{"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\/sl\/blog\/news\/obzor-sovremennyh-protokolov-v-sistemah-promavtomatiki","title":{"rendered":"Pregled sodobnih protokolov v sistemih procesne avtomatizacije","gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"text"}]},"content":{"rendered":"

\"Pregled
\n<\/p>\n

V prej\u0161njem prispevku<\/a><\/noindex> smo razlo\u017eili, kako delujejo vodila in protokoli v industrijski avtomatizaciji. Tokrat se osredoto\u010damo na sodobne delovne re\u0161itve: preverili bomo, kateri protokoli se uporabljajo v sistemih po vsem svetu. Poglejmo tehnologije nem\u0161kih podjetij Beckhoff in Siemens, avstrijskega B&R, ameri\u0161ke Rockwell Automation ter ruskega Fastwela. Prav tako bomo preu\u010dili univerzalne re\u0161itve, ki niso vezane na posebnega proizvajalca, kot sta EtherCAT in CAN.\u00a0<\/p>\n

<\/p>\n

Na koncu \u010dlanka bo primerjalna tabela s charakteristikami protokolov EtherCAT, POWERLINK, PROFINET, EtherNet\/IP in ModbusTCP.<\/p>\n

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

V pregled nismo vklju\u010dili protokolov PRP, HSR, OPC UA in drugih, saj so na Habrju \u017ee odli\u010dni \u010dlanki na\u0161ih kolegov in\u017eenirjev, ki se ukvarjajo z razvojem sistemov industrijske avtomatizacije. Na primer, \u00bbProtokoli 'brez\u0161ivnega' rezerviranja PRP in HSR\u00ab<\/a><\/noindex> in \u00bbVrata industrijskih protokolov izmenjave na Linuxu. Zgradi sam\u00ab<\/a><\/noindex>.<\/p>\n

<\/p>\n

Najprej opredelimo terminologijo: Industrial Ethernet = industrijska omre\u017eja, Fieldbus = poljski vodnik. V ruski industrijski avtomatizaciji pogosto prihaja do zmede v izrazih, ki se nana\u0161ajo na poljski vodnik in industrijsko omre\u017eje ni\u017ejega nivoja. Pogosto se ti izrazi zdru\u017eujejo v eno nejasno pojmovanje 'ni\u017ejega nivoja', ki se imenuje tako poljski vodnik kot tudi vodnik ni\u017ejega nivoja, \u010deprav to morda sploh ni vodnik. <\/p>\n

Zakaj je tako?<\/b>Tak\u0161na zmeda je najverjetneje povezana s tem, da v mnogih sodobnih krmilnikih povezava vhodno-izhodnih modulov pogosto poteka s pomo\u010djo zdru\u017eevalne plo\u0161\u010de (angl. backplane) ali fizi\u010dnega vodnika. To pomeni, da se uporabljajo nekateri stiki in priklju\u010dki, da se pove\u017ee ve\u010d modulov v enoten sklop. Ti sklopi pa so lahko med seboj povezani bodisi z industrijskim omre\u017ejem bodisi s poljskim vodnikom. V zahodni terminologiji obstaja jasno lo\u010devanje: omre\u017eje je omre\u017eje, vodnik je vodnik. Prvi se ozna\u010duje s terminom Industrial Ethernet, drugi pa s Fieldbus. V \u010dlanku se predlaga, da se za ta pojma uporabljata termini 'industrijska omre\u017eja' in 'poljski vodnik' ustrezno.<\/p>\n

Standarde industrijskega omre\u017eja EtherCAT, razvoj podjetja Beckhoff<\/h2>\n

<\/p>\n

Protokol in industrijska omre\u017eja EtherCAT so, verjetno, eden izmed najhitrej\u0161ih na\u010dinov prenosa podatkov v sistemih avtomatizacije danes. Omre\u017eje EtherCAT se uspe\u0161no uporablja v razpr\u0161enih sistemih avtomatizacije, kjer so povezani vozli oddaljeni drug od drugega.<\/p>\n

<\/p>\n

Protokol EtherCAT uporablja standardne Ethernet okvirje za prenos svojih telegramov, kar pomeni, da ostaja zdru\u017eljiv z vsakim standardnim Ethernet-om in v bistvu je sprejem in prenos podatkov mogo\u010de organizirati na katerem koli Ethernet krmilniku, ob ustrezni programski opremi.<\/p>\n

\"Pregled
\nBeckhoff krmilnik z nizom vhodno-izhodnih modulov. Vir: www.beckhoff.de<\/a><\/noindex><\/i><\/p>\n

Specifikacija protokola je odprta in dostopna, vendar le v okviru zdru\u017eenja za razvoj \u2014 EtherCAT Technology Group.<\/p>\n

<\/p>\n

Tako deluje EtherCAT (vizualno je fascinantno, kot igra Zuma Inca):<\/p>\n

\n

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

Visoka hitrost izmenjave v tem protokolu \u2014 govora je lahko o enotah mikrosekund \u2014 je dose\u017eena, ker so se razvijalci odlo\u010dili, da ne bodo izmenjavali telegrame, poslane neposredno dolo\u010denemu napravi. Namesto tega se v omre\u017eje EtherCAT po\u0161lje en telegram, naslovljen na vse naprave hkrati, pri \u010demer vsako od podrejenih vozli\u0161\u010d za zbiranje in prenos informacij (ki jih pogosto imenujemo USO \u2014 naprava za komunikacijo s predmetom) 'vzame na let' tiste podatke, ki so bili namenjeni njim, in vstavi v telegram podatke, ki jih je pripravljeno ponuditi za izmenjavo. Nato se telegram po\u0161lje naslednjemu podrejenemu vozli\u0161\u010du, kjer se izvede enaka operacija. Ko telegram preide vsa USO, se vrne glavnemu krmilniku, ki na podlagi prejetih podatkov od podrejenih naprav izvaja logiko upravljanja, spet z interakcijo preko telegrame s podrejenimi vozli, ki dajejo krmilne signale na opremo.<\/p>\n

<\/p>\n

Omre\u017eje EtherCAT lahko ima katerokoli topologijo, vendar bo v bistvu vedno krog \u2014 zaradi uporabe polnodupleksnega na\u010dina in dveh Ethernet priklju\u010dkov. Tako bo telegram vedno sequentially poslan vsaki napravi na avtobus.<\/p>\n

\"Pregled
\nShema omre\u017eja EtherCAT s ve\u010d vozli. Vir: realpars.com<\/a><\/noindex><\/i><\/p>\n

Konec koncev, specifikacija EtherCAT ne omejuje fyzick\u00e9 \u00farovn\u011b 100Base-TX, tak\u017ee realizace protokolu je mo\u017en\u00e1 na z\u00e1klad\u011b gigabitov\u00fdch a optick\u00fdch linek.<\/p>\n

<\/p>\n

Otev\u0159en\u00e9 pr\u016fmyslov\u00e9 s\u00edt\u011b a standardy PROFIBUS\/NET spole\u010dnosti Siemens<\/h2>\n

<\/p>\n

N\u011bmeck\u00fd koncern Siemens je ji\u017e dlouho zn\u00e1m sv\u00fdmi programovateln\u00fdmi logick\u00fdmi kontrol\u00e9ry (PLC), kter\u00e9 se pou\u017e\u00edvaj\u00ed po cel\u00e9m sv\u011bt\u011b.<\/p>\n

<\/p>\n

V\u00fdm\u011bna dat mezi uzly automatizovan\u00e9ho syst\u00e9mu \u0159\u00edzen\u00e9ho za\u0159\u00edzen\u00edm Siemens se realizuje jak p\u0159es pole, kter\u00e9 se naz\u00fdv\u00e1 PROFIBUS, tak i v pr\u016fmyslov\u00e9 s\u00edti PROFINET.<\/p>\n

<\/p>\n

Sb\u011brnice PROFIBUS pou\u017e\u00edv\u00e1 speci\u00e1ln\u00ed dvouvodi\u010dov\u00fd kabel s konektory DB-9. U Siemens je fialov\u00fd, ale v praxi jsme narazili i na jin\u00e9 :). Pro propojen\u00ed n\u011bkolika uzl\u016f m\u016f\u017ee konektor spojovat dva kabely. Tak\u00e9 obsahuje p\u0159ep\u00edna\u010d pro termin\u00e1tor. Termin\u00e1tor mus\u00ed b\u00fdt zapnut na koncov\u00fdch za\u0159\u00edzen\u00edch s\u00edt\u011b, \u010d\u00edm\u017e signalizuje, \u017ee se jedn\u00e1 o prvn\u00ed nebo posledn\u00ed za\u0159\u00edzen\u00ed a za n\u00edm u\u017e nic nen\u00ed, jen tma a pr\u00e1zdno (takhle funguj\u00ed v\u0161echny rs485). Pokud se na mezilehl\u00e9m konektoru zapne rezistor, n\u00e1sleduj\u00edc\u00ed \u00fasek bude odpojen.<\/p>\n

\"Pregled
\nKabel PROFIBUS se spojovac\u00edmi konektory. Zdroj: VIPA Controls America<\/a><\/noindex><\/i><\/p>\n

V s\u00edti PROFINET se pou\u017e\u00edv\u00e1 ekvivalent kroucen\u00e9 p\u00e1ry, obvykle s konektory RJ-45, kabel je zbarven do zelena. Pokud je topologie PROFIBUS sb\u011brnice, pak topologie s\u00edt\u011b PROFINET m\u016f\u017ee p\u0159edstavovat cokoliv: klidn\u011b kruh, hv\u011bzdu, strom nebo v\u0161echno dohromady.<\/p>\n

\"Pregled
\nKontrol\u00e9r Siemens s p\u0159ipojen\u00fdm kabelem PROFINET. Zdroj: w3.siemens.com<\/i><\/p>\n

Existuje n\u011bkolik protokol\u016f pro v\u00fdm\u011bnu na sb\u011brnici PROFIBUS a v s\u00edti PROFINET.<\/p>\n

<\/p>\n

Pro PROFIBUS:<\/p>\n

<\/p>\n

    \n
  1. PROFIBUS DP \u2014 implementace tohoto protokolu p\u0159edpokl\u00e1d\u00e1 komunikaci s vzd\u00e1len\u00fdmi pod\u0159\u00edzen\u00fdmi za\u0159\u00edzen\u00edmi, v p\u0159\u00edpad\u011b PROFINET odpov\u00edd\u00e1 tomuto protokolu protokol PROFINET IO.<\/li>\n
  2. PROFIBUS PA \u2014 v podstat\u011b je to stejn\u00e9 jako PROFIBUS DP, pouze se pou\u017e\u00edv\u00e1 pro v\u00fdbu\u0161n\u011b bezpe\u010dn\u00e9 varianty p\u0159enosu dat a nap\u00e1jen\u00ed (ekvivalent PROFIBUS DP s jin\u00fdmi fyzick\u00fdmi vlastnostmi). Pro PROFINET pro v\u00fdbu\u0161n\u011b bezpe\u010dn\u00fd protokol analogicky s PROFIBUS zat\u00edm neexistuje.<\/li>\n
  3. PROFIBUS FMS \u2014 ur\u010den pro v\u00fdm\u011bnu dat se syst\u00e9my jin\u00fdch v\u00fdrobc\u016f, kter\u00e9 nemohou pou\u017e\u00edvat PROFIBUS DP. Analogem PROFIBUS FMS v s\u00edti PROFINET je protokol PROFINET CBA.<\/li>\n<\/ol>\n

    <\/p>\n

    Pro PROFINET:<\/p>\n

    <\/p>\n

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

      <\/p>\n

      Protokol PROFINET IO se d\u011bl\u00ed na n\u011bkolik t\u0159\u00edd:<\/p>\n

      <\/p>\n