автобустардын жана протоколдордун ендурушту автоматташтырууда кандайча иштеши женунде айттык. Бул жолу биз заманбап жумушчу чечимдерге токтолобуз: дүйнө жүзү боюнча системаларда кандай протоколдор колдонуларын карап чыгабыз. Германиянын Beckhoff жана Siemens, австриялык B&R, америкалык Rockwell Automation жана орусиялык Fastwel компанияларынын технологияларын карап көрөлү. Биз ошондой эле EtherCAT жана CAN сыяктуу белгилүү бир өндүрүүчүгө байланышпаган универсалдуу чечимдерди изилдейбиз.
Макаланын аягында EtherCAT, POWERLINK, PROFINET, EtherNet/IP жана ModbusTCP протоколдорунун мүнөздөмөлөрү менен салыштыруу таблицасы болот.
Биз PRP, HSR, OPC UA жана башка протоколдорду карап чыгууга киргизген жокпуз, анткени Өнөр жай автоматташтыруу системаларын иштеп чыгууда биздин кесиптеш инженерлерибиздин Хабре боюнча алар боюнча эң сонун макалалары бар. Мисалы, и .
Биринчиден, терминологияны аныктайлы: Industrial Ethernet = өнөр жай тармагы, Fieldbus = талаа шинасы. Орус өнөр жай автоматташтыруу, талаа автобус жана төмөнкү даражадагы өнөр жай тармагына байланыштуу терминдер башаламандык бар. Көбүнчө бул терминдер "төмөнкү деңгээл" деп аталган бирдиктүү, бүдөмүк концепцияга бириктирилет, ал фельдбус жана субдеңгээл автобусу деп аталат, бирок ал такыр автобус болбошу мүмкүн.
Эмнеге андай?Бул башаламандык, кыязы, көптөгөн заманбап контроллерлерде I/O модулдарын туташтыруу көбүнчө арткы планка же физикалык автобус аркылуу ишке ашырылганына байланыштуу. Башкача айтканда, белгилүү бир автобус байланыштары жана бириктиргичтери бир бирдикке бир нече модулдарды бириктирүү үчүн колдонулат. Бирок мындай түйүндөр, өз кезегинде, өнөр жай тармагы менен да, талаа автобусу менен да бири-бирине туташтырылышы мүмкүн. Батыш терминологиясында так бөлүнүү бар: тармак – бул тармак, автобус – автобус. Биринчиси Industrial Ethernet термини менен, экинчиси Fieldbus тарабынан белгиленет. Макала бул түшүнүктөр үчүн тиешелүүлүгүнө жараша “өндүрүштүк тармак” терминин жана “талаа автобусу” терминин колдонууну сунуштайт.
Beckhoff тарабынан иштелип чыккан EtherCAT өнөр жай тармагынын стандарты
EtherCAT протоколу жана өнөр жай тармагы, балким, бүгүнкү күндө автоматташтыруу системаларында маалыматтарды берүүнүн эң ылдам ыкмаларынын бири болуп саналат. EtherCAT тармагы бөлүштүрүлгөн автоматташтырылган системаларда ийгиликтүү колдонулат, мында өз ара аракеттенүүчү түйүндөр узак аралыкка бөлүнөт.
EtherCAT протоколу өзүнүн телеграммаларын өткөрүү үчүн стандарттуу Ethernet алкактарын колдонот, ошондуктан ал каалаган стандарттуу Ethernet жабдыктарына шайкеш келет жана чындыгында, тиешелүү программалык камсыздоо бар болгон учурда маалыматтарды кабыл алуу жана берүү каалаган Ethernet контроллерунда уюштурулушу мүмкүн.
I/O модулдарынын топтому менен Beckhoff контроллери. Булак:
Протоколдун спецификациясы ачык жана жеткиликтүү, бирок өнүгүү ассоциациясынын алкагында гана - EtherCAT Technology Group.
EtherCAT кантип иштейт (тамаша Zuma Inca оюну сыяктуу таң калтырат):
Бул протоколдогу алмашуунун жогорку ылдамдыгы - жана микросекунддордун бирдиктери жөнүндө айтууга болот - иштеп чыгуучулар түздөн-түз белгилүү бир түзүлүшкө жөнөтүлгөн телеграммаларды колдонуу менен алмашуудан баш тарткандыктан ишке ашат. Анын ордуна, EtherCAT тармагына бир телеграмма жөнөтүлөт, бир эле учурда бардык түзмөктөргө даректелген, маалыматты чогултуу жана берүү үчүн кул түйүндөрүнүн ар бири (алар көбүнчө OSO деп аталат - объекттик байланыш түзүмү) андан "учуп баратканда" алат. ал үчүн арналган маалыматтар жана ал алмашуу үчүн берүүгө даяр болгон маалыматтарды телеграммага киргизет. Андан кийин телеграмма кийинки кул түйүнүнө жөнөтүлөт, анда ошол эле операция болот. Бардык башкаруу түзүлүштөрүнөн өтүп, телеграмма негизги контроллерге кайтарылат, ал башкаруучу түзүлүштөрдөн алынган маалыматтардын негизинде башкаруу логикасын ишке ашырат, кайра телеграмма аркылуу башкаруу сигналын берүүчү кул түйүндөр менен өз ара аракеттенет. жабдуулар.
EtherCAT тармагы ар кандай топологияга ээ болушу мүмкүн, бирок түпкүлүгүндө ал ар дайым шакек болуп калат - толук дуплекс режимин жана эки Ethernet туташтыргычын колдонуунун эсебинен. Мына ушундай жол менен телеграмма автобустагы ар бир аппаратка ар дайым ырааттуулук менен берилет.
Бир нече түйүндөрү бар Ethercat тармагынын схемалык көрүнүшү. Булак:
Айтмакчы, EtherCAT спецификациясы 100Base-TX физикалык катмарына чектөөлөрдү камтыбайт, ошондуктан протоколду ишке ашыруу гигабиттик жана оптикалык линиялардын негизинде мүмкүн.
Ачык өнөр жай тармактары жана Siemens компаниясынын PROFIBUS/NET стандарттары
Немис концерни Siemens дүйнө жүзү боюнча колдонулган программалоочу логикалык контроллерлору (PLCs) менен көптөн бери белгилүү.
Siemens жабдуулары тарабынан башкарылган автоматташтырылган системанын түйүндөрүнүн ортосунда маалымат алмашуу PROFIBUS деп аталган талаа шинасы аркылуу да, PROFINET өнөр жай тармагында да ишке ашырылат.
PROFIBUS автобусунда DB-9 коннекторлору бар атайын эки өзөктүү кабель колдонулат. Siemens аны кызгылт көк түстө, бирок биз башкаларды иш жүзүндө көрдүк :). Бир нече түйүндөрдү туташтыруу үчүн туташтыргыч эки кабелди туташтыра алат. Ошондой эле терминалдык резистор үчүн өчүргүч бар. Терминалдык резистор тармактын акыркы түзүлүштөрүндө күйгүзүлүшү керек, демек, бул биринчи же акыркы түзүлүш экенин көрсөтүп турат, андан кийин эч нерсе жок, бир гана караңгылык жана боштук (бардык rs485s ушундай иштешет). Эгерде сиз аралык туташтыргычтагы резисторду күйгүзсөңүз, андан кийинки бөлүм өчүрүлөт.
Туташтыргыч коннекторлору менен PROFIBUS кабели. Булак:
PROFINET тармагы, адатта, RJ-45 туташтыргычтары менен аналогдук ийилген жуп кабелин колдонот, кабель жашыл түстө. Эгерде PROFIBUS топологиясы шина болсо, анда PROFINET тармагынын топологиясы каалаган нерсе болушу мүмкүн: шакек, жылдыз, дарак же бардыгы бириккен.
PROFINET кабели менен Siemens контроллери. Булак: w3.siemens.com
PROFIBUS шинасында жана PROFINET тармагында бир нече байланыш протоколдору бар.
PROFIBUS үчүн:
- PROFIBUS DP - бул протоколдун ишке ашырылышы алыскы кул түзмөктөр менен байланышты камтыйт; PROFINET учурда бул протокол PROFINET IO протоколуна туура келет.
- PROFIBUS PA негизи PROFIBUS DP менен бирдей, маалыматтарды берүү жана электр менен камсыздоонун жарылуудан корголбогон версиялары үчүн гана колдонулат (ар кандай физикалык касиеттери бар PROFIBUS DPга окшош). PROFINET үчүн PROFIBUSга окшош жарылууга каршы протокол азырынча жок.
- PROFIBUS FMS - PROFIBUS DP колдоно албаган башка өндүрүүчүлөрдүн системалары менен маалымат алмашуу үчүн иштелип чыккан. PROFINET тармагындагы PROFIBUS FMS аналогу PROFINET CBA протоколу болуп саналат.
PROFINET үчүн:
- PROFINET IO;
- PROFINET CBA.
PROFINET IO протоколу бир нече класстарга бөлүнөт:
- PROFINET NRT (реалдуу эмес убакыт) - убакыттын параметрлери маанилүү болбогон тиркемелерде колдонулат. Бул Ethernet TCP/IP маалыматтарды берүү протоколун, ошондой эле UDP/IP колдонот.
- PROFINET RT (реалдуу убакыт) - бул жерде киргизүү/чыгаруу маалымат алмашуу Ethernet фреймдерин колдонуу менен ишке ашырылат, бирок диагностикалык жана байланыш маалыматтары дагы эле UDP/IP аркылуу өткөрүлөт.
- PROFINET IRT (Isochronous Real Time) - Бул протокол кыймылды башкаруу колдонмолору үчүн атайын иштелип чыккан жана маалыматтарды изохрондук берүү фазасын камтыйт.
PROFINET IRT реалдуу убакыт протоколун ишке ашырууга келсек, алыскы түзмөктөр менен байланышуу үчүн ал эки алмашуу каналын айырмалайт: изохрондук жана асинхрондук. Белгиленген алмашуу циклинин узундугу бар изохрондук канал сааттын синхронизациясын колдонот жана убакыт боюнча критикалык маалыматтарды берет, берүү үчүн экинчи деңгээлдеги телеграммалар колдонулат. Изохрондук каналдагы берүүнүн узактыгы 1 миллисекунддан ашпайт.
Асинхрондук канал реалдуу убакыт режиминде деп аталган маалыматтарды өткөрүп берет, алар да MAC дареги аркылуу кайрылышат. Мындан тышкары, ар кандай диагностикалык жана көмөкчү маалымат TCP/IP аркылуу берилет. Реалдуу убакыттагы маалыматтар дагы, башка маалыматтар дагы, албетте, изохрондук циклди үзө албайт.
PROFINET IO функцияларынын кеңейтилген топтому ар бир өнөр жай автоматташтыруу тутумуна талап кылынбайт, ошондуктан бул протокол шайкештик класстарын же шайкештик класстарын эске алуу менен белгилүү бир долбоор үчүн масштабдалат: CC-A, CC-B, CC-CC. Комплаенс класстары минималдуу талап кылынган функционалдуулук менен талаа түзүлүштөрүн жана магистралдык компоненттерди тандоого мүмкүндүк берет.
Source:
PROFINET тармагындагы экинчи алмашуу протоколу - PROFINET CBA - ар кандай өндүрүүчүлөрдүн жабдууларынын ортосунда өнөр жай байланышын уюштуруу үчүн колдонулат. IAS системаларындагы негизги өндүрүш бирдиги компонент деп аталган белгилүү бир уюм болуп саналат. Бул компонент, адатта, аппараттын же орнотуунун механикалык, электрдик жана электрондук бөлүктөрүнүн жыйындысы, ошондой эле тиешелүү колдонмо программалык камсыздоо. Ар бир компонент үчүн PROFINET стандартынын талаптарына ылайык бул компоненттин интерфейсинин толук сүрөттөлүшүн камтыган программалык модуль тандалат. Андан кийин бул программалык модулдар түзмөктөр менен маалымат алмашуу үчүн колдонулат.
B&R Ethernet POWERLINK протоколу
Powerlink протоколу 2000-жылдардын башында австриялык B&R компаниясы тарабынан иштелип чыккан. Бул Ethernet стандартынын үстүнөн реалдуу убакыт протоколунун дагы бир ишке ашырылышы. Протоколдун спецификациясы жеткиликтүү жана эркин таратылат.
Powerlink технологиясы түзмөктөр ортосундагы бардык өз ара аракеттенүү бир нече фазага бөлүнгөндө аралаш добуш берүү механизмин колдонот. Өзгөчө маанилүү маалыматтар изохрондук алмашуу фазасында берилет, ал үчүн талап кылынган жооп берүү убактысы конфигурацияланат; калган маалыматтар мүмкүн болушунча асинхрондук фазада берилет.
I/O модулдарынын топтому менен B&R контроллери. Булак: br-automation.com
Протокол алгач 100Base-TX физикалык катмарынын үстүнө ишке ашырылган, бирок кийинчерээк гигабиттик ишке ашыруу иштелип чыккан.
Powerlink протоколу байланышты пландаштыруу механизмин колдонот. Тармакка белгилүү бир маркер же контролдук билдирүү жөнөтүлөт, анын жардамы менен учурда кайсы түзмөктөрдүн маалымат алмашууга уруксаты бар экендиги аныкталат. Бир убакта бир гана түзмөк алмашууга кире алат.
Бир нече түйүн менен Ethernet POWERLINK тармагынын схемалык көрүнүшү.
Изохрондук фазада добуш берүүнүн контроллери ар бир түйүнгө ырааттуу түрдө суроо-талапты жөнөтөт, андан критикалык маалыматтарды алуу керек.
Изохрондук фаза, жогоруда айтылгандай, жөнгө салынуучу цикл убактысы менен жүзөгө ашырылат. Алмашуунун асинхрондук фазасында IP протоколунун стеки колдонулат, контроллер бардык түйүндөрдөн критикалык эмес маалыматтарды сурайт, алар тармакка өткөрүү мүмкүнчүлүгүнө ээ болгондон кийин жооп жөнөтүшөт. Изохрондук жана асинхрондук фазалардын ортосундагы убакыт катышы кол менен жөнгө салынышы мүмкүн.
Rockwell Automation Ethernet/IP протоколу
EtherNet/IP протоколу 2000-жылы америкалык Rockwell Automation компаниясынын активдүү катышуусу менен иштелип чыккан. Ал TCP жана UDP IP стектерин колдонот жана аны өнөр жай автоматташтыруу колдонмолору үчүн кеңейтет. Аталышынын экинчи бөлүгү, популярдуу ишенимге каршы, Интернет протоколун эмес, Өнөр жай протоколун билдирет. UDP IP CIP (Common Interface Protocol) байланыш стекин колдонот, ал дагы ControlNet/DeviceNet тармактарында колдонулат жана TCP/IP үстүнө ишке ашырылат.
EtherNet/IP спецификациясы жалпыга жеткиликтүү жана эркин жеткиликтүү. Ethernet/IP тармак топологиясы ыктыярдуу жана шакек, жылдыз, дарак же автобусту камтышы мүмкүн.
HTTP, FTP, SMTP, EtherNet/IP протоколдорунун стандарттык функцияларынан тышкары, ал шайлоо контроллери менен киргизүү/чыгаруу түзүлүштөрүнүн ортосунда убакыт-критикалык маалыматтарды берүүнү ишке ашырат. Убакыт-критикалык эмес маалыматтарды берүү TCP пакеттери менен камсыз кылынат, ал эми циклдик башкаруу маалыматтарын убакыт-критикалык жеткирүү UDP протоколу аркылуу ишке ашырылат.
Бөлүштүрүлгөн системалардагы убакытты синхрондоштуруу үчүн EtherNet/IP CIP байланыш протоколунун узартылышы болгон CIPsync протоколун колдонот.
Бир нече түйүндөр менен Ethernet/IP тармагынын схемалык чагылдырылышы жана Modbus түзүлүштөрү. Булак:
EtherNet/IP тармагын орнотууну жөнөкөйлөтүү үчүн, көпчүлүк стандарттуу автоматташтырылган түзүлүштөр алдын ала аныкталган конфигурация файлдары менен келет.
Fastwel боюнча FBUS протоколун ишке ашыруу
Биз FBUS өнөр жай протоколун ата мекендик ишке ашыруу менен орусиялык Fastwel компаниясын бул тизмеге киргизүүнү көпкө ойлондук, бирок импортту алмаштыруунун реалдуулугун жакшыраак түшүнүү үчүн бир нече абзацтарды жазууну чечтик.
FBUS эки физикалык ишке ашыруу бар. Алардын бири FBUS протоколу RS485 стандартынын үстүндө иштеген автобус. Мындан тышкары, өнөр жай Ethernet тармагында FBUS ишке ашыруу бар.
FBUSди жогорку ылдамдыктагы протокол деп атоого болбойт; жооп берүү убактысы автобустагы киргизүү/чыгаруу модулдарынын санына жана алмашуу параметрлерине көз каранды; ал адатта 0,5тен 10 миллисекундка чейин жетет. Бир FBUS кул түйүнү 64 киргизүү/чыгаруу модулун гана камтышы мүмкүн. Fieldbus үчүн кабелдин узундугу 1 метрден ашпашы керек, ошондуктан биз бөлүштүрүлгөн системалар жөнүндө сөз кылбайбыз. Тагыраак айтканда, бул кылат, бирок TCP/IP аркылуу өнөр жай FBUS тармагын колдонууда гана, бул добуш берүү убактысынын бир нече эсе көбөйүшүн билдирет. Автобустун узартуучу шнурлары модулдарды туташтыруу үчүн колдонулушу мүмкүн, бул автоматташтыруу кабинетинде модулдарды ыңгайлуу жайгаштырууга мүмкүндүк берет.
Туташтырылган I/O модулдары менен Fastwel контроллери. Булак:
Бардыгы: мунун баары процессти башкаруунун автоматташтырылган системаларында практикада кандайча колдонулат
Албетте, заманбап өндүрүштүк маалыматтарды берүү протоколдорунун түрлөрүнүн ар түрдүүлүгү биз бул макалада сүрөттөлгөндөн алда канча көп. Кээ бир белгилүү бир өндүрүүчүгө байланган, кээ бир, тескерисинче, универсалдуу болуп саналат. Процессти башкаруунун автоматташтырылган системаларын (АПКС) иштеп чыгууда инженер конкреттүү милдеттерди жана чектөөлөрдү (техникалык жана бюджеттик) эске алуу менен оптималдуу протоколдорду тандайт.
Эгерде биз белгилүү бир алмашуу протоколунун таралышы жөнүндө айта турган болсок, анда биз компаниянын диаграммасын бере алабыз HMS Networks ABөнөр жай тармактарында ар кандай алмашуу технологиялардын рыноктук үлүшүн көрсөтөт.
Source:
Диаграммадан көрүнүп тургандай, Siemens компаниясынан PRONET жана PROFIBUS алдыңкы орундарды ээлейт.
Кызыгы, 6 жыл мурун .
Төмөнкү таблица сүрөттөлгөн алмашуу протоколдорунун жыйынды маалыматтарын камтыйт. Кээ бир параметрлер, мисалы, өндүрүмдүүлүк абстракттуу түрдө көрсөтүлөт: жогорку / төмөн. Сандык эквиваленттерди аткаруу анализи макалаларынан тапса болот.
|
|
EtherCAT
|
POWERLINK
|
PROFINET
|
Ethernet/IP
|
ModbusTCP
|
|
Физикалык катмар
|
100/1000 BASE-TX
|
100/1000 BASE-TX
|
100/1000 BASE-TX
|
100/1000 BASE-TX
|
100/1000 BASE-TX
|
|
Маалымат деңгээли
|
Канал (Ethernet алкактары)
|
Канал (Ethernet алкактары)
|
Канал (Ethernet алкактары), Тармак/транспорт (TCP/IP)
|
Тармак/Транспорт (TCP/IP)
|
Тармак/Транспорт (TCP/IP)
|
|
реалдуу убакыт колдоо
|
ошол
|
ошол
|
ошол
|
ошол
|
жок
|
|
кирешелүүлүк
|
Высокая
|
Высокая
|
IRT – жогорку, RT – орто
|
борбордук
|
төмөн
|
|
Түйүндөр ортосундагы кабель узундугу
|
100m
|
100м/2км
|
100m
|
100m
|
100m
|
|
Трансфер фазалары
|
жок
|
Изохрондук + асинхрондук
|
IRT – изохрондуу + асинхрондуу, RT – асинхрондуу
|
жок
|
жок
|
|
Түйүндөрдүн саны
|
65535
|
240
|
TCP/IP тармагын чектөө
|
TCP/IP тармагын чектөө
|
TCP/IP тармагын чектөө
|
|
Кагылышуунун чечилиши
|
Шакек топологиясы
|
Саатты синхрондоштуруу, берүү фазалары
|
Шакек топологиясы, берүү фазалары
|
Коммутаторлор, жылдыз топологиясы
|
Коммутаторлор, жылдыз топологиясы
|
|
Hot swap
|
жок
|
ошол
|
ошол
|
ошол
|
Ишке ашырууга жараша
|
|
Жабдуулардын баасы
|
төмөн
|
төмөн
|
Высокая
|
борбордук
|
төмөн
|
Сүрөттөлгөн алмашуу протоколдорун, талаа автобустарын жана өнөр жай тармактарын колдонуу чөйрөлөрү абдан ар түрдүү. Химия жана автомобиль өнөр жайынан аэрокосмостук технологияга жана электроника өндүрүшүнө чейин. Жогорку ылдамдыктагы алмашуу протоколдору ар кандай түзүлүштөр үчүн реалдуу убакыт режиминде жайгаштыруу системаларында жана робототехникада суроо-талапка ээ.
Кандай протоколдор менен иштедиңиз жана аларды кайда колдондуңуз? Комментарийлерде тажрыйбаңыз менен бөлүшүңүз. 🙂
Source: www.habr.com