Силердин көбүңөр чоң автоматташтырылган объектилер, мисалы, атомдук электр станциясы же көптөгөн өндүрүш линиялары бар завод кандайча башкарыларын билесиңер же көргөнсүңөр: негизги иш-аракет көбүнчө экрандар, лампалар менен чоң бөлмөдө ишке ашат. жана алыстан башкаруу. Бул башкаруу комплекси, адатта, негизги башкаруу бөлмөсү деп аталат - өндүрүш объектинин мониторинг жүргүзүү үчүн негизги башкаруу панели.
Албетте, сиз мунун баары аппараттык жана программалык камсыздоо жагынан кандайча иштейт, бул системалар кадимки персоналдык компьютерлерден эмнеси менен айырмаланат деп ойлонуп жаткансыз. Бул макалада биз ар кандай маалыматтардын негизги башкаруу бөлмөсүнө кантип жетээрин, жабдууларга командалар кантип жөнөтүлөөрүн жана компрессордук станцияны, пропан чыгаруучу заводду, унааларды чогултуу линиясын, ал тургай, башкаруу үчүн эмне керек экенин карап чыгабыз. канализация насостук заводу.
Эң төмөнкү деңгээл же фельдбус баары башталат
Билбегендерге түшүнүксүз болгон бул сөздөрдүн жыйындысы микроконтроллерлер менен баш ийген жабдуулардын, мисалы, киргизүү/чыгаруу модулдары же өлчөө приборлору ортосундагы байланыш каражаттарын сүрөттөө зарыл болгондо колдонулат. Адатта, бул байланыш каналы "талаа автобусу" деп аталат, анткени ал "талаадан" келген маалыматтарды контроллерге өткөрүп берүүгө жооптуу.
"Талаа" - бул контролер өз ара аракеттенүүчү кээ бир жабдуулардын (мисалы, сенсорлор же кыймылдаткычтар) алыс, алыс, көчөдө, талаада, түн жамынып турган жеринде жайгашканын билдирген терең кесиптик термин. . Ал эми сенсор контроллерден жарым метр алыстыкта жайгашып, айталы, автоматика кабинетиндеги температураны өлчөй турганы маанилүү эмес, ал дагы эле "талаада" деп эсептелет. Көбүнчө, I/O модулдарына келген сенсорлордун сигналдары дагы эле ондогон метрден жүздөгөн метрге чейин (жана кээде андан да көп) аралыкты басып, алыскы сайттардан же жабдуулардан маалымат чогултат. Чынында, ошондуктан контроллер ушул эле сенсорлордон баалуулуктарды ала турган алмашуу автобусу, адатта, талаа автобусу же азыраак, төмөнкү деңгээлдеги автобус же өнөр жай автобусу деп аталат.
Өнөр жай объектисин автоматташтыруунун башкы схемасы
Ошентип, сенсордон келген электр сигналы кабелдик линиялар боюнча белгилүү бир аралыкты (көбүнчө белгилүү бир сандагы өзөгү бар кадимки жез кабели боюнча), ага бир нече сенсорлор туташтырылган. Андан кийин сигнал кайра иштетүү модулуна (киргизүү/чыгарма модулу) кирет, ал жерде контроллер үчүн түшүнүктүү санариптик тилге айланат. Андан кийин, талаа шинасы аркылуу бул сигнал түздөн-түз контроллерге барат, ал жерде акыры иштетилет. Мындай сигналдардын негизинде микроконтроллердин өзүнүн иштөө логикасы курулат.
Жогорку деңгээл: гирляндадан бүтүндөй жумушчу станцияга чейин
Жогорку деңгээл технологиялык процессти башкарган катардагы өлө турган оператордун колу тийе турган нерселердин баары деп аталат. Жөнөкөй учурда, жогорку деңгээл жарык жана баскычтардын жыйындысы болуп саналат. Электр лампалары операторго системада болуп жаткан белгилүү окуялар жөнүндө сигнал берет, баскычтар контроллерге буйруктарды берүү үчүн колдонулат. Бул система көбүнчө "глянда" же "Рождество" деп аталат, анткени ал абдан окшош (макаланын башындагы сүрөттөн көрүнүп тургандай).
Эгерде оператор бактылуураак болсо, анда эң жогорку деңгээлде ал оператор панелин алат - тигил же бул жол менен контроллерден көрсөтүү үчүн маалыматтарды кабыл алып, аны экранга чыгарган жалпак панелдүү компьютердин бир түрү. Мындай панель, адатта, автоматташтырылган шкафтын өзүнө орнотулат, ошондуктан сиз аны менен тик туруп иштөөгө туура келет, бул ыңгайсыздыктарды жаратат, плюс чакан форматтагы панелдердеги сүрөттүн сапаты жана өлчөмү көп нерсени каалайт.
Акыр-аягы, болуп көрбөгөндөй берешендиктин тартуусу - кадимки персоналдык компьютер болгон жумушчу станция (ал тургай бир нече дубликаттар).
Жогорку деңгээлдеги жабдуулар микроконтроллер менен кандайдыр бир жол менен иштеши керек (антпесе ал эмне үчүн керек?). Мындай өз ара аракеттенүү үчүн жогорку деңгээлдеги протоколдор жана белгилүү бир берүү чөйрөсү колдонулат, мисалы, Ethernet же UART. "Рождество" үчүн, албетте, мындай татаалдыктын кереги жок, лампочкалар кадимки физикалык сызыктар менен күйөт, ал жерде татаал интерфейстер же протоколдор жок.
Жалпысынан алганда, бул жогорку деңгээл талаа автобусуна караганда анча кызык эмес, анткени бул жогорку деңгээл такыр жок болушу мүмкүн (сериядан оператор карай турган эч нерсе жок; контроллер эмне кылуу керектигин жана кантип жасоо керектигин өзү аныктайт. ).
"Байыркы" маалыматтарды берүү протоколдору: Modbus жана HART
Аз эле адамдар билет, бирок дүйнө жаралышынын жетинчи күнүндө Кудай эс алган жок, Модбусту жаратты. HART протоколу менен бирге, Modbus, балким, эң эски өнөр жайлык маалыматтарды берүү протоколу болуп саналат; ал 1979-жылы пайда болгон.
Сериялык интерфейс алгач берүү каражаты катары колдонулган, андан кийин Modbus TCP/IP аркылуу ишке ашырылган. Бул суроо-жооп принцибин колдонгон синхрондуу мастер-кул (мастер-кул) протоколу. Протокол бир топ түйшүктүү жана жай, алмашуу ылдамдыгы кабылдагычтын жана өткөргүчтүн мүнөздөмөлөрүнөн көз каранды, бирок адатта эсеп дээрлик жүздөгөн миллисекундду түзөт, айрыкча сериялык интерфейс аркылуу ишке ашырылганда.
Мындан тышкары, Modbus маалыматтарды берүү реестри 16-бит болуп саналат, ал дароо реалдуу жана кош түрлөрүн өткөрүп берүүгө чектөөлөрдү киргизет. Алар же бөлүктөрүндө же тактыгын жоготуу менен берилет. Modbus дагы эле жогорку байланыш ылдамдыгы талап кылынбаган жана берилүүчү маалыматтарды жоготуу маанилүү эмес учурларда көп колдонулат да. Ар кандай түзүлүштөрдүн көптөгөн өндүрүүчүлөрү стандарттуу эмес функцияларды кошуп, Modbus протоколун өзгөчө жана оригиналдуу түрдө кеңейтүүнү жактырышат. Ошондуктан, бул протоколдо көптөгөн мутациялар жана нормадан четтөөлөр бар, бирок азыркы учурда да ийгиликтүү жашайт.
HART протоколу дагы сексенинчи жылдардан бери бар, бул 4-20 мА сенсорлорду жана HART иштетилген башка түзмөктөрдү түздөн-түз туташтырган эки зымдуу ток линиясы боюнча өнөр жай байланыш протоколу.
HART линияларын алмаштыруу үчүн HART модемдери деп аталган атайын түзүлүштөр колдонулат. Колдонуучуну, айталы, чыгууда Modbus протоколу менен камсыз кылган конвертерлер да бар.
HART, балким, 4-20 мА сенсорлордун аналогдук сигналдарынан тышкары, протоколдун санариптик сигналынын өзү да схемада берилиши менен айырмаланат, бул санариптик жана аналогдук бөлүктөрдү бир кабелдик линияга туташтырууга мүмкүндүк берет. Заманбап HART модемдерин контроллердин USB портуна туташтырууга, Bluetooth аркылуу туташтырууга же сериялык порт аркылуу эски модада туташтырууга болот. Он эки жыл мурун, Wi-Fi менен окшош, ISM диапазонунда иштеген WirelessHART зымсыз стандарты пайда болгон.
Экинчи муундагы протоколдор же анчалык деле өнөр жай эмес автобустар ISA, PCI(e) жана VME
Modbus жана HART протоколдору ISA (MicroPC, PC/104) же PCI/PCIe (CompactPCI, CompactPCI Serial, StacPC), ошондой эле VME сыяктуу өнөр жай автобустары менен алмаштырылган.
Компьютерлердин доору келди, алардын карамагында универсалдуу маалымат шинасы бар, анда белгилүү бир бирдиктүү сигналды иштетүү үчүн ар кандай такталарды (модулдарды) кошууга болот. Эреже катары, бул учурда процессордун модулу (компьютер) башка түзүлүштөр менен автобус аркылуу өз ара аракеттенүүнү камсыз кылган кадр деп аталган рамкага киргизилет. Рамка, же аны автоматташтыруу боюнча чыныгы эксперттер айткандай, “корт” керектүү киргизүү-чыгарма такталары менен толукталат: аналогдук, дискреттик, интерфейс ж.б. рамка - экинчисинин үстүнө бир такта. Андан кийин автобустагы бул түрдүүлүк (ISA, PCI, ж.
PCI автобусундагы PXI рамкасындагы контроллер жана киргизүү/чыгаруу модулдары. Булак:
Бул ISA, PCI(e) жана VME автобустары менен баары жакшы болмок, айрыкча ошол убактарда: алмашуу ылдамдыгы көңүлдү калтырбайт жана системанын компоненттери бир кадрда жайгашкан, компакттуу жана ыңгайлуу, ысык алмаштыруу мүмкүн эмес. I/O карталары, бирок мен азырынча каалабайм.
Бирок чымын бар, бирден көп. Мындай конфигурацияда бөлүштүрүлгөн системаны куруу абдан кыйын, алмашуу автобусу локалдык, сиз башка кул же тең түйүндөр, TCP/IP аркылуу ошол эле Modbus же башка протокол менен маалымат алмашуу үчүн бир нерсе ойлоп табышыңыз керек. жалпы, ыцгайлуулуктар жетишсиз. Экинчиси анча деле жагымдуу эмес: киргизүү/чыгаруу такталары адатта киргизүү катары кандайдыр бир бирдиктүү сигналды күтүшөт жана алар талаа жабдууларынан гальваникалык изоляцияга ээ эмес, андыктан ар кандай конверсиялык модулдардан жана ортоңку схемалардан тосмо жасашыңыз керек, бул элемент базасын абдан татаалдаштырат.
Гальваникалык изоляциясы бар аралык сигналды өзгөртүү модулдары. Булак:
"Өнөр жай автобус протоколу жөнүндө эмне айтууга болот?" – деп сурайсың. Эч нерсе. Бул ишке ашырууда жок. Кабелдик линиялар аркылуу сигнал сенсорлордон сигнал өзгөрткүчтөрүнө өтөт, конвертерлер дискреттик же аналогдук киргизүү/чыгаруу тактасына чыңалууну камсыздайт жана тактадан алынган маалыматтар ОС аркылуу киргизүү/чыгаруу порттору аркылуу мурдатан окулат. Жана атайын протоколдор жок.
Заманбап өндүрүштүк автобустар жана протоколдор кандай иштейт
Эми эмне болот? Бүгүнкү күндө автоматташтырылган системаларды куруунун классикалык идеологиясы бир аз өзгөрдү. Автоматташтыруу да ыңгайлуу болушу керек дегенден баштап, бири-биринен алыс жайгашкан түйүндөр менен бөлүштүрүлгөн автоматташтырылган системалардын тенденциясына чейин көптөгөн факторлор роль ойноду.
Балким, биз бүгүн автоматташтыруу системаларын куруу үчүн эки негизги түшүнүк бар деп айта алабыз: локалдаштыруу жана бөлүштүрүлгөн автоматташтырылган системалар.
Маалыматтарды чогултуу жана башкаруу белгилүү бир жерде борборлоштурулган локализацияланган системаларда, жалпы ылдам автобус менен бири-бирине туташтырылган киргизүү/чыгарма модулдарынын белгилүү бир комплексинин концепциясы, анын ичинде өзүнүн алмашуу протоколу бар контроллер талап кылынат. Бул учурда, эреже катары, киргизүү/чыгаруу модулдары сигналды өзгөрткүчтү да, гальваникалык изоляцияны да камтыйт (бирок, албетте, ар дайым эмес). Башкача айтканда, акыркы колдонуучуга автоматташтырылган системада сенсорлордун жана механизмдердин кандай түрлөрү болорун түшүнүп, сигналдардын ар кандай түрлөрү үчүн талап кылынган киргизүү/чыгарма модулдарынын санын санап, аларды контроллер менен бир жалпы линияга туташтыруу жетиштүү. . Бул учурда, эреже катары, ар бир өндүрүүчү I/O модулдары менен контроллердин ортосунда өзүнүн сүйүктүү алмашуу протоколун колдонот жана бул жерде көптөгөн варианттар болушу мүмкүн.
Бөлүштүрүлгөн системаларда локализацияланган системаларга карата айтылгандардын баары чындыкка дал келет, мындан тышкары, айрым компоненттер, мисалы, киргизүү-чыгаруу модулдарынын жыйындысы, ошондой эле маалыматты чогултуу жана берүү үчүн түзүлүш - маанилүү эмес. талаадагы кабинада, майды өчүрүүчү клапандын жанында турган абдан акылдуу микроконтроллер - ошол эле түйүндөр менен жана эффективдүү алмашуу курсу менен чоң аралыкта негизги контроллер менен иштеше алат.
Иштеп чыгуучулар өз долбоору үчүн протоколду кантип тандашат? Бардык заманбап алмашуу протоколдору жетишерлик жогорку көрсөткүчтөрдү камсыз кылат, ошондуктан тигил же бул өндүрүүчүнүн тандоосу көбүнчө ушул өнөр жай автобусунун курсу менен аныкталбайт. Протоколду ишке ашыруунун өзү анчалык деле маанилүү эмес, анткени системаны иштеп чыгуучунун көз карашы боюнча, ал дагы эле белгилүү бир ички алмашуу түзүмүн камсыз кылган жана сырттан кийлигишүү үчүн иштелип чыкпаган кара куту болуп калат. Көбүнчө практикалык мүнөздөмөлөргө көңүл бурулат: компьютердин өндүрүмдүүлүгү, тапшырмага өндүрүүчүнүн концепциясын колдонуунун жеңилдиги, киргизүү/чыгаруу модулдарынын талап кылынган түрлөрүнүн болушу, модулдарды бузбастан ысык алмаштыруу мүмкүнчүлүгү. автобус ж.б.
Популярдуу жабдууларды жеткирүүчүлөр өнөр жай протоколдорун өз алдынча ишке ашырууну сунушташат: мисалы, белгилүү Siemens компаниясы Profinet жана Profibus протоколдорунун сериясын иштеп чыгууда, B&R Powerlink протоколун, Rockwell Automation EtherNet/IP протоколун иштеп чыгууда. Бул мисалдардын тизмесинде ички чечим: орусиялык Fastwel компаниясынан FBUS протоколунун версиясы.
Ошондой эле EtherCAT жана CAN сыяктуу белгилүү бир өндүрүүчүгө байланбаган универсалдуу чечимдер бар. Биз макаланын уландысында бул протоколдорду кылдат талдап, алардын кайсынысы конкреттүү колдонмолорго ылайыктуу экенин аныктайбыз: автомобиль жана аэрокосмостук өнөр жай, электроника өндүрүшү, позициялоо системалары жана робототехника. Байланышта болуңуз!
Source: www.habr.com