Żgur li ħafna minnkom jafu jew saħansitra raw kif oġġetti awtomatizzati kbar huma kkontrollati, pereżempju, impjant tal-enerġija nukleari jew fabbrika b'ħafna linji ta 'produzzjoni: l-azzjoni prinċipali ħafna drabi ssir f'kamra kbira, b'mazz ta' skrins, bozoz tad-dawl. u kontrolli mill-bogħod. Dan il-kumpless tal-kontroll normalment jissejjaħ il-kamra tal-kontroll prinċipali - il-pannell tal-kontroll prinċipali għall-monitoraġġ tal-faċilità tal-produzzjoni.
Żgur li kont qed tistaqsi kif jaħdem kollox f'termini ta' hardware u software, kif dawn is-sistemi huma differenti minn kompjuters personali konvenzjonali. F'dan l-artikolu, se nħarsu lejn kif data varji tasal fil-kamra tal-kontroll prinċipali, kif il-kmandi jintbagħtu lit-tagħmir, u x'inhu ġeneralment meħtieġ biex jikkontrolla stazzjon tal-kompressur, impjant tal-produzzjoni tal-propan, linja tal-assemblaġġ tal-karozzi, jew saħansitra impjant tal-ippumpjar tad-drenaġġ.
L-aktar livell baxx jew fieldbus huwa fejn kollox jibda
Dan is-sett ta 'kliem, mhux ċar għal min mhux inizjat, jintuża meta jkun meħtieġ li jiddeskrivi l-mezzi ta' komunikazzjoni bejn mikrokontrolluri u tagħmir subordinat, pereżempju, moduli I/O jew apparati tal-kejl. Tipikament dan il-kanal ta 'komunikazzjoni jissejjaħ "field bus" minħabba li huwa responsabbli għat-trażmissjoni tad-data li tiġi mill-"field" lill-kontrollur.
"Qasam" huwa terminu professjonali profond li jirreferi għall-fatt li xi tagħmir (per eżempju, sensuri jew attwaturi) li magħhom il-kontrollur jinteraġixxi jinsab x'imkien 'il bogħod, 'il bogħod, fit-triq, fl-għelieqi, taħt il-kopertura tal-lejl . U ma jimpurtax li s-sensor jista 'jinstab nofs metru mill-kontrollur u jkejjel, ngħidu aħna, it-temperatura f'kabinett tal-awtomazzjoni, għadu meqjus li huwa "fil-qasam." Ħafna drabi, sinjali minn sensuri li jaslu f'moduli I/O għadhom jivvjaġġaw distanzi minn għexieren sa mijiet ta 'metri (u kultant aktar), jiġbru informazzjoni minn siti jew tagħmir remoti. Fil-fatt, huwa għalhekk li l-bus ta 'skambju, li permezz tiegħu l-kontrollur jirċievi valuri minn dawn l-istess sensuri, normalment jissejjaħ field bus jew, inqas komuni, xarabank ta' livell aktar baxx jew xarabank industrijali.
Skema ġenerali ta' awtomatizzazzjoni ta' faċilità industrijali
Għalhekk, is-sinjal elettriku mis-sensor jivvjaġġa ċertu distanza tul linji tal-kejbil (ġeneralment tul kejbil tar-ram regolari b'ċertu numru ta 'qlub), li miegħu huma konnessi diversi sensuri. Is-sinjal imbagħad jidħol fil-modulu tal-ipproċessar (modulu ta 'input/output), fejn jiġi kkonvertit f'lingwa diġitali li tinftiehem mill-kontrollur. Sussegwentement, dan is-sinjal permezz tal-field bus imur direttament lill-kontrollur, fejn finalment jiġi pproċessat. Ibbażat fuq sinjali bħal dawn, il-loġika operattiva tal-mikrokontrollur innifsu hija mibnija.
L-ogħla livell: minn girland għal post tax-xogħol kollu
Il-livell ta 'fuq jissejjaħ dak kollu li jista' jintmess minn operatur mortali ordinarju li jikkontrolla l-proċess teknoloġiku. Fl-aktar każ sempliċi, l-ogħla livell huwa sett ta 'dwal u buttuni. Il-bozoz tad-dawl jindikaw lill-operatur dwar ċerti avvenimenti li jseħħu fis-sistema, il-buttuni jintużaw biex joħorġu kmandi lill-kontrollur. Din is-sistema spiss tissejjaħ "girlanda" jew "siġra tal-Milied" minħabba li tidher simili ħafna (kif tistgħu taraw mir-ritratt fil-bidu tal-artiklu).
Jekk l-operatur ikun aktar ixxurtjat, allura bħala l-ogħla livell se jikseb panel tal-operatur - tip ta 'kompjuter b'pannell ċatt li b'xi mod jew ieħor jirċievi data għall-wiri mill-kontrollur u juriha fuq l-iskrin. Panew bħal dan normalment ikun immuntat fuq il-kabinett tal-awtomazzjoni innifsu, għalhekk normalment ikollok jinteraġixxi miegħu waqt li tkun bil-wieqfa, li tikkawża inkonvenjenza, flimkien mal-kwalità u d-daqs tal-immaġni fuq pannelli ta 'format żgħir tħalli ħafna x'xewqat.
U finalment, attrazzjoni ta 'ġenerożità bla preċedent - workstation (jew saħansitra diversi duplikati), li huwa kompjuter personali ordinarju.
It-tagħmir ta 'livell ogħla għandu jinteraġixxi b'xi mod mal-mikrokontrollur (inkella għaliex huwa meħtieġ?). Għal tali interazzjoni, jintużaw protokolli ta 'livell ogħla u ċertu mezz ta' trasmissjoni, pereżempju, Ethernet jew UART. Fil-każ tas-"siġra tal-Milied", sofistikazzjonijiet bħal dawn, ovvjament, mhumiex meħtieġa; il-bozoz tad-dawl jinxtegħlu permezz ta 'linji fiżiċi ordinarji, m'hemm l-ebda interfaces jew protokolli sofistikati hemmhekk.
B'mod ġenerali, dan il-livell ta 'fuq huwa inqas interessanti mill-bus field, peress li dan il-livell ta' fuq jista 'ma jeżisti xejn (m'hemm xejn biex l-operatur iħares lejh mis-serje; il-kontrollur innifsu se jifhem x'għandu jsir u kif ).
Protokolli ta' trasferiment tad-data "Antik": Modbus u HART
Ftit nies jafu, iżda fis-seba 'jum tal-ħolqien tad-dinja, Alla ma mistrieħa, iżda ħoloq Modbus. Flimkien mal-protokoll HART, Modbus huwa forsi l-eqdem protokoll tat-trasferiment tad-dejta industrijali; deher lura fl-1979.
L-interface tas-serje inizjalment intuża bħala mezz ta 'trażmissjoni, imbagħad Modbus ġie implimentat fuq TCP/IP. Dan huwa protokoll sinkroniku master-slave (master-slave) li juża l-prinċipju tat-talba-rispons. Il-protokoll huwa pjuttost ingombranti u bil-mod, il-veloċità tal-iskambju tiddependi fuq il-karatteristiċi tar-riċevitur u t-trasmettitur, iżda ġeneralment l-għadd huwa kważi mijiet ta 'millisekondi, speċjalment meta implimentat permezz ta' interface serjali.
Barra minn hekk, ir-reġistru tat-trasferiment tad-dejta Modbus huwa 16-bit, li immedjatament jimponi restrizzjonijiet fuq it-trasferiment ta 'tipi reali u doppji. Huma trażmessi jew f'partijiet jew b'telf ta 'eżattezza. Għalkemm Modbus għadu użat ħafna f'każijiet fejn ma jkunux meħtieġa veloċitajiet ta 'komunikazzjoni għolja u t-telf ta' data trażmessa mhuwiex kritiku. Ħafna manifatturi ta 'apparati varji jixtiequ jespandu l-protokoll Modbus bil-mod esklussiv u oriġinali ħafna tagħhom stess, u jżidu funzjonijiet mhux standard. Għalhekk, dan il-protokoll għandu ħafna mutazzjonijiet u devjazzjonijiet min-norma, iżda għadu jgħix b'suċċess fid-dinja moderna.
Il-protokoll HART ilu wkoll sa mis-snin tmenin, huwa protokoll ta 'komunikazzjoni industrijali fuq linja ta' linja ta 'kurrent b'żewġ wajers li tgħaqqad direttament sensers 4-20 mA u apparati oħra ppermettiet HART.
Biex taqleb il-linji HART, jintużaw apparati speċjali, l-hekk imsejħa modems HART. Hemm ukoll konvertituri li jipprovdu lill-utent, ngħidu aħna, il-protokoll Modbus fl-output.
HART huwa forsi notevoli għall-fatt li minbarra s-sinjali analogi ta 'sensors 4-20 mA, is-sinjal diġitali tal-protokoll innifsu huwa wkoll trażmess fiċ-ċirkwit, dan jippermettilek tgħaqqad il-partijiet diġitali u analogi f'linja waħda tal-kejbil. Modems HART moderni jistgħu jiġu konnessi mal-port USB tal-kontrollur, konnessi permezz tal-Bluetooth, jew bil-mod antikwat permezz ta 'port tas-serje. Tużżana snin ilu, b'analoġija mal-Wi-Fi, deher l-istandard wireless WirelessHART, li jopera fil-medda ISM.
It-tieni ġenerazzjoni ta 'protokolli jew xarabanks mhux pjuttost industrijali ISA, PCI(e) u VME
Il-protokolli Modbus u HART ġew sostitwiti b'xarabanks mhux pjuttost industrijali, bħal ISA (MicroPC, PC/104) jew PCI/PCIe (CompactPCI, CompactPCI Serial, StacPC), kif ukoll VME.
Waslet l-era tal-kompjuters li għandhom għad-dispożizzjoni tagħhom bus data universali, fejn diversi bordijiet (moduli) jistgħu jiġu konnessi biex jipproċessaw ċertu sinjal unifikat. Bħala regola, f'dan il-każ, il-modulu tal-proċessur (kompjuter) jiddaħħal fl-hekk imsejjaħ qafas, li jiżgura interazzjoni permezz tax-xarabank ma 'apparati oħra. Il-qafas, jew, kif l-esperti veri tal-awtomazzjoni jixtiequ jsejħulu, "ċestun", huwa supplimentat bil-bordijiet ta 'input-output meħtieġa: analog, diskreti, interface, eċċ., jew dan kollu jitqiegħed flimkien fil-forma ta' sandwich mingħajr qafas - bord wieħed fuq l-ieħor. Wara dan, din il-varjetà fuq ix-xarabank (ISA, PCI, eċċ.) Tiskambja data mal-modulu tal-proċessur, li b'hekk tirċievi informazzjoni mis-sensuri u timplimenta xi loġika.
Kontrollur u moduli I/O f'qafas PXI fuq bus PCI. Sors:
Kollox ikun tajjeb b'dawn il-karozzi tal-linja ISA, PCI(e) u VME, speċjalment għal dawk iż-żminijiet: il-veloċità tal-iskambju mhix diżappuntanti, u l-komponenti tas-sistema jinsabu f'qafas wieħed, kompatt u konvenjenti, jista 'ma jkunx hemm hot-swappable I/O cards, imma għadni ma rridx.
Imma hemm fly fl-ingwent, u aktar minn wieħed. Huwa pjuttost diffiċli li tinbena sistema distribwita f'konfigurazzjoni bħal din, ix-xarabank tal-iskambju huwa lokali, għandek bżonn toħroġ b'xi ħaġa biex tiskambja data ma 'nodi oħra tal-iskjavi jew tal-pari, l-istess Modbus fuq TCP/IP jew xi protokoll ieħor, f' ġenerali, m'hemmx biżżejjed konvenjenzi. Ukoll, it-tieni ħaġa mhux pjaċevoli ħafna: bordijiet I/O normalment jistennew xi tip ta 'sinjal unifikat bħala input, u m'għandhomx iżolament galvaniku mit-tagħmir tal-qasam, għalhekk għandek bżonn tgħaqqad ġnien ta' diversi moduli ta 'konverżjoni u ċirkwiti intermedji, li tikkomplika ħafna l-bażi tal-element.
Moduli ta 'konverżjoni tas-sinjali intermedji b'iżolament galvaniku. Sors:
"Xi ngħidu għall-protokoll tal-karozzi tal-linja industrijali?" - tistaqsi. Xejn. Ma teżistix f'din l-implimentazzjoni. Permezz ta 'linji tal-kejbil, is-sinjal jivvjaġġa minn sensuri għal konvertituri tas-sinjali, il-konvertituri jfornu vultaġġ lil bord I/O diskret jew analogu, u d-dejta mill-bord diġà tinqara permezz tal-portijiet I/O bl-użu tal-OS. U l-ebda protokolli speċjalizzati.
Kif jaħdmu l-karozzi tal-linja u l-protokolli industrijali moderni
Issa xiex? Sal-lum, l-ideoloġija klassika tal-bini ta 'sistemi awtomatizzati nbidlet ftit. Ħafna fatturi kellhom rwol, li jibdew mill-fatt li l-awtomazzjoni għandha tkun konvenjenti wkoll, u tispiċċa bit-tendenza lejn sistemi awtomatizzati distribwiti b'nodi remoti minn xulxin.
Forsi nistgħu ngħidu li llum hemm żewġ kunċetti ewlenin għas-sistemi tal-awtomazzjoni tal-bini: sistemi awtomatizzati lokalizzati u distribwiti.
Fil-każ ta 'sistemi lokalizzati, fejn il-ġbir u l-kontroll tad-dejta huma ċentralizzati f'post speċifiku wieħed, il-kunċett ta' ċertu sett ta 'moduli ta' input/output interkonnessi minn xarabank veloċi komuni, inkluż kontrollur bil-protokoll ta 'skambju tiegħu stess, huwa mitlub. F'dan il-każ, bħala regola, il-moduli I/O jinkludu kemm konvertitur tas-sinjal kif ukoll iżolament galvaniku (għalkemm, ovvjament, mhux dejjem). Jiġifieri, huwa biżżejjed li l-utent aħħari jifhem liema tipi ta 'sensuri u mekkaniżmi se jkunu preżenti fis-sistema awtomatizzata, jgħodd in-numru ta' moduli ta 'input/output meħtieġa għal tipi differenti ta' sinjali u qabbadhom f'linja waħda komuni mal-kontrollur . F'dan il-każ, bħala regola, kull manifattur juża l-protokoll ta 'skambju favorit tiegħu bejn il-moduli I/O u l-kontrollur, u jista' jkun hemm ħafna għażliet hawn.
Fil-każ ta 'sistemi distribwiti, dak kollu li jingħad fir-rigward ta' sistemi lokalizzati huwa minnu, barra minn hekk, huwa importanti li komponenti individwali, pereżempju, sett ta 'moduli input-output flimkien ma' apparat għall-ġbir u t-trażmissjoni ta 'informazzjoni - mhux mikrokontrollur intelliġenti ħafna li jinsab x'imkien f'kabina fil-qasam, ħdejn il-valv li jagħlaq iż-żejt - jista 'jinteraġixxi ma' l-istess nodi u mal-kontrollur prinċipali f'distanza kbira b'rata ta 'skambju effettiva.
Kif l-iżviluppaturi jagħżlu protokoll għall-proġett tagħhom? Il-protokolli ta 'skambju moderni kollha jipprovdu prestazzjoni pjuttost għolja, għalhekk l-għażla ta' manifattur wieħed jew ieħor ħafna drabi ma tkunx determinata mir-rata tal-kambju fuq din ix-xarabank industrijali ħafna. L-implimentazzjoni tal-protokoll innifsu mhix daqshekk importanti, minħabba li, mill-perspettiva tal-iżviluppatur tas-sistema, xorta se tkun kaxxa sewda li tipprovdi ċerta struttura ta 'skambju intern u mhix iddisinjata għal interferenza esterna. Ħafna drabi, tingħata attenzjoni lill-karatteristiċi prattiċi: il-prestazzjoni tal-kompjuter, il-faċilità li jiġi applikat il-kunċett tal-manifattur għall-kompitu li għandu jkun hemm, id-disponibbiltà tat-tipi meħtieġa ta 'moduli I/O, il-kapaċità li moduli hot-swappable mingħajr ma jinkisru. ix-xarabank, eċċ.
Fornituri ta 'tagħmir popolari joffru l-implimentazzjonijiet tagħhom stess ta' protokolli industrijali: pereżempju, il-kumpanija magħrufa Siemens qed tiżviluppa s-serje tagħha ta 'protokolli Profinet u Profibus, B&R qed tiżviluppa l-protokoll Powerlink, Rockwell Automation qed tiżviluppa l-protokoll EtherNet/IP. Soluzzjoni domestika f'din il-lista ta 'eżempji: verżjoni tal-protokoll FBUS mill-kumpanija Russa Fastwel.
Hemm ukoll soluzzjonijiet aktar universali li mhumiex marbuta ma 'manifattur speċifiku, bħal EtherCAT u CAN. Aħna se nanalizzaw dawn il-protokolli fid-dettall fil-kontinwazzjoni ta 'l-artikolu u nifhmu liema minnhom huma aktar adattati għal applikazzjonijiet speċifiċi: industriji tal-karozzi u aerospazjali, manifattura ta' l-elettronika, sistemi ta 'pożizzjonament u robotika. Żomm kuntatt!
Sors: www.habr.com