanthi cara iki, telegram bakal tansah dikirim kanthi urutan menyang saben piranti ing bis.
Perwakilan skematis saka jaringan Ethercat kanthi macem-macem node. Sumber:
Miturut cara, specification EtherCAT ora ngemot watesan ing lapisan fisik 100Base-TX, supaya implementasine saka protokol bisa adhedhasar gigabit lan garis optik.
Bukak jaringan industri lan standar PROFIBUS/NET saka Siemens
Keprigelan Jerman Siemens wis suwe dikenal amarga pengontrol logika sing bisa diprogram (PLC), sing digunakake ing saindenging jagad.
Ijol-ijolan data antarane simpul sistem otomatis sing dikontrol dening peralatan Siemens ditindakake liwat bus lapangan sing diarani PROFIBUS lan ing jaringan industri PROFINET.
Bus PROFIBUS nggunakake kabel loro-inti khusus kanthi konektor DB-9. Siemens duwe warna ungu, nanging kita wis ndeleng wong liya ing praktik :). Kanggo nyambungake sawetara simpul, konektor bisa nyambungake rong kabel. Uga nduweni switch kanggo resistor terminal. Resistor terminal kudu diuripake ing piranti pungkasan jaringan, saéngga nuduhake yen iki piranti pisanan utawa pungkasan, lan sawise iku ora ana apa-apa, mung peteng lan kekosongan (kabeh rs485s dianggo kaya iki). Yen sampeyan nguripake resistor ing konektor penengah, bagean ing ngisor iki bakal dipateni.
Kabel PROFIBUS karo konektor nyambungake. Sumber:
Jaringan PROFINET nggunakake kabel twisted pair analog, biasane nganggo konektor RJ-45, kabel kasebut warni ijo. Yen topologi PROFIBUS minangka bus, mula topologi jaringan PROFINET bisa apa wae: cincin, lintang, wit, utawa kabeh digabungake.
controller Siemens karo kabel PROFINET disambungake. Sumber: w3.siemens.com
Ana sawetara protokol komunikasi ing bis PROFIBUS lan ing jaringan PROFINET.
Kanggo PROFIBUS:
- PROFIBUS DP - implementasi protokol iki kalebu komunikasi karo piranti budak remot; ing kasus PROFINET, protokol iki cocog karo protokol PROFINET IO.
- PROFIBUS PA ateges padha PROFIBUS DP, mung digunakake kanggo versi bledosan-bukti transmisi data lan sumber daya (analog kanggo PROFIBUS DP karo sifat fisik beda). Kanggo PROFINET, protokol tahan bledosan sing padha karo PROFIBUS durung ana.
- PROFIBUS FMS - dirancang kanggo ijol-ijolan data karo sistem saka manufaktur liyane sing ora bisa nggunakake PROFIBUS DP. Analog PROFIBUS FMS ing jaringan PROFINET yaiku protokol PROFINET CBA.
Kanggo PROFINET:
- PROFINET IO;
- PROFINET CBA.
Protokol PROFINET IO dipérang dadi sawetara kelas:
- PROFINET NRT (non-real time) - digunakake ing aplikasi ing ngendi paramèter wektu ora kritis. Nggunakake protokol transfer data Ethernet TCP/IP uga UDP/IP.
- PROFINET RT (wektu nyata) - kene I / O exchange data dipun ginakaken nggunakake pigura Ethernet, nanging data diagnostik lan komunikasi isih ditransfer liwat UDP / IP.
- PROFINET IRT (Isochronous Real Time) - Protokol iki dikembangake khusus kanggo aplikasi kontrol gerakan lan kalebu fase transfer data isochronous.
Kanggo implementasine protokol wektu nyata PROFINET IRT, kanggo komunikasi karo piranti remot mbedakake rong saluran ijol-ijolan: isochronous lan asynchronous. Saluran isochronous kanthi dawa siklus ijol-ijolan tetep nggunakake sinkronisasi jam lan ngirim data kritis wektu; telegram tingkat kapindho digunakake kanggo transmisi. Durasi transmisi ing saluran isochronous ora ngluwihi 1 milidetik.
Saluran asinkron ngirimake data wektu nyata, sing uga ditangani liwat alamat MAC. Kajaba iku, macem-macem informasi diagnostik lan tambahan ditularake liwat TCP/IP. Sanadyan data nyata-wektu, luwih-luwih informasi liyane, mesthi, bisa ngganggu siklus isochronous.
Set lengkap fungsi PROFINET IO ora dibutuhake kanggo saben sistem otomatisasi industri, mula protokol iki skala kanggo proyek tartamtu, kanthi njupuk kelas kepatuhan utawa kelas kesesuaian: CC-A, CC-B, CC-CC. Kelas kepatuhan ngidini sampeyan milih piranti lapangan lan komponen backbone kanthi fungsi minimal sing dibutuhake.
Source:
Protokol pertukaran kapindho ing jaringan PROFINET - PROFINET CBA - digunakake kanggo ngatur komunikasi industri antarane peralatan saka manufaktur beda. Unit produksi utama ing sistem IAS yaiku entitas tartamtu sing disebut komponen. Komponen iki biasane minangka koleksi bagean mekanik, listrik lan elektronik saka piranti utawa instalasi, uga piranti lunak aplikasi sing gegandhengan. Kanggo saben komponen, modul piranti lunak dipilih sing ngemot katrangan lengkap babagan antarmuka komponen iki sesuai karo syarat standar PROFINET. Sawise modul piranti lunak iki digunakake kanggo ijol-ijolan data karo piranti.
B&R Ethernet POWERLINK protokol
Protokol Powerlink dikembangake dening perusahaan Austria B&R ing awal taun 2000-an. Iki minangka implementasine liyane saka protokol wektu nyata ing ndhuwur standar Ethernet. Spesifikasi protokol kasedhiya lan disebarake kanthi bebas.
Teknologi Powerlink nggunakake mekanisme polling campuran sing diarani, nalika kabeh interaksi antarane piranti dipérang dadi sawetara fase. Data utamane kritis ditularake ing fase ijol-ijolan isochronous, sing wektu respon sing dibutuhake dikonfigurasi; data sing isih ana bakal dikirim, sawayah-wayah, ing fase asinkron.
B & R controller karo pesawat saka I / O modul. Sumber: br-automation.com
Protokol kasebut wiwitane dileksanakake ing ndhuwur lapisan fisik 100Base-TX, nanging mengko implementasine gigabit dikembangake.
Protokol Powerlink nggunakake mekanisme penjadwalan komunikasi. Tandha utawa pesen kontrol tartamtu dikirim menyang jaringan, kanthi bantuan kanggo nemtokake piranti sing saiki duwe ijin kanggo ngganti data. Mung siji piranti sing bisa duwe akses menyang ijol-ijolan sekaligus.
Perwakilan skematik jaringan Ethernet POWERLINK kanthi macem-macem node.
Ing fase isochronous, pengontrol polling kanthi urutan ngirim panjaluk menyang saben simpul sing kudu nampa data kritis.
Fase isochronous ditindakake, kaya sing wis kasebut, kanthi wektu siklus sing bisa diatur. Ing fase ijol-ijolan bedo, tumpukan protokol IP digunakake, pengontrol njaluk data non-kritis saka kabeh kelenjar, sing ngirim respon nalika entuk akses kanggo ngirim menyang jaringan. Rasio wektu antarane fase isochronous lan asinkron bisa diatur kanthi manual.
Rockwell Automation Ethernet/IP Protokol
Protokol EtherNet/IP dikembangake kanthi partisipasi aktif saka perusahaan Amerika Rockwell Automation ing taun 2000. Iki nggunakake tumpukan TCP lan UDP IP, lan ngluwihi kanggo aplikasi otomatisasi industri. Bagian kapindho jeneng kasebut, bertentangan karo kapercayan populer, ora ateges Protokol Internet, nanging Protokol Industri. UDP IP nggunakake tumpukan komunikasi CIP (Common Interface Protocol), sing uga digunakake ing jaringan ControlNet/DeviceNet lan dileksanakake ing ndhuwur TCP/IP.
Spesifikasi EtherNet/IP kasedhiya kanggo umum lan kasedhiya kanthi bebas. Topologi jaringan Ethernet / IP bisa sembarang lan kalebu ring, star, wit utawa bus.
Saliyane fungsi standar protokol HTTP, FTP, SMTP, EtherNet/IP, iki uga nindakake transfer data kritis wektu antarane pengontrol polling lan piranti I/O. Pangiriman data non-wektu-kritis diwenehake dening paket TCP, lan pangiriman data kontrol siklik wektu-kritis ditindakake liwat protokol UDP.
Kanggo nyinkronake wektu ing sistem sing disebarake, EtherNet / IP nggunakake protokol CIPsync, sing minangka extension saka protokol komunikasi CIP.
Perwakilan skematik saka jaringan Ethernet / IP kanthi sawetara simpul lan sambungan piranti Modbus. Sumber:
Kanggo nyederhanakake persiyapan jaringan EtherNet/IP, umume piranti otomatisasi standar dilengkapi file konfigurasi sing wis ditemtokake.
Implementasi protokol FBUS ing Fastwel
Kita wis suwe mikir manawa bakal kalebu perusahaan Rusia Fastwel ing dhaptar iki kanthi implementasine domestik saka protokol industri FBUS, nanging banjur mutusake nulis sawetara paragraf kanggo ngerteni kasunyatan substitusi impor.
Ana rong implementasi fisik FBUS. Salah sijine yaiku bis sing nganggo protokol FBUS ing ndhuwur standar RS485. Kajaba iku, ana implementasine FBUS ing jaringan Ethernet industri.
FBUS meh ora bisa diarani protokol kacepetan dhuwur; wektu nanggepi gumantung banget karo jumlah modul I / O ing bis lan paramèter ijol-ijolan; biasane antara 0,5 nganti 10 milidetik. Siji simpul budak FBUS mung bisa ngemot 64 modul I/O. Kanggo fieldbus, dawa kabel ora bisa ngluwihi 1 meter, mula kita ora ngomong babagan sistem sing disebarake. Utawa, iku, nanging mung nalika nggunakake jaringan FBUS industri liwat TCP / IP, kang tegese Tambah ing wektu polling kaping pirang-pirang. Kabel extension bus bisa digunakake kanggo nyambungake modul, sing ngidini panggonan modul sing trep ing kabinet otomatis.
Fastwel controller karo modul I / O disambungake. Sumber:
Total: carane kabeh iki digunakake ing laku ing sistem kontrol proses otomatis
Mesthine, macem-macem jinis protokol transfer data industri modern luwih akeh tinimbang sing diterangake ing artikel iki. Sawetara diikat menyang pabrikan tartamtu, sawetara, sebaliknya, universal. Nalika ngembangake sistem kontrol proses otomatis (APCS), insinyur milih protokol sing optimal, kanthi njupuk tugas lan watesan tartamtu (teknis lan anggaran).
Yen kita ngomong babagan prevalensi protokol ijol-ijolan tartamtu, kita bisa menehi diagram perusahaan HMS Networks AB, sing nggambarake pangsa pasar saka macem-macem teknologi ijol-ijolan ing jaringan industri.
Source:
Kaya sing bisa dideleng ing diagram kasebut, PRONET lan PROFIBUS saka Siemens manggoni posisi utama.
Apike, 6 taun kepungkur .
Tabel ing ngisor iki ngemot data ringkesan babagan protokol ijol-ijolan sing diterangake. Sawetara paramèter, contone, kinerja, ditulis ing istilah abstrak: dhuwur / kurang. Setara numerik bisa ditemokake ing artikel analisis kinerja.
|
|
EtherCAT
|
POWERLINK
|
PROFINET
|
Ethernet/IP
|
ModbusTCP
|
|
Lapisan fisik
|
100/1000 BASE-TX
|
100/1000 BASE-TX
|
100/1000 BASE-TX
|
100/1000 BASE-TX
|
100/1000 BASE-TX
|
|
Tingkat data
|
Saluran (bingkai Ethernet)
|
Saluran (bingkai Ethernet)
|
Saluran (frame Ethernet), Jaringan/transportasi (TCP/IP)
|
Jaringan/Transportasi (TCP/IP)
|
Jaringan/Transportasi (TCP/IP)
|
|
Dhukungan wektu nyata
|
Ya
|
Ya
|
Ya
|
Ya
|
Ora
|
|
Produktivitas
|
Wigati
|
Wigati
|
IRT - dhuwur, RT - medium
|
Rata-rata
|
Kurang
|
|
Dawane kabel antarane node
|
100
|
100m/2km
|
100
|
100
|
100
|
|
Fase transfer
|
Ora
|
Isochronous + asinkron
|
IRT - isokron + asinkron, RT - asinkron
|
Ora
|
Ora
|
|
Jumlah node
|
65535
|
240
|
Watesan Jaringan TCP/IP
|
Watesan Jaringan TCP/IP
|
Watesan Jaringan TCP/IP
|
|
Resolusi tabrakan
|
Topologi ring
|
Sinkronisasi jam, fase transmisi
|
Topologi ring, fase transmisi
|
Ngalih, topologi star
|
Ngalih, topologi star
|
|
Hot swap
|
Ora
|
Ya
|
Ya
|
Ya
|
Gumantung ing implementasine
|
|
Biaya peralatan
|
Kurang
|
Kurang
|
Wigati
|
Rata-rata
|
Kurang
|
Wilayah aplikasi protokol ijol-ijolan sing diterangake, bus lapangan lan jaringan industri maneka warna. Saka industri kimia lan otomotif nganti teknologi aerospace lan manufaktur elektronik. Protokol ijol-ijolan kacepetan dhuwur dikarepake ing sistem posisi wektu nyata kanggo macem-macem piranti lan ing robotika.
Apa protokol sing sampeyan gunakake lan ing ngendi sampeyan ngetrapake? Nuduhake pengalaman sampeyan ing komentar. 🙂
Source: www.habr.com