Mesthi akeh sing ngerti utawa malah wis weruh carane gedhe obyek otomatis dikontrol, contone, pabrik tenaga nuklir utawa pabrik karo akeh jalur produksi: tumindak utama asring njupuk Panggonan ing kamar gedhe, karo Bunch saka layar, bolam lampu. lan remot kontrol. Komplek kontrol iki biasane disebut ruang kontrol utama - panel kontrol utama kanggo ngawasi fasilitas produksi.
Mesthi sampeyan kepingin weruh kepiye cara kerjane babagan hardware lan piranti lunak, kepiye sistem kasebut beda karo komputer pribadi konvensional. Ing artikel iki, kita bakal ndeleng carane macem-macem data menyang kamar kontrol utama, carane printah dikirim menyang peralatan, lan apa sing umume dibutuhake kanggo ngontrol stasiun kompresor, pabrik produksi propana, baris perakitan mobil, utawa malah a pabrik sewer pumping.
Tingkat paling ngisor utawa fieldbus yaiku ngendi kabeh diwiwiti
Iki set tembung, ora cetha kanggo uninitiated, digunakake nalika perlu kanggo njlèntrèhaké sarana komunikasi antarane mikrokontroler lan peralatan bawahan, contone, modul I / O utawa piranti ukur. Biasane saluran komunikasi iki diarani "bus lapangan" amarga tanggung jawab kanggo ngirim data sing teka saka "lapangan" menyang controller.
"Lapangan" minangka istilah profesional jero sing nuduhake kasunyatan manawa sawetara peralatan (contone, sensor utawa aktuator) sing interaksi karo pengontrol dumunung ing endi wae sing adoh, adoh, ing dalan, ing lapangan, ing tutup wengi. . Lan ora Matter sing sensor bisa dumunung setengah meter saka controller lan ngukur, ngomong, suhu ing kabinèt automation, iku isih dianggep "ing lapangan." Paling asring, sinyal saka sensor sing teka ing modul I/O isih tekan jarak saka puluhan nganti atusan meter (lan kadhangkala luwih), ngumpulake informasi saka situs utawa peralatan sing adoh. Bener, mulane bus ijol-ijolan, ing ngendi pengontrol nampa nilai saka sensor sing padha, biasane diarani bis lapangan utawa, kurang umum, bis tingkat ngisor utawa bis industri.
Skema umum otomatisasi fasilitas industri
Dadi, sinyal listrik saka sensor ngubengi jarak tartamtu ing sadawane garis kabel (biasane ing sadawane kabel tembaga biasa kanthi jumlah inti tartamtu), sing disambungake sawetara sensor. Sinyal banjur lumebu ing modul Processing (input / modul output), ngendi iku diowahi menyang basa digital dingerteni kanggo controller. Sabanjure, sinyal iki liwat bis lapangan langsung menyang controller, ing ngendi pungkasane diproses. Adhedhasar sinyal kasebut, logika operasi mikrokontroler dhewe dibangun.
Tingkat ndhuwur: saka garland menyang kabeh workstation
Tingkat ndhuwur diarani kabeh sing bisa disentuh dening operator fana biasa sing ngontrol proses teknologi. Ing kasus sing paling gampang, tingkat paling dhuwur yaiku sakumpulan lampu lan tombol. Lampu bolam menehi tandha operator babagan acara tartamtu sing kedadeyan ing sistem, tombol digunakake kanggo ngetokake printah menyang controller. Sistem iki asring diarani "garland" utawa "wit Natal" amarga katon meh padha (kaya sing bisa dideleng saka foto ing wiwitan artikel).
Yen operator luwih begja, banjur minangka tingkat ndhuwur dheweke bakal entuk panel operator - jenis komputer flat-panel sing ing salah siji cara utawa liyane nampa data kanggo tampilan saka controller lan ditampilake ing layar. Panel kuwi biasane dipasang ing kabinèt automation dhewe, supaya sampeyan biasane kudu sesambungan karo nalika ngadeg, kang nimbulaké ora nyaman sacara, plus kualitas lan ukuran gambar ing panel cilik-format godhong akeh sing dikarepake.
Lan pungkasanipun, atraksi loman unprecedented - workstation (utawa malah sawetara duplikat), kang komputer pribadi biasa.
Peralatan tingkat ndhuwur kudu sesambungan ing sawetara cara karo mikrokontroler (yen ora, kenapa perlu?). Kanggo interaksi kasebut, protokol tingkat ndhuwur lan medium transmisi tartamtu digunakake, contone, Ethernet utawa UART. Ing kasus "wit Natal", kecanggihan kasebut, mesthine, ora perlu; bolam lampu diuripake nganggo garis fisik biasa, ora ana antarmuka utawa protokol sing canggih.
Umumé, tingkat ndhuwur iki kurang menarik tinimbang bis lapangan, amarga tingkat ndhuwur iki bisa uga ora ana ing kabeh (ora ana apa-apa kanggo operator katon saka seri; controller dhewe bakal ngerti apa sing kudu dilakoni lan carane ).
Protokol transfer data "Kuna": Modbus lan HART
Sawetara wong ngerti, nanging ing dina kapitu saka nitahaken donya, Gusti Allah ora ngaso, nanging digawe Modbus. Bebarengan karo protokol HART, Modbus bisa uga minangka protokol transfer data industri paling tuwa; iki muncul ing taun 1979.
Antarmuka serial wiwitane digunakake minangka media transmisi, banjur Modbus ditindakake liwat TCP / IP. Iki minangka protokol master-slave (master-slave) sinkron sing nggunakake prinsip request-response. Protokol cukup cumbersome lan alon, kacepetan exchange gumantung karakteristik panrima lan pemancar, nanging biasane count meh atusan milliseconds, utamané nalika dipun ginakaken liwat antarmuka serial.
Kajaba iku, ndhaptar transfer data Modbus yaiku 16-bit, sing langsung ngetrapake watesan babagan transfer jinis nyata lan kaping pindho. Iki ditularake kanthi bagean utawa kanthi akurasi sing ilang. Sanajan Modbus isih akeh digunakake ing kasus nalika kecepatan komunikasi sing dhuwur ora dibutuhake lan mundhut data sing dikirim ora kritis. Akeh manufaktur macem-macem piranti seneng ngembangake protokol Modbus kanthi cara sing eksklusif lan asli, nambah fungsi sing ora standar. Mulane, protokol iki nduweni akeh mutasi lan penyimpangan saka norma, nanging isih urip kanthi sukses ing donya modern.
Protokol HART uga wis ana wiwit taun 4-an, minangka protokol komunikasi industri liwat garis daur ulang loro-kabel sing langsung nyambungake sensor 20-XNUMX mA lan piranti liyane sing aktif HART.
Kanggo ngalih garis HART, piranti khusus, sing disebut modem HART, digunakake. Ana uga konverter sing nyedhiyakake pangguna, ucapake, protokol Modbus ing output.
HART bisa uga kacathet amarga saliyane sinyal analog saka sensor 4-20 mA, sinyal digital saka protokol kasebut uga ditularake ing sirkuit, iki ngidini sampeyan nyambungake bagean digital lan analog ing siji baris kabel. Modem HART modern bisa disambungake menyang port USB controller, disambungake liwat Bluetooth, utawa cara lawas liwat port serial. Welasan taun kepungkur, kanthi analogi karo Wi-Fi, standar nirkabel WirelessHART, sing beroperasi ing kisaran ISM, muncul.
Kapindho generasi saka protokol utawa ora cukup bis industri ISA, PCI (e) lan VME
Protokol Modbus lan HART wis diganti karo bus industri sing ora cukup, kayata ISA (MicroPC, PC/104) utawa PCI/PCIe (CompactPCI, CompactPCI Serial, StacPC), uga VME.
Jaman komputer wis teka sing duwe bis data universal, ing ngendi macem-macem papan (modul) bisa disambungake kanggo ngolah sinyal terpadu tartamtu. Minangka aturan, ing kasus iki, modul prosesor (komputer) dilebokake menyang pigura sing disebut, sing njamin interaksi liwat bis karo piranti liyane. Bingkai, utawa, kaya sing diarani para ahli otomatisasi sejati, "peti", ditambah karo papan input-output sing dibutuhake: analog, diskrit, antarmuka, lan liya-liyane, utawa kabeh iki digabungake ing bentuk roti isi tanpa. pigura - siji Papan ing ndhuwur liyane. Sawisé iku, macem-macem iki ing bis (ISA, PCI, etc.) ijol-ijolan data karo modul prosesor, kang mangkono nampa informasi saka sensor lan ngleksanakake sawetara logika.
Controller lan aku / modul O ing pigura PXI ing bis PCI. Sumber:
Kabeh bakal nggoleki ISA iki, PCI (e) lan VME bus, utamané kanggo wektu sing: kacepetan exchange ora kuciwo, lan komponen sistem dumunung ing pigura siji, kompak lan trep, ana uga ora panas-swappable. Aku / kertu O, nanging aku ora pengin banget.
Nanging ana fly ing ointment, lan luwih saka siji. Iku cukup angel kanggo mbangun sistem mbagekke ing konfigurasi kuwi, bus exchange lokal, sampeyan kudu teka munggah karo soko kanggo ijol-ijolan data karo abdi liyane utawa kelenjar peer, Modbus padha liwat TCP / IP utawa sawetara protokol liyane, ing umum, ana ora cukup penak. Inggih, bab kapindho ora banget penake: Papan I / O biasane nyana sawetara jenis sinyal ndadekake minangka input, lan padha ora duwe isolasi galvanic saka peralatan lapangan, supaya sampeyan kudu nggawe pager metu saka macem-macem modul konversi lan circuitry penengah. kang banget complicates basis unsur.
Modul konversi sinyal penengah kanthi isolasi galvanik. Sumber:
"Apa babagan protokol bis industri?" - sampeyan takon. ora ana apa-apa. Ora ana ing implementasine iki. Liwat jalur kabel, sinyal kasebut pindhah saka sensor menyang konverter sinyal, konverter nyedhiyakake voltase menyang papan I / O sing diskrit utawa analog, lan data saka papan kasebut wis diwaca liwat port I / O nggunakake OS. Lan ora ana protokol khusus.
Kepiye cara bis lan protokol industri modern
Apa saiki? Nganti saiki, ideologi klasik kanggo mbangun sistem otomatis wis rada owah. Akeh faktor sing nduwe peran, diwiwiti kanthi kasunyatan manawa otomatisasi uga kudu trep, lan diakhiri karo tren menyang sistem otomatis sing disebarake kanthi simpul sing adoh saka saben liyane.
Mbok menawa kita bisa ngomong yen ana rong konsep utama kanggo mbangun sistem otomatisasi saiki: sistem otomatis sing dilokalisasi lan disebarake.
Ing cilik saka sistem localized, ngendi koleksi data lan kontrol terpusat ing siji lokasi tartamtu, konsep pesawat tartamtu saka input / output modul interconnected dening bis cepet umum, kalebu controller karo protokol exchange dhewe, dikarepake. Ing kasus iki, minangka aturan, modul I / O kalebu loro konverter sinyal lan isolasi galvanik (sanajan, mesthi, ora mesthi). Sing, cukup kanggo pangguna pungkasan ngerti apa jinis sensor lan mekanisme sing bakal ana ing sistem otomatis, ngitung jumlah modul input / output sing dibutuhake kanggo macem-macem jinis sinyal lan nyambungake menyang siji baris umum karo pengontrol. . Ing kasus iki, minangka aturan, saben Produsèn nggunakake protokol exchange favorit antarane I / O modul lan controller, lan ana bisa dadi akèh opsi kene.
Ing kasus sistem sing disebarake, kabeh sing dikandhakake babagan sistem sing dilokalisasi pancen bener, uga penting yen komponen individu, contone, set modul input-output lan piranti kanggo ngumpulake lan ngirim informasi - ora. microcontroller banget pinter sing stands nang endi wae ing Booth ing lapangan, jejere tutup sing mati lenga - bisa sesambungan karo kelenjar padha lan karo controller utama ing kadohan gedhe karo kurs efektif.
Kepiye pangembang milih protokol kanggo proyeke? Kabeh protokol ijol-ijolan modern nyedhiyakake kinerja sing cukup dhuwur, saengga pilihan siji utawa pabrikan liyane asring ora ditemtokake dening kurs ing bis industri banget iki. Implementasi protokol kasebut dhewe ora pati penting, amarga, saka sudut pandang pangembang sistem, isih bakal dadi kothak ireng sing nyedhiyakake struktur ijol-ijolan internal tartamtu lan ora dirancang kanggo gangguan njaba. Paling asring, manungsa waé wis mbayar kanggo ciri praktis: kinerja komputer, ease saka nglamar konsep Produsèn kanggo tugas ing tangan, kasedhiyan jinis dibutuhake modul I / O, kemampuan kanggo panas-swappable modul tanpa break. bis lsp.
Supplier peralatan populer nawakake implementasine dhewe saka protokol industri: contone, perusahaan kondhang Siemens ngembangake seri protokol Profinet lan Profibus, B&R ngembangake protokol Powerlink, Rockwell Automation ngembangake protokol EtherNet / IP. Solusi domestik ing dhaptar conto iki: versi protokol FBUS saka perusahaan Rusia Fastwel.
Ana uga solusi sing luwih universal sing ora ana gandhengane karo pabrikan tartamtu, kayata EtherCAT lan CAN. Kita bakal nganalisa protokol kasebut kanthi rinci ing lanjutan artikel kasebut lan nemtokake endi sing luwih cocog kanggo aplikasi tartamtu: industri otomotif lan aeroangkasa, manufaktur elektronik, sistem posisi lan robotika. Tetep sesambungan!
Source: www.habr.com