Noteikti daudzi no jums zina vai pat ir redzÄjuÅ”i, kÄ tiek kontrolÄti lieli automatizÄti objekti, piemÄram, atomelektrostacija vai rÅ«pnÄ«ca ar daudzÄm ražoÅ”anas lÄ«nijÄm: galvenÄ darbÄ«ba bieži notiek lielÄ telpÄ, kur ir ekrÄni, spuldzes. un tÄlvadÄ«bas pultis. Å o vadÄ«bas kompleksu parasti sauc par galveno vadÄ«bas telpu - galveno vadÄ«bas paneli ražoÅ”anas telpas uzraudzÄ«bai.
Noteikti jÅ«s domÄjÄt, kÄ tas viss darbojas aparatÅ«ras un programmatÅ«ras ziÅÄ, kÄ Å”Ä«s sistÄmas atŔķiras no parastajiem personÄlajiem datoriem. Å ajÄ rakstÄ mÄs apskatÄ«sim, kÄ dažÄdi dati nokļūst galvenajÄ vadÄ«bas telpÄ, kÄ komandas tiek nosÅ«tÄ«tas iekÄrtÄm un kas parasti ir nepiecieÅ”ams, lai vadÄ«tu kompresoru staciju, propÄna ražotni, automaŔīnu montÄžas lÄ«niju vai pat kanalizÄcijas sÅ«kÅu iekÄrta.
Viss sÄkas ar zemÄko lÄ«meni jeb lauka kopni
Å is nezinÄtÄjam neskaidrais vÄrdu kopums tiek lietots, ja nepiecieÅ”ams aprakstÄ«t sakaru lÄ«dzekļus starp mikrokontrolleriem un pakÄrtotajÄm iekÄrtÄm, piemÄram, I/O moduļiem vai mÄrierÄ«cÄm. Parasti Å”o sakaru kanÄlu sauc par ālauka kopniā, jo tas ir atbildÄ«gs par datu pÄrsÅ«tÄ«Å”anu no ālaukaā uz kontrolieri.
āLauksā ir dziļi profesionÄls termins, kas attiecas uz to, ka dažas iekÄrtas (piemÄram, sensori vai izpildmehÄnismi), ar kurÄm mijiedarbojas kontrolieris, atrodas kaut kur tÄlu, tÄlu, uz ielas, laukos, nakts aizsegÄ. . Un nav svarÄ«gi, ka sensors var atrasties pusmetra attÄlumÄ no kontrollera un izmÄrÄ«t, teiksim, temperatÅ«ru automatizÄcijas skapÄ«, joprojÄm tiek uzskatÄ«ts, ka tas atrodas ālaukÄā. VisbiežÄk signÄli no sensoriem, kas nonÄk I/O moduļos, joprojÄm veic attÄlumus no desmitiem lÄ«dz simtiem metru (un dažreiz vairÄk), apkopojot informÄciju no attÄlÄm vietÄm vai iekÄrtÄm. Faktiski tÄpÄc apmaiÅas kopni, caur kuru kontrolieris saÅem vÄrtÄ«bas no Å”iem paÅ”iem sensoriem, parasti sauc par lauka kopni vai retÄk par zemÄka lÄ«meÅa kopni vai industriÄlo kopni.
RÅ«pnieciskÄs iekÄrtas automatizÄcijas vispÄrÄ«gÄ shÄma
TÄtad elektriskais signÄls no sensora virzÄs noteiktÄ attÄlumÄ pa kabeļu lÄ«nijÄm (parasti pa parastu vara kabeli ar noteiktu skaitu serdeÅu), kam ir pievienoti vairÄki sensori. PÄc tam signÄls nonÄk apstrÄdes modulÄ« (ievades/izvades modulÄ«), kur tas tiek pÄrveidots kontrollerim saprotamÄ digitÄlÄ valodÄ. TÄlÄk Å”is signÄls caur lauka kopni nonÄk tieÅ”i uz kontrolieri, kur tas beidzot tiek apstrÄdÄts. Pamatojoties uz Å”Ädiem signÄliem, tiek veidota paÅ”a mikrokontrollera darbÄ«bas loÄ£ika.
AugstÄkais lÄ«menis: no vÄ«tnes lÄ«dz visai darbstacijai
Par augÅ”Äjo lÄ«meni sauc visu, kam var pieskarties parasts mirstÄ«gais operators, kurÅ” kontrolÄ tehnoloÄ£isko procesu. VienkÄrÅ”ÄkajÄ gadÄ«jumÄ augÅ”Äjais lÄ«menis ir lukturu un pogu komplekts. Spuldzes signalizÄ operatoram par noteiktiem notikumiem sistÄmÄ, pogas tiek izmantotas komandu izdoÅ”anai kontrolierim. Å o sistÄmu bieži sauc par āvÄ«tniā vai āZiemassvÄtku eglÄ«tiā, jo tÄ izskatÄs ļoti lÄ«dzÄ«ga (kÄ redzams fotoattÄlÄ raksta sÄkumÄ).
Ja operatoram paveicas vairÄk, tad augstÄkajÄ lÄ«menÄ« viÅÅ” iegÅ«s operatora paneli - sava veida plakanÄ paneļa datoru, kas vienÄ vai otrÄ veidÄ saÅem datus attÄloÅ”anai no kontrollera un parÄda tos uz ekrÄna. Å Äds panelis parasti tiek montÄts uz paÅ”a automatizÄcijas skapja, tÄpÄc parasti ar to ir jÄsadarbojas stÄvot, kas rada neÄrtÄ«bas, turklÄt attÄla kvalitÄte un izmÄrs uz maza formÄta paneļiem atstÄj daudz vÄlamo.
Un visbeidzot vÄl nebijuÅ”a dÄsnuma atrakcija - darbstacija (vai pat vairÄki dublikÄti), kas ir parasts personÄlais dators.
AugÅ”ÄjÄ lÄ«meÅa iekÄrtÄm ir kaut kÄdÄ veidÄ jÄsadarbojas ar mikrokontrolleri (pretÄjÄ gadÄ«jumÄ kÄpÄc tas ir vajadzÄ«gs?). Å Ädai mijiedarbÄ«bai tiek izmantoti augstÄkÄ lÄ«meÅa protokoli un noteikta pÄrraides vide, piemÄram, Ethernet vai UART. āZiemassvÄtku eglÄ«tesā gadÄ«jumÄ Å”Ädas izsmalcinÄtÄ«bas, protams, nav vajadzÄ«gas, spuldzes tiek iedegtas, izmantojot parastÄs fiziskÄs lÄ«nijas, tur nav izsmalcinÄtu saskarÅu vai protokolu.
KopumÄ Å”is augÅ”Äjais lÄ«menis ir mazÄk interesants nekÄ lauka kopne, jo Å”is augÅ”Äjais lÄ«menis var nebÅ«t vispÄr (operatoram nav ko skatÄ«ties no sÄrijas, kontrolieris pats izdomÄs, kas jÄdara un kÄ ).
āSenieā datu pÄrsÅ«tÄ«Å”anas protokoli: Modbus un HART
Tikai daži cilvÄki zina, bet septÄ«tajÄ pasaules radÄ«Å”anas dienÄ Dievs nevis atpÅ«tÄs, bet radÄ«ja Modbus. KopÄ ar HART protokolu Modbus, iespÄjams, ir vecÄkais rÅ«pnieciskais datu pÄrsÅ«tÄ«Å”anas protokols; tas parÄdÄ«jÄs tÄlajÄ 1979. gadÄ.
SeriÄlais interfeiss sÄkotnÄji tika izmantots kÄ pÄrraides vide, pÄc tam Modbus tika ieviests, izmantojot TCP/IP. Å is ir sinhronais galvenais-slave (master-slave) protokols, kas izmanto pieprasÄ«juma-atbildes principu. Protokols ir diezgan apgrÅ«tinoÅ”s un lÄns, apmaiÅas Ätrums ir atkarÄ«gs no uztvÄrÄja un raidÄ«tÄja Ä«paŔībÄm, bet parasti skaits ir gandrÄ«z simtiem milisekundes, it Ä«paÅ”i, ja to Ä«steno, izmantojot seriÄlo interfeisu.
TurklÄt Modbus datu pÄrsÅ«tÄ«Å”anas reÄ£istrs ir 16 bitu, kas nekavÄjoties uzliek ierobežojumus reÄlo un dubulto tipu pÄrsÅ«tÄ«Å”anai. Tie tiek pÄrraidÄ«ti vai nu pa daļÄm, vai ar precizitÄtes zudumu. Lai gan Modbus joprojÄm tiek plaÅ”i izmantots gadÄ«jumos, kad nav nepiecieÅ”ams liels sakaru Ätrums un pÄrsÅ«tÄ«to datu zudums nav kritisks. Daudzi dažÄdu ierÄ«Äu ražotÄji vÄlas paplaÅ”inÄt Modbus protokolu savÄ ekskluzÄ«vÄ un ļoti oriÄ£inÄlÄ veidÄ, pievienojot nestandarta funkcijas. TÄpÄc Å”im protokolam ir daudz mutÄciju un novirzes no normas, taÄu tas joprojÄm veiksmÄ«gi dzÄ«vo mÅ«sdienu pasaulÄ.
ArÄ« HART protokols pastÄv kopÅ” astoÅdesmitajiem gadiem, tas ir rÅ«pniecisko sakaru protokols pa divu vadu strÄvas cilpas lÄ«niju, kas tieÅ”i savieno 4-20 mA sensorus un citas HART iespÄjotas ierÄ«ces.
Lai pÄrslÄgtu HART lÄ«nijas, tiek izmantotas Ä«paÅ”as ierÄ«ces, tÄ sauktie HART modemi. Ir arÄ« pÄrveidotÄji, kas nodroÅ”ina lietotÄjam, teiksim, Modbus protokolu pie izejas.
HART, iespÄjams, ir ievÄrojams ar to, ka papildus 4-20 mA sensoru analogajiem signÄliem Ä·ÄdÄ tiek pÄrraidÄ«ts arÄ« paÅ”a protokola digitÄlais signÄls, kas ļauj savienot digitÄlÄs un analogÄs daļas vienÄ kabeļa lÄ«nijÄ. MÅ«sdienu HART modemus var savienot ar kontroliera USB portu, savienot, izmantojot Bluetooth, vai vecmodÄ«gi, izmantojot seriÄlo portu. Pirms desmit gadiem, pÄc analoÄ£ijas ar Wi-Fi, parÄdÄ«jÄs WirelessHART bezvadu standarts, kas darbojas ISM diapazonÄ.
OtrÄs paaudzes protokoli vai ne visai rÅ«pnieciskÄs kopnes ISA, PCI(e) un VME
Modbus un HART protokoli ir aizstÄti ar ne visai rÅ«pnieciskÄm kopnÄm, piemÄram, ISA (MicroPC, PC/104) vai PCI/PCIe (CompactPCI, CompactPCI Serial, StacPC), kÄ arÄ« VME.
Ir pienÄcis datoru laikmets, kuru rÄ«cÄ«bÄ ir universÄla datu kopne, kurÄ var pieslÄgt dažÄdas plates (moduļus), lai apstrÄdÄtu noteiktu vienotu signÄlu. Parasti Å”ajÄ gadÄ«jumÄ procesora modulis (dators) tiek ievietots tÄ sauktajÄ rÄmÄ«, kas nodroÅ”ina mijiedarbÄ«bu caur kopni ar citÄm ierÄ«cÄm. RÄmis jeb, kÄ Ä«stiem automatizÄcijas speciÄlistiem patÄ«k saukt, ākasteā ir papildinÄts ar nepiecieÅ”amajÄm ievades-izejas platÄm: analogo, diskrÄto, interfeisu utt., vai arÄ« tas viss tiek salikts sviestmaizes formÄ bez rÄmis - viens dÄlis virs otra. PÄc tam Ŕī Ŕķirne uz kopnes (ISA, PCI utt.) apmainÄs ar datiem ar procesora moduli, kas tÄdÄjÄdi saÅem informÄciju no sensoriem un realizÄ kÄdu loÄ£iku.
Kontrolieris un I/O moduļi PXI rÄmÄ« uz PCI kopnes. Avots:
Ar Å”iem ISA, PCI(e) un VME autobusiem viss bÅ«tu kÄrtÄ«bÄ, it Ä«paÅ”i tiem laikiem: apmaiÅas Ätrums neliek vilties, un sistÄmas komponenti atrodas vienÄ kadrÄ, kompakti un Ärti, var nebÅ«t karstÄ maiÅa I/O kartes, bet es vÄl nevÄlos.
Bet ir muÅ”a ziedÄ, un ne viena vien. Diezgan grÅ«ti izveidot dalÄ«tu sistÄmu Å”ÄdÄ konfigurÄcijÄ, apmaiÅas kopne ir lokÄla, jÄizdomÄ kaut kas, lai apmainÄ«tos ar datiem ar citiem slave vai peer mezgliem, tas pats Modbus pa TCP/IP vai kÄdu citu protokolu, vispÄr nav pietiekami daudz ÄrtÄ«bu. Nu, otra ne visai patÄ«kamÄ lieta: I/O plates parasti sagaida kaut kÄdu vienotu signÄlu kÄ ieeju, un tÄm nav galvaniskÄs izolÄcijas no lauka iekÄrtÄm, tÄpÄc jÄtaisa žogs no dažÄdiem pÄrveidoÅ”anas moduļiem un starpshÄmÄm, kas ļoti sarežģī elementu bÄzi.
Starpposma signÄlu pÄrveidoÅ”anas moduļi ar galvanisko izolÄciju. Avots:
"Kas par rÅ«pniecisko autobusu protokolu?" - tu jautÄ. Nekas. Å ajÄ implementÄcijÄ tas nepastÄv. Caur kabeļu lÄ«nijÄm signÄls pÄrvietojas no sensoriem uz signÄlu pÄrveidotÄjiem, pÄrveidotÄji piegÄdÄ spriegumu diskrÄtai vai analogai I/O platei, un dati no plates jau tiek nolasÄ«ti caur I/O portiem, izmantojot OS. Un nekÄdu specializÄtu protokolu.
KÄ darbojas mÅ«sdienu industriÄlie autobusi un protokoli
Ko tagad? LÄ«dz Å”im klasiskÄ automatizÄto sistÄmu veidoÅ”anas ideoloÄ£ija ir nedaudz mainÄ«jusies. Savu lomu spÄlÄja daudzi faktori, sÄkot ar to, ka arÄ« automatizÄcijai jÄbÅ«t Ärtai, un beidzot ar tendenci uz izplatÄ«tÄm automatizÄtÄm sistÄmÄm, kuru mezgli ir attÄlinÄti viens no otra.
VarbÅ«t mÄs varam teikt, ka mÅ«sdienÄs ir divi galvenie Äku automatizÄcijas sistÄmu jÄdzieni: lokalizÄtas un izplatÄ«tas automatizÄtas sistÄmas.
LokalizÄto sistÄmu gadÄ«jumÄ, kur datu vÄkÅ”ana un kontrole ir centralizÄta vienÄ noteiktÄ vietÄ, ir pieprasÄ«ta koncepcija par noteiktu ievades/izvades moduļu kopumu, kas savstarpÄji savienoti ar kopÄju Ätru kopni, ieskaitot kontrolieri ar savu apmaiÅas protokolu. Å ajÄ gadÄ«jumÄ, kÄ likums, I/O moduļos ir gan signÄla pÄrveidotÄjs, gan galvaniskÄ izolÄcija (lai gan, protams, ne vienmÄr). Tas ir, gala lietotÄjam pietiek saprast, kÄda veida sensori un mehÄnismi atradÄ«sies automatizÄtajÄ sistÄmÄ, saskaitÄ«t nepiecieÅ”amo ievades/izvades moduļu skaitu dažÄda veida signÄliem un savienot tos vienÄ kopÄ«gÄ lÄ«nijÄ ar kontrolieri. . Å ajÄ gadÄ«jumÄ, kÄ likums, katrs ražotÄjs izmanto savu iecienÄ«tÄko apmaiÅas protokolu starp I/O moduļiem un kontrolleri, un Å”eit var bÅ«t daudz iespÄju.
SadalÄ«to sistÄmu gadÄ«jumÄ viss, kas teikts attiecÄ«bÄ uz lokalizÄtÄm sistÄmÄm, ir patiess, turklÄt svarÄ«gi, lai atseviŔķi komponenti, piemÄram, ievades-izejas moduļu komplekts plus ierÄ«ce informÄcijas savÄkÅ”anai un pÄrsÅ«tÄ«Å”anai - ne ļoti gudrs mikrokontrolleris, kas stÄv kaut kur kabÄ«nÄ laukÄ, blakus vÄrstam, kas izslÄdz eļļu - varÄtu mijiedarboties ar tiem paÅ”iem mezgliem un ar galveno kontrolieri lielÄ attÄlumÄ ar efektÄ«vu maiÅas kursu.
KÄ izstrÄdÄtÄji izvÄlas protokolu savam projektam? Visi mÅ«sdienu maiÅas protokoli nodroÅ”ina diezgan augstu veiktspÄju, tÄpÄc viena vai otra ražotÄja izvÄli bieži vien nenosaka valÅ«tas kurss Å”ajÄ Ä¼oti industriÄlajÄ autobusÄ. PaÅ”a protokola ievieÅ”ana nav tik svarÄ«ga, jo, no sistÄmas izstrÄdÄtÄja viedokļa, tÄ joprojÄm bÅ«s melnÄ kaste, kas nodroÅ”ina noteiktu iekÅ”Äjo apmaiÅas struktÅ«ru un nav paredzÄta ÄrÄjiem traucÄjumiem. VisbiežÄk uzmanÄ«ba tiek pievÄrsta praktiskiem raksturlielumiem: datora veiktspÄjai, ražotÄja koncepcijas pielietoÅ”anas vienkÄrŔībai veicamajam uzdevumam, nepiecieÅ”amo I/O moduļu veidu pieejamÄ«bai, iespÄjai moduļus veikt karstÄs maiÅas režīmÄ bez pÄrrÄvuma. autobuss utt.
PopulÄri iekÄrtu piegÄdÄtÄji piedÄvÄ savas industriÄlo protokolu realizÄcijas: piemÄram, pazÄ«stamais uzÅÄmums Siemens izstrÄdÄ savu Profinet un Profibus protokolu sÄriju, B&R izstrÄdÄ Powerlink protokolu, Rockwell Automation izstrÄdÄ EtherNet/IP protokolu. VietÄjais risinÄjums Å”ajÄ piemÄru sarakstÄ: Krievijas uzÅÄmuma Fastwel FBUS protokola versija.
Ir arÄ« universÄlÄki risinÄjumi, kas nav piesaistÄ«ti konkrÄtam ražotÄjam, piemÄram, EtherCAT un CAN. MÄs detalizÄti analizÄsim Å”os protokolus raksta turpinÄjumÄ un noskaidrosim, kuri no tiem ir labÄk piemÄroti konkrÄtiem lietojumiem: automobiļu un kosmosa rÅ«pniecÄ«ba, elektronikas ražoÅ”ana, pozicionÄÅ”anas sistÄmas un robotika. UzturÄt kontaktus!
Avots: www.habr.com