Бид үйлдвэрлэлийн автоматжуулалтад автобус, протокол хэрхэн ажилладаг талаар ярилцсан. Энэ удаад бид орчин үеийн ажлын шийдлүүдэд анхаарлаа хандуулах болно: бид дэлхий даяар системд ямар протоколуудыг ашигладаг болохыг авч үзэх болно. Германы Beckhoff, Siemens, Австрийн B&R, Америкийн Rockwell Automation, Оросын Fastwel компаниудын технологийг авч үзье. Бид мөн EtherCAT, CAN зэрэг тодорхой үйлдвэрлэгчтэй холбоогүй бүх нийтийн шийдлүүдийг судлах болно.
Өгүүллийн төгсгөлд EtherCAT, POWERLINK, PROFINET, EtherNet/IP болон ModbusTCP протоколуудын шинж чанаруудтай харьцуулах хүснэгт байх болно.
Бид хянан үзэхдээ PRP, HSR, OPC UA болон бусад протоколуудыг оруулаагүй болно Аж үйлдвэрийн автоматжуулалтын системийг хөгжүүлж буй манай инженерүүдийн Хабрегийн талаар тэдний тухай маш сайн нийтлэлүүд аль хэдийн гарсан байна. Жишээлбэл, и .
Эхлээд нэр томъёог тодорхойлъё: Industrial Ethernet = аж үйлдвэрийн сүлжээ, Fieldbus = талбар автобус. Оросын аж үйлдвэрийн автоматжуулалтад хээрийн автобус болон доод түвшний үйлдвэрлэлийн сүлжээтэй холбоотой төөрөгдөл байдаг. Ихэнхдээ эдгээр нэр томьёо нь "доод түвшин" гэж нэрлэгддэг нэг тодорхой бус ойлголтод нэгтгэгддэг бөгөөд энэ нь автобус биш байж болох ч фельдбус ба дэд түвшний автобус гэж нэрлэгддэг.
Яагаад ийм байнаЭнэхүү төөрөгдөл нь орчин үеийн олон хянагчдад оролт гаралтын модулиудын холболтыг ихэвчлэн арын хавтан эсвэл физик автобус ашиглан гүйцэтгэдэгтэй холбоотой байх магадлалтай. Өөрөөр хэлбэл, автобусны тодорхой контактууд ба холбогчийг хэд хэдэн модулийг нэг нэгж болгон нэгтгэхэд ашигладаг. Гэхдээ ийм зангилаанууд нь эргээд үйлдвэрлэлийн сүлжээ болон хээрийн автобусаар холбогдож болно. Барууны нэр томъёонд сүлжээ бол сүлжээ, автобус бол автобус гэсэн тодорхой хуваагдал байдаг. Эхнийх нь Industrial Ethernet гэсэн нэр томъёогоор, хоёр дахь нь Fieldbus-ээр тодорхойлогддог. Уг нийтлэлд эдгээр ойлголтуудад "үйлдвэрлэлийн сүлжээ" болон "хээрийн автобус" гэсэн нэр томъёог тус тус ашиглахыг санал болгож байна.
Бекхоффын боловсруулсан аж үйлдвэрийн сүлжээний стандарт EtherCAT
EtherCAT протокол ба үйлдвэрлэлийн сүлжээ нь өнөө үед автоматжуулалтын систем дэх өгөгдөл дамжуулах хамгийн хурдан аргуудын нэг юм. EtherCAT сүлжээг харилцан үйлчлэгч зангилаа хол зайд тусгаарлагдсан тархсан автоматжуулалтын системд амжилттай ашигладаг.
EtherCAT протокол нь телеграмаа дамжуулахдаа стандарт Ethernet фреймүүдийг ашигладаг тул ямар ч стандарт Ethernet төхөөрөмжтэй нийцтэй хэвээр байх бөгөөд үнэн хэрэгтээ зохих програм хангамж байгаа тохиолдолд ямар ч Ethernet хянагч дээр өгөгдөл хүлээн авах, дамжуулах боломжтой.
I/O модулиудын багц бүхий Бекхоффын хянагч. Эх сурвалж:
Протоколын тодорхойлолт нь нээлттэй бөгөөд ашиглах боломжтой боловч зөвхөн хөгжлийн нийгэмлэг - EtherCAT Technology Group-ийн хүрээнд.
EtherCAT хэрхэн ажилладаг вэ (Зума Инка тоглоом шиг үзвэр нь сэтгэл татам юм):
Энэхүү протокол дахь солилцооны өндөр хурд нь микросекундын нэгжийн талаар ярьж болно - хөгжүүлэгчид тодорхой төхөөрөмж рүү шууд илгээсэн цахилгаан мэдээг ашиглан солилцохоос татгалзсантай холбоотой юм. Үүний оронд EtherCAT сүлжээнд нэг телеграм илгээгдэж, бүх төхөөрөмжид нэгэн зэрэг хаяглагдсан бөгөөд мэдээлэл цуглуулах, дамжуулахад зориулагдсан боол зангилаа бүр (тэдгээрийг ихэвчлэн OSO - объектын холбооны төхөөрөмж гэж нэрлэдэг) түүнээс "явшин" авдаг. түүнд зориулагдсан өгөгдлүүд болон солилцоход бэлэн байгаа мэдээллийг телеграмд оруулна. Дараа нь цахилгааныг дараагийн боолын зангилаа руу илгээдэг бөгөөд тэнд ижил үйл ажиллагаа явагдана. Бүх хяналтын төхөөрөмжөөр дамжсаны дараа телеграммыг үндсэн хянагч руу буцаадаг бөгөөд энэ нь боол төхөөрөмжөөс хүлээн авсан өгөгдөл дээр үндэслэн хяналтын логикийг хэрэгжүүлж, хяналтын дохио өгдөг боолын зангилаатай телеграмаар дахин харилцан үйлчилдэг. тоног төхөөрөмж.
EtherCAT сүлжээ нь ямар ч топологитой байж болно, гэхдээ үндсэндээ энэ нь үргэлж цагираг байх болно - бүрэн дуплекс горим болон хоёр Ethernet холбогчийг ашигласны улмаас. Ийм байдлаар автобусны төхөөрөмж бүрт цахилгаан утас үргэлж дараалан дамжих болно.
Олон зангилаа бүхий Ethercat сүлжээний бүдүүвч дүрслэл. Эх сурвалж:
Дашрамд дурдахад, EtherCAT-ийн тодорхойлолт нь 100Base-TX физик давхаргад хязгаарлалт агуулаагүй тул протоколыг гигабит болон оптик шугам дээр үндэслэн хэрэгжүүлэх боломжтой.
Нээлттэй үйлдвэрлэлийн сүлжээ, Siemens-аас PROFIBUS/NET стандартууд
Германы Siemens концерн нь дэлхий даяар хэрэглэгддэг программчлагдах логик хянагчаараа (PLC) эртнээс алдартай.
Siemens-ийн төхөөрөмжөөр удирддаг автоматжуулсан системийн зангилаа хоорондын мэдээлэл солилцох нь PROFIBUS гэж нэрлэгддэг хээрийн автобус болон PROFINET үйлдвэрлэлийн сүлжээнд хоёуланд нь хийгддэг.
PROFIBUS автобус нь DB-9 холбогчтой тусгай хоёр судалтай кабелийг ашигладаг. Siemens үүнийг нил ягаан өнгөтэй, гэхдээ бид практик дээр бусдыг харсан :). Олон зангилааг холбохын тулд холбогч нь хоёр кабелийг холбож болно. Мөн терминалын резисторын унтраалгатай. Терминал резисторыг сүлжээний төгсгөлийн төхөөрөмжүүдэд асаах ёстой бөгөөд ингэснээр энэ нь анхны эсвэл сүүлчийн төхөөрөмж бөгөөд үүний дараа юу ч байхгүй, зөвхөн харанхуй, хоосон зүйл байдаг (бүх rs485-ууд ийм байдлаар ажилладаг). Хэрэв та завсрын холбогч дээр резисторыг асаавал түүний дараах хэсэг унтарна.
Холбогч холбогчтой PROFIBUS кабель. Эх сурвалж:
PROFINET сүлжээ нь ихэвчлэн RJ-45 холбогчтой, аналог эрчилсэн хос кабелийг ашигладаг, кабель нь ногоон өнгөтэй байдаг. Хэрэв PROFIBUS-ийн топологи нь автобус бол PROFINET сүлжээний топологи нь ямар ч зүйл байж болно: цагираг, од, мод эсвэл бүх зүйл нийлсэн.
PROFINET кабель холбогдсон Siemens хянагч. Эх сурвалж: w3.siemens.com
PROFIBUS автобус болон PROFINET сүлжээнд хэд хэдэн харилцааны протоколууд байдаг.
PROFIBUS-ийн хувьд:
- PROFIBUS DP - энэ протоколыг хэрэгжүүлэхэд алсын хараатай төхөөрөмжүүдтэй харилцах шаардлагатай бөгөөд PROFINET-ийн хувьд энэ протокол PROFINET IO протоколтой тохирч байна.
- PROFIBUS PA нь үндсэндээ PROFIBUS DP-тэй ижил бөгөөд зөвхөн өгөгдөл дамжуулах болон цахилгаан хангамжийн тэсрэлтээс хамгаалагдсан хувилбаруудад ашиглагддаг (өөр өөр физик шинж чанартай PROFIBUS DP-тэй адил). PROFINET-ийн хувьд PROFIBUS-тай төстэй тэсрэлтээс хамгаалах протокол хараахан байхгүй байна.
- PROFIBUS FMS - PROFIBUS DP ашиглах боломжгүй бусад үйлдвэрлэгчдийн системүүдтэй өгөгдөл солилцох зориулалттай. PROFINET сүлжээний PROFIBUS FMS аналог нь PROFINET CBA протокол юм.
PROFINET-ийн хувьд:
- PROFINET IO;
- PROFINET CBA.
PROFINET IO протоколыг хэд хэдэн ангилалд хуваадаг.
- PROFINET NRT (бодит бус) - цаг хугацааны параметрүүд чухал биш програмуудад ашиглагддаг. Энэ нь Ethernet TCP/IP өгөгдөл дамжуулах протокол болон UDP/IP ашигладаг.
- PROFINET RT (бодит цаг) - энд I/O өгөгдлийн солилцоог Ethernet фрейм ашиглан хэрэгжүүлдэг боловч оношилгоо, холбооны өгөгдлийг UDP/IP-ээр дамжуулсан хэвээр байна.
- PROFINET IRT (Isochronous Real Time) - Энэхүү протокол нь хөдөлгөөнийг хянах програмуудад тусгайлан бүтээгдсэн бөгөөд өгөгдөл дамжуулах үе шатыг агуулдаг.
PROFINET IRT хатуу бодит цагийн протоколын хэрэгжилтийн хувьд алсын төхөөрөмжтэй харилцахын тулд энэ нь изохрон ба асинхрон гэсэн хоёр солилцооны сувгийг ялгадаг. Тогтмол солилцооны мөчлөгийн урттай изохрон суваг нь цагийн синхрончлолыг ашиглаж, цаг хугацааны чухал өгөгдлийг дамжуулдаг бөгөөд дамжуулахад хоёр дахь түвшний телеграммуудыг ашигладаг. Изохрон суваг дахь дамжуулах хугацаа 1 миллисекундээс хэтрэхгүй.
Асинхрон суваг нь бодит цагийн гэж нэрлэгддэг өгөгдлийг дамжуулдаг бөгөөд энэ нь мөн MAC хаягаар дамждаг. Нэмж дурдахад янз бүрийн оношлогооны болон туслах мэдээллийг TCP/IP-ээр дамжуулдаг. Бодит цагийн өгөгдөл, бусад мэдээлэл ч гэсэн мэдээжийн хэрэг изохрон мөчлөгийг тасалдуулж чадахгүй.
PROFINET IO функцүүдийн өргөтгөсөн багц нь үйлдвэрлэлийн автоматжуулалтын систем бүрт шаардлагагүй тул энэ протоколыг CC-A, CC-B, CC-CC зэрэг нийцлийн анги эсвэл тохирлын ангиллыг харгалзан тодорхой төсөлд зориулж хуваарьласан болно. Тохиромжтой байдлын ангиуд нь хамгийн бага шаардлагатай функц бүхий хээрийн төхөөрөмж болон үндсэн бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг сонгох боломжийг танд олгоно.
Эх сурвалж:
PROFINET сүлжээний хоёр дахь солилцооны протокол - PROFINET CBA нь янз бүрийн үйлдвэрлэгчдийн тоног төхөөрөмжийн хооронд үйлдвэрлэлийн харилцаа холбоог зохион байгуулахад ашиглагддаг. IAS системийн үйлдвэрлэлийн үндсэн нэгж нь бүрэлдэхүүн хэсэг гэж нэрлэгддэг тодорхой байгууллага юм. Энэ бүрэлдэхүүн хэсэг нь ихэвчлэн төхөөрөмж, суурилуулалтын механик, цахилгаан болон электрон эд анги, түүнчлэн холбогдох хэрэглээний програм хангамжийн цуглуулга юм. Бүрэлдэхүүн хэсэг бүрийн хувьд PROFINET стандартын шаардлагын дагуу энэ бүрэлдэхүүн хэсгийн интерфейсийн бүрэн тайлбарыг агуулсан програм хангамжийн модулийг сонгосон. Үүний дараа эдгээр програм хангамжийн модулиудыг төхөөрөмжүүдтэй өгөгдөл солилцоход ашигладаг.
B&R Ethernet POWERLINK протокол
Powerlink протоколыг 2000-аад оны эхээр Австрийн B&R компани боловсруулсан. Энэ бол Ethernet стандарт дээр суурилсан бодит цагийн протоколын өөр нэг хэрэгжилт юм. Протоколын тодорхойлолтыг ашиглах боломжтой бөгөөд чөлөөтэй тарааж болно.
Powerlink технологи нь төхөөрөмжүүдийн хоорондын бүх харилцан үйлчлэл хэд хэдэн үе шатанд хуваагддаг холимог санал авах механизмыг ашигладаг. Ялангуяа чухал өгөгдлийг изохрон солилцооны үе шатанд дамжуулдаг бөгөөд үүнд шаардлагатай хариу өгөх хугацаа тохируулагдсан байдаг; үлдсэн өгөгдлийг боломжтой бол асинхрон үе шатанд дамжуулна.
I/O модулиудын багц бүхий B&R хянагч. Эх сурвалж: br-automation.com
Протоколыг анх 100Base-TX физик давхаргын дээд талд хэрэгжүүлсэн боловч хожим нь гигабит хэрэгжилтийг боловсруулсан.
Powerlink протокол нь харилцааны хуваарийн механизмыг ашигладаг. Сүлжээнд тодорхой тэмдэглэгээ эсвэл хяналтын мессеж илгээгддэг бөгөөд үүний тусламжтайгаар аль төхөөрөмж нь өгөгдөл солилцох зөвшөөрөлтэй байгааг тодорхойлдог. Нэг удаад зөвхөн нэг төхөөрөмж солилцоонд хандах боломжтой.
Олон зангилаа бүхий Ethernet POWERLINK сүлжээний бүдүүвч дүрслэл.
Изохрон үе шатанд санал асуулгын хянагч нь чухал өгөгдлийг хүлээн авах шаардлагатай зангилаа бүрт хүсэлтийг дараалан илгээдэг.
Изохрон үе шатыг аль хэдийн дурьдсанчлан тохируулж болох мөчлөгийн хугацаатайгаар гүйцэтгэдэг. Солилцооны асинхрон үе шатанд IP протоколын стекийг ашигладаг бөгөөд хянагч нь бүх зангилаанаас чухал бус өгөгдлийг шаарддаг бөгөөд тэдгээр нь сүлжээнд дамжуулах эрх олж авах үед хариу илгээдэг. Изохрон ба асинхрон фазын хоорондох хугацааны харьцааг гараар тохируулж болно.
Rockwell Automation Ethernet/IP Protocol
EtherNet/IP протоколыг 2000 онд Америкийн Rockwell Automation компанийн идэвхтэй оролцоотойгоор боловсруулсан. Энэ нь TCP болон UDP IP стекийг ашигладаг бөгөөд үйлдвэрлэлийн автоматжуулалтын хэрэглээнд зориулж өргөтгөдөг. Нэрийн хоёр дахь хэсэг нь түгээмэл итгэл үнэмшлээс ялгаатай нь Интернет протокол биш, харин Аж үйлдвэрийн протокол гэсэн үг юм. UDP IP нь CIP (Common Interface Protocol) холбооны стекийг ашигладаг бөгөөд үүнийг ControlNet/DeviceNet сүлжээнд мөн ашигладаг бөгөөд TCP/IP дээр хэрэгжүүлдэг.
EtherNet/IP тодорхойлолт нь олон нийтэд нээлттэй бөгөөд чөлөөтэй байдаг. Ethernet/IP сүлжээний топологи нь дур зоргоороо байж болох ба цагираг, од, мод эсвэл автобус зэргийг багтааж болно.
HTTP, FTP, SMTP, EtherNet/IP протоколуудын стандарт функцүүдээс гадна санал асуулгын хянагч болон оролт гаралтын төхөөрөмжүүдийн хооронд цаг хугацааны чухал өгөгдөл дамжуулахыг хэрэгжүүлдэг. Цаг хугацааны хувьд чухал биш өгөгдлийн дамжуулалтыг TCP пакетуудаар хангадаг бөгөөд мөчлөгийн хяналтын өгөгдлийн цаг хугацааны чухал дамжуулалтыг UDP протоколоор гүйцэтгэдэг.
Тархсан систем дэх цагийг синхрончлохын тулд EtherNet/IP нь CIP холбооны протоколын өргөтгөл болох CIPsync протоколыг ашигладаг.
Хэд хэдэн зангилаа бүхий Ethernet/IP сүлжээний бүдүүвч дүрслэл ба Modbus төхөөрөмжүүдийн холболт. Эх сурвалж:
EtherNet/IP сүлжээний тохиргоог хялбарчлахын тулд ихэнх стандарт автоматжуулалтын төхөөрөмжүүд нь урьдчилан тодорхойлсон тохиргооны файлуудтай ирдэг.
Fastwel-д FBUS протоколыг хэрэгжүүлэх
Бид FBUS аж үйлдвэрийн протоколыг дотооддоо хэрэгжүүлсэн Оросын Fastwel компанийг энэ жагсаалтад оруулах эсэх талаар удаан бодож байсан боловч импортыг орлох бодит байдлыг илүү сайн ойлгохын тулд хэд хэдэн догол мөр бичихээр шийдсэн.
FBUS-ийн хоёр физик хэрэгжилт байдаг. Тэдний нэг нь FBUS протокол нь RS485 стандарт дээр ажилладаг автобус юм. Үүнээс гадна үйлдвэрлэлийн Ethernet сүлжээнд FBUS-ийн хэрэгжилт байдаг.
FBUS-ийг өндөр хурдны протокол гэж нэрлэх боломжгүй; хариу өгөх хугацаа нь автобус дээрх оролт гаралтын модулиудын тоо болон солилцооны параметрүүдээс ихээхэн хамаардаг; энэ нь ихэвчлэн 0,5-аас 10 миллисекунд хооронд хэлбэлздэг. Нэг FBUS боол зангилаа нь зөвхөн 64 оролт гаралтын модулийг агуулж болно. Fieldbus-ийн хувьд кабелийн урт нь 1 метрээс хэтрэхгүй тул бид тархсан системийн тухай яриагүй байна. Өөрөөр хэлбэл, үүнийг хийдэг, гэхдээ зөвхөн TCP/IP-ээр дамжуулан үйлдвэрлэлийн FBUS сүлжээг ашиглах үед энэ нь санал авах хугацааг хэд хэдэн удаа нэмэгдүүлдэг гэсэн үг юм. Автобусны өргөтгөлийн утсыг модулиудыг холбоход ашиглаж болох бөгөөд энэ нь автоматжуулалтын кабинетэд модулиудыг тохиромжтой байрлуулах боломжийг олгодог.
Холбогдсон оролт гаралтын модультай Fastwel хянагч. Эх сурвалж:
Нийт: энэ бүгдийг процессын автоматжуулсан удирдлагын системд практикт хэрхэн ашигладаг
Мэдээжийн хэрэг, орчин үеийн үйлдвэрлэлийн өгөгдөл дамжуулах протоколуудын төрөл нь бидний энэ нийтлэлд тайлбарласнаас хамаагүй их юм. Зарим нь тодорхой үйлдвэрлэгчтэй холбоотой байдаг бол зарим нь эсрэгээрээ бүх нийтийнх байдаг. Процессын хяналтын автоматжуулсан системийг (APCS) боловсруулахдаа инженер нь тодорхой даалгавар, хязгаарлалтыг (техникийн болон төсвийн) харгалзан оновчтой протоколыг сонгодог.
Хэрэв бид тодорхой солилцооны протоколын тархалтын талаар ярих юм бол бид компанийн диаграммыг өгч болно HMS Networks AB, энэ нь аж үйлдвэрийн сүлжээн дэх янз бүрийн биржийн технологийн зах зээлд эзлэх хувийг харуулсан.
Эх сурвалж:
Диаграмаас харахад Siemens-ийн PRONET болон PROFIBUS тэргүүлэгч байр суурийг эзэлдэг.
Сонирхолтой нь 6 жилийн өмнө .
Доорх хүснэгтэд тайлбарласан солилцооны протоколуудын хураангуй мэдээллийг агуулна. Зарим параметрүүдийг, жишээлбэл, гүйцэтгэлийг хийсвэр үгээр илэрхийлдэг: өндөр / бага. Тоон эквивалентыг гүйцэтгэлийн шинжилгээний өгүүллүүдээс олж болно.
|
|
EtherCAT
|
POWERLINK
|
PROFINET
|
EtherNet / IP
|
ModbusTCP
|
|
Физик давхарга
|
100/1000 BASE-TX
|
100/1000 BASE-TX
|
100/1000 BASE-TX
|
100/1000 BASE-TX
|
100/1000 BASE-TX
|
|
Өгөгдлийн түвшин
|
Суваг (Ethernet хүрээ)
|
Суваг (Ethernet хүрээ)
|
Суваг (Ethernet хүрээ), Сүлжээ/тээвэр (TCP/IP)
|
Сүлжээ/Тээвэр(TCP/IP)
|
Сүлжээ/Тээвэр(TCP/IP)
|
|
Бодит цагийн дэмжлэг
|
Тийм
|
Тийм
|
Тийм
|
Тийм
|
Ямар ч
|
|
Бүтээмж
|
Высокая
|
Высокая
|
IRT - өндөр, RT - дунд
|
Дундаж
|
Бага байна
|
|
Зангилаа хоорондын кабелийн урт
|
100
|
100м/2км
|
100
|
100
|
100
|
|
Дамжуулах үе шатууд
|
Ямар ч
|
Изохрон + асинхрон
|
IRT – изохрон + асинхрон, RT – асинхрон
|
Ямар ч
|
Ямар ч
|
|
Зангилааны тоо
|
65535
|
240
|
TCP/IP сүлжээний хязгаарлалт
|
TCP/IP сүлжээний хязгаарлалт
|
TCP/IP сүлжээний хязгаарлалт
|
|
Мөргөлдөөний нарийвчлал
|
Бөгжний топологи
|
Цагийн синхрончлол, дамжуулах үе шатууд
|
Бөгжний топологи, дамжуулах үе шатууд
|
Шилжүүлэгч, од топологи
|
Шилжүүлэгч, од топологи
|
|
Халуун солилцоо
|
Ямар ч
|
Тийм
|
Тийм
|
Тийм
|
Хэрэгжилтээс шалтгаална
|
|
Тоног төхөөрөмжийн өртөг
|
Бага байна
|
Бага байна
|
Высокая
|
Дундаж
|
Бага байна
|
Тайлбарласан солилцооны протокол, фельдбус, үйлдвэрлэлийн сүлжээг ашиглах талбарууд нь маш олон янз байдаг. Химийн болон автомашины үйлдвэрлэлээс эхлээд сансрын технологи, электроникийн үйлдвэрлэл хүртэл. Өндөр хурдны солилцооны протоколууд нь янз бүрийн төхөөрөмжүүдийн бодит цагийн байршлын систем, робот техникт эрэлт хэрэгцээтэй байдаг.
Та ямар протоколуудтай ажиллаж, хаана ашигласан бэ? Сэтгэгдэл хэсэгт туршлагаа хуваалцаарай. 🙂
Эх сурвалж: www.habr.com