{"id":52162,"date":"2019-11-02T00:00:00","date_gmt":"2019-11-01T21:00:00","guid":{"rendered":"https:\/\/prohoster.info\/blog\/blog_prohoster\/obzor-sovremennyh-protokolov-v-sistemah-promavtomatiki"},"modified":"2020-02-18T13:59:50","modified_gmt":"2020-02-18T10:59:50","slug":"obzor-sovremennyh-protokolov-v-sistemah-promavtomatiki","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/prohoster.info\/pl\/blog\/news\/obzor-sovremennyh-protokolov-v-sistemah-promavtomatiki","title":{"rendered":"Przegl\u0105d nowoczesnych protoko\u0142\u00f3w w systemach automatyki przemys\u0142owej","gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"text"}]},"content":{"rendered":"

\"Przegl\u0105d
\n<\/p>\n

W poprzednim artykule<\/a><\/noindex> om\u00f3wili\u015bmy, jak dzia\u0142aj\u0105 szyny i protoko\u0142y w automatyzacji przemys\u0142owej. Tym razem skupimy si\u0119 na nowoczesnych rozwi\u0105zaniach roboczych: przyjrzymy si\u0119, jakie protoko\u0142y s\u0105 stosowane w systemach na ca\u0142ym \u015bwiecie. Zbadamy technologie niemieckich firm Beckhoff i Siemens, austriackiej B&R, ameryka\u0144skiej Rockwell Automation i rosyjskiej Fastwel. Przyjrzymy si\u0119 tak\u017ce uniwersalnym rozwi\u0105zaniom, kt\u00f3re nie s\u0105 zwi\u0105zane z konkretnym producentem, takim jak EtherCAT i CAN.\u00a0<\/p>\n

<\/p>\n

Na ko\u0144cu artyku\u0142u znajdzie si\u0119 tabela por\u00f3wnawcza z charakterystykami protoko\u0142\u00f3w EtherCAT, POWERLINK, PROFINET, EtherNet\/IP i ModbusTCP.<\/p>\n

<\/a><\/noindex><\/p>\n

Nie uwzgl\u0119dnili\u015bmy w przegl\u0105dzie protoko\u0142\u00f3w PRP, HSR, OPC UA i innych, poniewa\u017c na Habrze ju\u017c s\u0105 doskona\u0142e artyku\u0142y naszych in\u017cynier\u00f3w, kt\u00f3re zajmuj\u0105 si\u0119 opracowaniem system\u00f3w automatyki przemys\u0142owej. Na przyk\u0142ad, \u201eProtoko\u0142y \u201abezszwowego\u2019 rezerwowania PRP i HSR\u201d<\/a><\/noindex> i \u201eBramy protoko\u0142\u00f3w przemys\u0142owych na Linuxie. Zbuduj sam\u201d<\/a><\/noindex>.<\/p>\n

<\/p>\n

Na pocz\u0105tek zdefiniujmy terminologi\u0119: Industrial Ethernet = sie\u0107 przemys\u0142owa, Fieldbus = szyna polowa. W rosyjskiej automatyce przemys\u0142owej zdarza si\u0119 zamieszanie w terminologii dotycz\u0105cej szyny polowej i przemys\u0142owej sieci dolnego poziomu. Cz\u0119sto te terminy s\u0105 \u0142\u0105czone w jedno rozmyte poj\u0119cie \u201epoziom dolny\u201d, kt\u00f3re jest okre\u015blane zar\u00f3wno jako szyna polowa, jak i szyna dolnego poziomu, chocia\u017c w rzeczywisto\u015bci mo\u017ce to nie by\u0107 szyna w og\u00f3le. <\/p>\n

Dlaczego tak?<\/b>Tego rodzaju zamieszanie najprawdopodobniej wynika z faktu, \u017ce w wielu nowoczesnych kontrolerach po\u0142\u0105czenie modu\u0142\u00f3w wej\u015bcia-wyj\u015bcia cz\u0119sto realizowane jest za pomoc\u0105 panelu zbiorczego (ang. backplane) lub fizycznej szyny. Oznacza to, \u017ce u\u017cywane s\u0105 pewne z\u0142\u0105cza szynowe i z\u0142\u0105cza, aby po\u0142\u0105czy\u0107 kilka modu\u0142\u00f3w w jeden w\u0119ze\u0142. Te w\u0119z\u0142y mog\u0105 by\u0107 z kolei po\u0142\u0105czone mi\u0119dzy sob\u0105 zar\u00f3wno sieci\u0105 przemys\u0142ow\u0105, jak i szyn\u0105 polow\u0105. W zachodniej terminologii jest wyra\u017any podzia\u0142: sie\u0107 \u2014 to sie\u0107, szyna \u2014 to szyna. Pierwsze okre\u015blane jest terminem Industrial Ethernet, drugie \u2014 Fieldbus. W artykule dla tych poj\u0119\u0107 proponuje si\u0119 u\u017cywanie termin\u00f3w \u201esie\u0107 przemys\u0142owa\u201d i \u201eszyna polowa\u201d odpowiednio.<\/p>\n

Standard sieci przemys\u0142owej EtherCAT, opracowany przez firm\u0119 Beckhoff<\/h2>\n

<\/p>\n

Protok\u00f3\u0142 i przemys\u0142owa sie\u0107 EtherCAT to z pewno\u015bci\u0105 jeden z najszybszych obecnie sposob\u00f3w przesy\u0142ania danych w systemach automatyki. Sie\u0107 EtherCAT jest skutecznie stosowana w rozproszonych systemach automatyzacji, gdzie wsp\u00f3\u0142pracuj\u0105ce w\u0119z\u0142y s\u0105 rozrzucane na du\u017c\u0105 odleg\u0142o\u015b\u0107.<\/p>\n

<\/p>\n

Protok\u00f3\u0142 EtherCAT wykorzystuje standardowe ramki Ethernet do przesy\u0142ania swoich telegram\u00f3w, dzi\u0119ki czemu zapewnia zgodno\u015b\u0107 z ka\u017cdym standardowym sprz\u0119tem Ethernet, a w zasadzie odbi\u00f3r i przesy\u0142anie danych mog\u0105 by\u0107 zorganizowane na dowolnym kontrolerze Ethernet, przy odpowiednim oprogramowaniu.<\/p>\n

\"Przegl\u0105d
\nKontroler Beckhoff z zestawem modu\u0142\u00f3w we\/wy. \u0179r\u00f3d\u0142o: www.beckhoff.de<\/a><\/noindex><\/i><\/p>\n

Specyfikacja protoko\u0142u jest otwarta i dost\u0119pna, ale tylko w ramach stowarzyszenia do prac rozwojowych \u2014 EtherCAT Technology Group.<\/p>\n

<\/p>\n

Tak dzia\u0142a EtherCAT (widok hipnotyzuj\u0105cy, jak gra Zuma Inca):<\/p>\n

\n

\r\n \"Odtwarzaj\r\n
<\/div>\r\n <\/div><\/center><\/p>\n

Wysoka pr\u0119dko\u015b\u0107 wymiany w tym protokole \u2014 m\u00f3wimy tu o jednostkach mikrosekund \u2014 zosta\u0142a osi\u0105gni\u0119ta dzi\u0119ki temu, \u017ce projektanci zrezygnowali z wymiany za pomoc\u0105 telegram\u00f3w wysy\u0142anych bezpo\u015brednio do konkretnego urz\u0105dzenia. Zamiast tego do sieci EtherCAT kierowany jest jeden telegram, adresowany do wszystkich urz\u0105dze\u0144 jednocze\u015bnie, ka\u017cdy z podrz\u0119dnych w\u0119z\u0142\u00f3w zbierania i przesy\u0142ania informacji (cz\u0119sto nazywanych U\u0421O \u2014 urz\u0105dzenie komunikacyjne z obiektem) pobiera w locie te dane, kt\u00f3re by\u0142y mu przeznaczone, i wstawia do telegramu dane, kt\u00f3re jest gotowe udost\u0119pni\u0107 do wymiany. Nast\u0119pnie telegram jest wysy\u0142any do nast\u0119pnego podrz\u0119dnego w\u0119z\u0142a, gdzie odbywa si\u0119 ta sama operacja. Przechodz\u0105c przez wszystkie U\u0421O, telegram wraca do g\u0142\u00f3wnego kontrolera, kt\u00f3ry na podstawie uzyskanych od podrz\u0119dnych urz\u0105dze\u0144 danych, realizuje logik\u0119 sterowania, znowu wsp\u00f3\u0142dzia\u0142aj\u0105c za pomoc\u0105 telegramu z podrz\u0119dnymi w\u0119z\u0142ami, kt\u00f3re wydaj\u0105 sygna\u0142 steruj\u0105cy do sprz\u0119tu.<\/p>\n

<\/p>\n

Sie\u0107 EtherCAT mo\u017ce mie\u0107 dowoln\u0105 topologi\u0119, ale w zasadzie zawsze b\u0119dzie to pier\u015bcie\u0144 \u2014 z powodu u\u017cycia trybu pe\u0142nodupleksowego i dw\u00f3ch gniazd Ethernet. W ten spos\u00f3b telegram zawsze b\u0119dzie przesy\u0142any kolejno do ka\u017cdego urz\u0105dzenia w sieci.<\/p>\n

\"Przegl\u0105d
\nSchematyczne przedstawienie sieci EtherCAT z kilkoma w\u0119z\u0142ami. \u0179r\u00f3d\u0142o: realpars.com<\/a><\/noindex><\/i><\/p>\n

Nawiasem m\u00f3wi\u0105c, specyfikacja EtherCAT nie zawiera ogranicze\u0144 poziomu fizycznego 100Base-TX, dlatego implementacja protoko\u0142u jest mo\u017cliwa na podstawie linii gigabitowych i optycznych.<\/p>\n

<\/p>\n

Otwarte przemys\u0142owe sieci i standardy PROFIBUS\/NPT firmy Siemens<\/h2>\n

<\/p>\n

Niemiecki koncern Siemens jest od dawna znany ze swoich programowalnych kontroler\u00f3w logicznych (PLC), kt\u00f3re s\u0105 u\u017cywane na ca\u0142ym \u015bwiecie.<\/p>\n

<\/p>\n

Wymiana danych mi\u0119dzy w\u0119z\u0142ami zautomatyzowanego systemu zarz\u0105dzanego przez sprz\u0119t Siemens odbywa si\u0119 zar\u00f3wno przez magistral\u0119 polow\u0105 zwan\u0105 PROFIBUS, jak i w sieci przemys\u0142owej PROFINET.<\/p>\n

<\/p>\n

Magistrala PROFIBUS korzysta ze specjalnego dwuzylindrowego kabla z wtykami DB-9. U Siemensa jest on fioletowy, ale w praktyce spotkali\u015bmy r\u00f3wnie\u017c inne :). Aby po\u0142\u0105czy\u0107 kilka w\u0119z\u0142\u00f3w, wtyk mo\u017ce \u0142\u0105czy\u0107 dwa kable. Ma r\u00f3wnie\u017c prze\u0142\u0105cznik dla rezystora terminacyjnego. Rezystor terminacyjny musi by\u0107 w\u0142\u0105czony na ko\u0144cowych urz\u0105dzeniach sieci, co sygnalizuje, \u017ce jest to pierwsze lub ostatnie urz\u0105dzenie, a po nim ju\u017c nic nie ma, tylko mrok i pustka (wszystkie rs485 tak dzia\u0142aj\u0105). Je\u015bli w rezystor w\u0142\u0105czony na po\u015brednim z\u0142\u0105czu, to kolejny odcinek zostanie wy\u0142\u0105czony.<\/p>\n

\"Przegl\u0105d
\nKabel PROFIBUS z wtykami. \u0179r\u00f3d\u0142o: VIPA ControlsAmerica<\/a><\/noindex><\/i><\/p>\n

W sieci PROFINET u\u017cywa si\u0119 odpowiednika skr\u0119tki, zazwyczaj z wtykami RJ-45, kabel jest malowany na zielono. Je\u015bli topologia PROFIBUS to magistrala, to topologia sieci PROFINET mo\u017ce by\u0107 dowolna: zar\u00f3wno pier\u015bcie\u0144, gwiazda, drzewo, czy wszystko razem.<\/p>\n

\"Przegl\u0105d
\nKontroler Siemens z pod\u0142\u0105czonym kablem PROFINET. \u0179r\u00f3d\u0142o: w3.siemens.com<\/i><\/p>\n

Istnieje kilka protoko\u0142\u00f3w transmisji w magistrali PROFIBUS i w sieci PROFINET.<\/p>\n

<\/p>\n

Dla PROFIBUS:<\/p>\n

<\/p>\n

    \n
  1. PROFIBUS DP \u2014 implementacja tego protoko\u0142u zak\u0142ada komunikacj\u0119 z zdalnymi urz\u0105dzeniami podrz\u0119dnymi, w przypadku PROFINET odpowiednikiem tego protoko\u0142u jest PROFINET IO.<\/li>\n
  2. PROFIBUS PA \u2014 zasadniczo jest to ten sam PROFIBUS DP, tylko u\u017cywany w wykonaniach wybuchobezpiecznych do transmisji danych i zasilania (odpowiednik PROFIBUS DP o innych w\u0142a\u015bciwo\u015bciach fizycznych). Jak dot\u0105d nie istnieje odpowiednik wybuchobezpiecznego protoko\u0142u PROFINET analogicznego do PROFIBUS.<\/li>\n
  3. PROFIBUS FMS \u2014 przeznaczony do wymiany danych z systemami innych producent\u00f3w, kt\u00f3re nie mog\u0105 u\u017cywa\u0107 PROFIBUS DP. Odpowiednikiem PROFIBUS FMS w sieci PROFINET jest protok\u00f3\u0142 PROFINET CBA.<\/li>\n<\/ol>\n

    <\/p>\n

    Dla PROFINET:<\/p>\n

    <\/p>\n

      \n
    1. PROFINET IO;<\/li>\n
    2. PROFINET CBA.<\/li>\n<\/ol>\n

      <\/p>\n

      Protok\u00f3\u0142 PROFINET IO dzieli si\u0119 na kilka klas:<\/p>\n

      <\/p>\n