Sécher vill vun iech wëssen oder hu souguer gesinn wéi grouss automatiséiert Objete kontrolléiert ginn, zum Beispill eng Atomkraaftwierk oder eng Fabréck mat ville Produktiounslinnen: D'Haaptaktioun fënnt dacks an engem grousse Raum statt, mat enger Rëtsch Schiirme, Glühbirnen an Fernsteuerungen. Dëse Kontrollkomplex gëtt normalerweis den Haaptkontrollraum genannt - d'Haaptkontrollpanel fir d'Produktiounsanlag ze iwwerwaachen.
Sécher hutt Dir Iech gefrot wéi et alles funktionnéiert a punkto Hardware a Software, wéi dës Systemer sech vu konventionelle perséinleche Computeren ënnerscheeden. An dësem Artikel wäerte mir kucken wéi verschidden Donnéeën an den Haaptkontrollraum kommen, wéi Kommandoen an d'Ausrüstung geschéckt ginn, a wat allgemeng gebraucht gëtt fir eng Kompressorstatioun, eng Propanproduktiounsanlag, eng Autosversammlungslinn oder souguer eng Kanalisatiounspompel.
Den ënneschten Niveau oder Feldbus ass wou alles ufänkt
Dëse Set vu Wierder, onkloer fir den oninitiéierten, gëtt benotzt wann et néideg ass d'Kommunikatiounsmëttelen tëscht Mikrokontroller an Ënneruerdnungsausrüstung ze beschreiwen, zum Beispill I / O Moduler oder Miessapparater. Normalerweis gëtt dëse Kommunikatiounskanal den "Feldbus" genannt, well et verantwortlech ass fir d'Transmissioun vun Daten aus dem "Feld" an de Controller.
"Feld" ass en déiwe professionnelle Begrëff, deen op d'Tatsaach bezitt datt e puer Ausrüstung (zum Beispill Sensoren oder Aktuatoren), mat deenen de Controller interagéiert, iergendwou wäit ewech ass, op der Strooss, an de Felder, ënner dem Daach vun der Nuecht . An et ass egal, datt de Sensor en halleft Meter vum Controller plazéiert ka sinn a moossen, soen, d'Temperatur an engem Automatiséierungskabinett, et gëtt ëmmer nach ugesinn datt et "am Feld" ass. Déi meescht Oft reesen d'Signaler vu Sensoren, déi bei I/O Moduler ukommen, nach ëmmer Distanzen vun Zénger bis Honnerte vu Meter (an heiansdo méi), sammelen Informatioun vu Fernseiten oder Ausrüstung. Eigentlech ass dat firwat den Austauschbus, duerch deen de Controller Wäerter vun deene selwechte Sensoren kritt, normalerweis e Feldbus genannt gëtt oder, manner heefeg, en nidderegen Niveau Bus oder en Industriebus.
Allgemeng Schema vun der Automatisatioun vun enger industrieller Ariichtung
Also reest d'elektrescht Signal vum Sensor eng gewëssen Distanz laanscht Kabellinnen (normalerweis laanscht e normale Kupferkabel mat enger gewësser Unzuel vu Kären), op déi verschidde Sensoren verbonne sinn. D'Signal geet dann an d'Veraarbechtungsmodul (Input / Output Modul), wou et an eng digital Sprooch ëmgewandelt gëtt, déi dem Controller verständlech ass. Als nächst geet dëst Signal iwwer de Feldbus direkt an de Controller, wou et endlech veraarbecht gëtt. Baséierend op esou Signaler ass d'Betribslogik vum Mikrokontroller selwer gebaut.
Top Niveau: vun enger Garland op eng ganz Aarbechtsstatioun
Den ieweschten Niveau gëtt alles genannt wat vun engem normale stierfleche Bedreiwer beréiert ka ginn, deen den technologesche Prozess kontrolléiert. Am einfachsten Fall ass den Top Niveau eng Rei vu Luuchten a Knäppercher. Glühbirnen signaliséieren de Bedreiwer iwwer bestëmmten Eventer déi am System geschéien, Knäpper gi benotzt fir Kommandoen un de Controller auszeginn. Dëse System gëtt dacks als "Girland" oder "Chrëschtbaum" genannt, well et ganz ähnlech ausgesäit (wéi Dir kënnt aus der Foto am Ufank vum Artikel gesinn).
Wann de Bedreiwer méi glécklech ass, kritt hien als Top-Niveau e Bedreiwerpanel - eng Zort flaach-Computer, deen op eng oder aner Manéier Daten vum Controller kritt fir ze weisen an se um Bildschierm affichéiert. Esou e Panel ass normalerweis op der Automatisatiounskabinett selwer montéiert, sou datt Dir normalerweis mat him interagéiere musst beim Stand, wat d'Onbequemlechkeet verursaacht, plus d'Qualitéit an d'Gréisst vum Bild op kleng Formatplacke léisst vill ze wënschen.
A schlussendlech, eng Attraktioun vun onendlecher Generositéit - eng Aarbechtsstatioun (oder souguer e puer Duplikaten), wat e gewéinleche perséinleche Computer ass.
Uewer-Niveau Ausrüstung muss op iergendeng Manéier mam Mikrokontroller interagéieren (soss firwat ass et néideg?). Fir esou Interaktioun, ieweschte-Niveau Protokoller an engem bestëmmte Transmissioun Medium benotzt, Zum Beispill, Ethernet oder UART. Am Fall vum "Chrëschtbam" sinn esou Raffinementer natierlech net néideg; d'Glühbirnen gi mat normale kierperleche Linnen beliicht, et gi keng raffinéiert Interfaces oder Protokoller do.
Am Allgemengen ass dësen ieweschte Niveau manner interessant wéi de Feldbus, well dësen ieweschten Niveau vläicht guer net existéiert (et ass näischt fir de Bedreiwer aus der Serie ze kucken; de Controller selwer wäert erausfannen wat muss gemaach ginn a wéi ).
"Ancient" Datenübertragungsprotokoller: Modbus an HART
Puer Leit wëssen, mä op de siwenten Dag vun der Schafung vun der Welt, Gott huet net Rescht, mä Modbus geschaf. Zesumme mam HART Protokoll ass Modbus vläicht den eelsten industriellen Datenübertragungsprotokoll; et koum zréck an 1979.
D'Serien-Interface gouf am Ufank als Iwwerdroungsmedium benotzt, duerno gouf Modbus iwwer TCP / IP ëmgesat. Dëst ass e synchrone Master-Sklave (Master-Sklave) Protokoll deen den Ufro-Äntwert Prinzip benotzt. De Protokoll ass zimmlech ëmständlech a lues, d'Austauschgeschwindegkeet hänkt vun de Charakteristike vum Empfänger an dem Sender of, awer normalerweis ass de Grof bal Honnerte vu Millisekonnen, besonnesch wann se iwwer eng Serien Interface implementéiert ginn.
Ausserdeem ass de Modbus Datenübertragungsregister 16-Bit, wat direkt Restriktiounen op den Transfer vun realen an duebelen Typen setzt. Si ginn entweder an Deeler oder mat Verloscht vun Genauegkeet iwwerdroen. Och wann Modbus nach ëmmer wäit benotzt gëtt a Fäll wou héich Kommunikatiounsgeschwindegkeet net gebraucht ginn an de Verloscht vun iwwerdroenen Donnéeën net kritesch ass. Vill Hiersteller vu verschiddenen Apparater wëllen de Modbus-Protokoll op hir eegen exklusiv a ganz originell Manéier ausbauen, andeems net-Standardfunktiounen dobäi sinn. Dofir huet dëse Protokoll vill Mutatiounen an Ofwäichunge vun der Norm, awer lieft nach ëmmer erfollegräich an der moderner Welt.
Den HART Protokoll ass och zënter den 4er ronderëm, et ass en industrielle Kommunikatiounsprotokoll iwwer eng Zwee-Draad Stroumschleiflinn déi direkt 20-XNUMX mA Sensoren an aner HART-aktivéiert Geräter verbënnt.
Fir HART Linnen ze wiesselen, gi speziell Apparater, sougenannt HART Modem, benotzt. Et ginn och Konverter déi de Benotzer mat, soen, de Modbus Protokoll um Ausgang ubidden.
HART ass vläicht bemierkenswäert fir d'Tatsaach, datt nieft den analoge Signaler vun 4-20 mA Sensoren och d'digitale Signal vum Protokoll selwer am Circuit iwwerdroen gëtt, dëst erlaabt Iech déi digital an analog Deeler an enger Kabellinn ze verbannen. Modern HART Modems kënnen un den USB Hafen vum Controller verbonne sinn, iwwer Bluetooth verbonne sinn, oder déi almoudesch Manéier iwwer e Serien Hafen. Virun enger Dose Joer, duerch Analogie mat Wi-Fi, ass de WirelessHART Wireless Standard, deen an der ISM Gamme funktionnéiert, erschéngt.
Zweet Generatioun vu Protokoller oder net ganz industriell Bussen ISA, PCI (e) an VME
D'Modbus an HART Protokoller goufen duerch net ganz industriell Bussen ersat, wéi ISA (MicroPC, PC / 104) oder PCI / PCIe (CompactPCI, CompactPCI Serial, StacPC), souwéi VME.
D'Ära vu Computeren ass komm, déi en universellen Datebus zur Verfügung hunn, wou verschidde Brieder (Module) verbonne kënne ginn fir e gewësse vereenegt Signal ze veraarbecht. Normalerweis gëtt an dësem Fall de Prozessormodul (Computer) an de sougenannte Frame agebaut, wat d'Interaktioun iwwer de Bus mat aneren Apparater garantéiert. De Frame, oder, wéi richteg Automatiounsexperten et gären nennen, "Këscht", gëtt ergänzt mat den néidegen Input-Output Boards: Analog, diskret, Interface, etc., oder all dat ass an der Form vun engem Sandwich zesummegesat ouni e Frame - ee Bord op der anerer. Duerno wiesselt dës Varietéit um Bus (ISA, PCI, etc.) Daten mam Prozessormodul aus, deen domat Informatioun vun de Sensoren kritt an eng Logik ëmsetzt.
Controller an ech / O Moduler an engem PXI Frame op engem PCI Bus. Quell:
Alles wier gutt mat dësen ISA, PCI (e) an VME Bussen, besonnesch fir dës Zäiten: den Austauschgeschwindegkeet ass net enttäuschend, an d'Systemkomponente sinn an engem eenzege Frame, kompakt a praktesch, et kann net waarm austauschen ech / O Kaarte, mee ech wëll net wierklech nach.
Awer et ass eng Méck an der Sallef, a méi wéi een. Et ass zimmlech schwéier e verdeelt System an esou enger Konfiguratioun ze bauen, den Austauschbus ass lokal, Dir musst mat eppes kommen fir Daten mat anere Sklaven oder Peer Noden auszetauschen, dee selwechte Modbus iwwer TCP/IP oder en anere Protokoll, an allgemeng, et ginn net genuch Komfort. Gutt, déi zweet net ganz agreabel Saach: I / O Boards erwaarden normalerweis eng Aart vun vereenegt Signal als Input, a si hunn keng galvanesch Isolatioun vu Feldausrüstung, also musst Dir e Fied aus verschiddene Konversiounsmoduler a Mëttelschalter maachen, wat d'Elementbasis staark komplizéiert.
Zwëschen Signal Konversioun Moduler mat galvanic Isolatioun. Quell:
"Wat iwwer den industrielle Busprotokoll?" - Dir frot. Näischt. Et gëtt net an dëser Ëmsetzung. Duerch Kabelleitungen reest d'Signal vu Sensoren op Signalkonverterer, d'Konverter liwweren Spannung op eng diskret oder analog I/O Board, an d'Donnéeën vum Board si scho gelies duerch d'I/O Ports mat dem OS. A keng spezialiséiert Protokoller.
Wéi modern industriell Bussen a Protokoller funktionnéieren
Waat elo? Bis haut huet d'klassesch Ideologie vum Bau vun automatiséierte Systemer e bësse geännert. Vill Faktoren hunn eng Roll gespillt, ugefaange mat der Tatsaach datt d'Automatisatioun och bequem sollt sinn, an op en Enn mam Trend zu verdeelt automatiséierte Systemer mat Wirbelen ewech vuneneen.
Vläicht kënne mir soen datt et zwee Haaptkonzepter fir d'Bauautomatiséierungssystemer haut sinn: lokaliséiert a verdeelt automatiséiert Systemer.
Am Fall vu lokaliséierte Systemer, wou d'Datensammlung a Kontroll op enger spezifescher Plaz zentraliséiert sinn, ass d'Konzept vun enger bestëmmter Set vun Input / Output Moduler, déi duerch e gemeinsame Schnellbus verbonne sinn, dorënner e Controller mat engem eegene Austauschprotokoll, gefuerdert. An dësem Fall, als Regel, I / O Moduler enthalen souwuel e Signal Converter an galvanic Isolatioun (obwuel, natierlech, net ëmmer). Dat ass, et ass genuch fir den Endbenotzer ze verstoen wéi eng Aarte vu Sensoren a Mechanismen am automatiséierte System präsent sinn, d'Zuel vun den erfuerderlechen Input / Output Moduler fir verschidden Zorte vu Signaler zielen an se an eng gemeinsam Linn mam Controller verbannen . An dësem Fall, als Regel, benotzt all Hiersteller säi Liiblingsaustauschprotokoll tëscht I / O Moduler an dem Controller, an et ka vill Méiglechkeeten hei sinn.
Am Fall vun verdeelt Systemer ass alles wat a Relatioun zu lokaliséierte Systemer gesot gëtt richteg, ausserdeem ass et wichteg datt eenzel Komponenten, zum Beispill, eng Rei vun Input-Output Moduler plus en Apparat fir Informatioun ze sammelen an ze vermëttelen - en net ganz schlau Mikrokontroller, deen iergendwou an engem Stand am Feld steet, nieft dem Ventil deen den Ueleg ausschalt - kéint mat de selwechte Wirbelen a mam Haaptkontroller op enger grousser Distanz mat engem effektiven Austauschraten interagéieren.
Wéi wielen d'Entwéckler e Protokoll fir hire Projet? All modern Austauschprotokoller bidden eng zimlech héich Leeschtung, sou datt d'Wiel vun engem oder aneren Hiersteller dacks net vum Austauschkurs op dësem ganz industrielle Bus bestëmmt gëtt. D'Ëmsetzung vum Protokoll selwer ass net sou wichteg, well aus der Siicht vum Systementwéckler wäert et nach ëmmer eng schwaarz Këscht sinn, déi eng gewëssen intern Austauschstruktur ubitt an net fir Ausseninterferenz entwéckelt ass. Meeschtens gëtt Opmierksamkeet op praktesch Charakteristike bezuelt: d'Performance vum Computer, d'Liichtegkeet fir d'Konzept vum Hiersteller op d'Aufgab z'applizéieren, d'Disponibilitéit vun den erfuerderlechen Typen vun I/O Moduler, d'Fäegkeet fir Hot-swappable Moduler ouni ze briechen de Bus etc.
Populär Ausrüstungsliwwerer bidden hir eege Implementatioune vun industrielle Protokoller: zum Beispill, déi bekannte Firma Siemens entwéckelt seng Serie vu Profinet a Profibus Protokoller, B&R entwéckelt de Powerlink Protokoll, Rockwell Automation entwéckelt den EtherNet/IP Protokoll. Eng Hausléisung an dëser Lëscht vun Beispiller: eng Versioun vum FBUS-Protokoll vun der russescher Firma Fastwel.
Et ginn och méi universell Léisungen, déi net un engem spezifesche Fabrikant gebonnen sinn, wéi EtherCAT a CAN. Mir wäerten dës Protokoller am Detail an der Fortsetzung vum Artikel analyséieren an erausfannen, wéi eng vun hinnen besser fir spezifesch Uwendungen passend sinn: Automobil- a Raumfaartindustrie, Elektronikfabrikatioun, Positionéierungssystemer a Robotik. A Kontakt bleiwen!
Source: will.com