Pasti seueur anjeun terang atanapi malah ningali kumaha ageung obyék otomatis dikontrol, contona, pembangkit listrik nuklir atanapi pabrik anu seueur jalur produksi: aksi utama sering lumangsung di kamar ageung, kalayan sakumpulan layar, bohlam lampu. jeung kadali jauh. Kompleks kontrol ieu biasana disebut ruang kontrol utama - panel kontrol utama pikeun ngawaskeun fasilitas produksi.
Pasti anjeun wondering kumaha eta sadayana jalan dina hal hardware jeung software, kumaha sistem ieu béda ti komputer pribadi konvensional. Dina tulisan ieu, urang bakal ningali kumaha rupa-rupa data dugi ka kamar kontrol utama, kumaha paréntah dikirim ka alat-alat, sareng naon anu umumna diperyogikeun pikeun ngontrol stasiun compressor, pabrik produksi propana, jalur perakitan mobil, atanapi bahkan a pabrik ngompa solokan.
Tingkat panghandapna atanapi fieldbus dimana eta sadayana dimimitian
Ieu susunan kecap, teu jelas keur uninitiated, dipaké nalika perlu pikeun ngajelaskeun sarana komunikasi antara mikrokontroler jeung parabot bawahan, contona, modul I / O atawa alat ukur. Ilaharna saluran komunikasi ieu disebut "bus lapangan" sabab tanggung jawab pikeun ngirimkeun data anu asalna ti "sawah" ka controller.
"Lapang" mangrupikeun istilah profésional anu jero anu ngarujuk kana kanyataan yén sababaraha alat (contona, sénsor atanapi aktuator) anu berinteraksi sareng controller aya di tempat anu jauh, jauh, di jalan, di sawah, di handapeun panutup wengi. . Sareng henteu masalah yén sénsor tiasa ditempatkeun satengah méter ti pengontrol sareng ngukur, sebutkeun, suhu dina kabinét automation, éta masih dianggap yén éta "di lapangan." Paling sering, sinyal ti sensor anjog ka modul I / O masih ngarambat jarak ti puluhan nepi ka ratusan méter (jeung kadang leuwih), ngumpulkeun informasi ti situs jauh atawa alat. Sabenerna, éta naha beus bursa, ngaliwatan mana controller narima nilai tina sensor sarua ieu, biasana disebut beus lapangan atawa, kirang ilahar, beus-tingkat handap atawa beus industri.
Skéma umum pikeun otomatisasi fasilitas industri
Janten, sinyal éléktrik tina sénsor ngarambat dina jarak anu tangtu sapanjang jalur kabel (biasana sapanjang kabel tambaga biasa sareng sababaraha inti), dimana sababaraha sénsor dihubungkeun. Sinyal lajeng asup kana modul processing (input / modul output), dimana eta dirobah jadi basa digital kaharti ku controller. Salajengna, sinyal ieu ngaliwatan beus sawah langsung ka controller, dimana eta tungtungna diolah. Dumasar sinyal sapertos kitu, logika operasi mikrokontroler sorangan diwangun.
Tingkat luhur: ti garland ka sakabéh workstation
Tingkat luhur disebut sagalana nu bisa keuna ku operator fana biasa anu ngatur prosés téhnologis. Dina kasus pangbasajanna, tingkat luhur nyaéta sakumpulan lampu sareng tombol. Bohlam lampu sinyal operator ngeunaan acara tangtu lumangsung dina sistem, tombol dipaké pikeun ngaluarkeun paréntah ka controller nu. Sistim ieu mindeng disebut "garland" atawa "tangkal Natal" sabab Sigana pisan sarupa (sakumaha anjeun tiasa ningali tina poto dina awal artikel).
Upami operator langkung untung, maka salaku tingkat luhur anjeunna bakal nampi panel operator - jinis komputer panel datar anu dina hiji cara atanapi anu sanés nampi data pikeun tampilan ti controller sareng nampilkeun dina layar. Panel sapertos kitu biasana dipasang dina kabinét automation sorangan, ku kituna anjeun biasana kedah berinteraksi sareng éta bari nangtung, anu nyababkeun kasulitan, ditambah kualitas sareng ukuran gambar dina panél format leutik daun anu dipikahoyong.
Sarta pamustunganana, daya tarik generosity unprecedented - workstation (atawa malah sababaraha duplikat), nu mangrupa komputer pribadi biasa.
Alat-alat tingkat luhur kedah berinteraksi dina sababaraha cara sareng mikrokontroler (lain naha éta diperyogikeun?). Pikeun interaksi sapertos kitu, protokol tingkat luhur sareng média transmisi anu tangtu dianggo, contona, Ethernet atanapi UART. Dina kasus "tangkal Natal", kecanggihan sapertos kitu, tangtosna, henteu diperyogikeun; bohlam lampu dihurungkeun nganggo garis fisik biasa, teu aya antarmuka atanapi protokol anu canggih.
Sacara umum, tingkat luhur ieu kirang metot ti beus sawah, saprak tingkat luhur ieu bisa jadi teu aya pisan (teu aya nanaon pikeun operator pikeun nempo ti séri; controller sorangan bakal nangtukeun naon anu kudu dipigawé na kumaha ).
"Kuna" protokol mindahkeun data: Modbus na HART
Sababaraha urang terang, tapi dina dinten katujuh tina kreasi dunya, Allah teu beristirahat, tapi dijieun Modbus. Marengan protokol HART, Modbus panginten protokol transfer data industri pangkolotna; éta muncul deui dina 1979.
Antarbeungeut serial mimitina dipaké salaku medium transmisi, lajeng Modbus ieu dilaksanakeun ngaliwatan TCP / IP. Ieu mangrupikeun protokol master-slave (master-slave) sinkron anu ngagunakeun prinsip pamundut-réspon. Protokolna rada pajeujeut sareng laun, laju bursa gumantung kana karakteristik panarima sareng pamancar, tapi biasana jumlahna ampir ratusan milliseconds, khususna nalika dilaksanakeun via antarmuka séri.
Leuwih ti éta, register mindahkeun data Modbus nyaéta 16-bit, nu langsung imposes larangan dina mindahkeun tina tipe nyata jeung ganda. Éta dikirimkeun boh sabagian atanapi kalayan kaleungitan akurasi. Sanajan Modbus masih loba dipaké dina kasus dimana speeds komunikasi tinggi teu diperlukeun tur leungitna data dikirimkeun teu kritis. Seueur pabrik tina rupa-rupa alat resep ngalegaan protokol Modbus ku cara anu ekslusif sareng asli, nambihan fungsi anu henteu standar. Ku alatan éta, protokol ieu loba mutasi jeung simpangan tina norma, tapi masih hirup suksés di dunya modern.
Protokol HART ogé parantos aya ti saprak taun dalapan puluhan, éta mangrupikeun protokol komunikasi industri dina garis loop arus dua-kawat anu langsung nyambungkeun sénsor 4-20 mA sareng alat anu diaktipkeun HART.
Pikeun pindah jalur HART, alat husus, disebut modem HART, dipaké. Aya ogé konverter anu nyayogikeun pangguna, sebutkeun, protokol Modbus dina kaluaran.
HART meureun kasohor kanyataan yén sajaba sinyal analog tina 4-20 mA sensor, sinyal digital tina protokol sorangan ogé dikirimkeun dina sirkuit, ieu ngidinan Anjeun pikeun nyambungkeun bagian digital sarta analog dina hiji garis kabel. modem HART modern bisa disambungkeun ka port USB controller urang, disambungkeun via Bluetooth, atawa cara baheula via port serial. Belasan taun ka tukang, ku analogi sareng Wi-Fi, standar nirkabel WirelessHART, beroperasi dina rentang ISM, muncul.
Generasi kadua protokol atawa teu cukup beus industri Isa, PCI (e) sarta VME
Protokol Modbus sareng HART parantos digentos ku beus industri anu sanés, sapertos ISA (MicroPC, PC / 104) atanapi PCI / PCIe (CompactPCI, Serial CompactPCI, StacPC), sareng VME.
Jaman komputer geus datang nu boga di pembuangan maranéhanana beus data universal, dimana rupa papan (modul) bisa disambungkeun pikeun ngolah sinyal hasil ngahijikeun Tatar tangtu. Sakumaha aturan, dina hal ieu, modul processor (komputer) diselapkeun kana pigura disebut, nu ensures interaksi via beus jeung alat sejen. Pigura, atanapi, sakumaha para ahli automation leres hoyong nyauran éta, "crate," ditambah ku papan input-output anu diperyogikeun: analog, diskrit, antarmuka, sareng sajabana, atanapi sadayana ieu dihijikeun dina bentuk sandwich tanpa pigura - hiji dewan dina luhureun séjén. Sanggeus éta, rupa-rupa ieu dina beus (ISA, PCI, jeung sajabana) bursa data jeung modul processor, sahingga narima informasi ti sensor na implements sababaraha logika.
Controller sareng modul I / O dina pigura PXI dina beus PCI. Sumber:
Sagalana bakal jadi rupa kalawan Isa ieu, PCI (e) jeung beus VME, hususna keur jaman maranéhanana: laju bursa teu nguciwakeun, sarta komponén sistem anu lokasina dina pigura tunggal, kompak tur merenah, aya bisa jadi teu panas-swappable. Kartu I / O, tapi kuring henteu acan hoyong.
Tapi aya laleur dina salep, sarta leuwih ti hiji. Ieu rada hese ngawangun sistem disebarkeun dina konfigurasi sapertos, beus bursa lokal, Anjeun kudu datang nepi ka hal nukeur data jeung budak sejen atawa titik peer, Modbus sarua leuwih TCP / IP atawa sababaraha protokol sejen, di umum, aya teu cukup conveniences. Nya, anu kadua anu henteu pikaresepeun pisan: papan I / O biasana nyangka sababaraha jinis sinyal ngahijikeun salaku input, sareng aranjeunna henteu gaduh isolasi galvanik tina alat-alat lapangan, janten anjeun kedah ngadamel pager tina sababaraha modul konvérsi sareng sirkuit panengah, nu greatly complicates dasar unsur.
modul konversi sinyal panengah jeung isolasi galvanic. Sumber:
"Kumaha ngeunaan protokol beus industri?" - anjeun nanya. Euweuh nanaon. Teu aya dina palaksanaan ieu. Ngaliwatan jalur kabel, sinyal ngarambat tina sénsor ka konvérsi sinyal, konvérsi nyayogikeun tegangan ka papan I/O diskrit atanapi analog, sareng data tina papan parantos dibaca ngaliwatan palabuhan I/O nganggo OS. Sareng henteu aya protokol khusus.
Kumaha beus industri modern sareng protokol jalan
Naon ayeuna? Nepi ka ayeuna, ideologi klasik pikeun ngawangun sistem otomatis parantos robih sakedik. Seueur faktor anu maénkeun peran, dimimitian ku kanyataan yén automation ogé kedah merenah, sareng ditungtungan ku tren nuju sistem otomatis anu disebarkeun sareng titik-titik anu jauh ti unggal anu sanés.
Panginten urang tiasa nyebatkeun yén aya dua konsép utama pikeun ngawangun sistem otomatisasi ayeuna: sistem otomatis lokal sareng disebarkeun.
Dina kasus sistem localized, dimana pendataan jeung kontrol anu terpusat dina hiji lokasi husus, konsép set tangtu input / modul output interconnected ku beus gancang umum, kaasup controller jeung protokol bursa sorangan, di paménta. Dina hal ieu, sakumaha aturan, modul I / O kaasup duanana converter sinyal jeung isolasi galvanic (sanajan, tangtosna, teu salawasna). Nyaéta, cukup pikeun pangguna akhir ngartos naon jinis sensor sareng mékanisme anu bakal aya dina sistem otomatis, ngitung jumlah modul input / output anu diperyogikeun pikeun sababaraha jinis sinyal sareng sambungkeun kana hiji garis umum sareng controller. . Dina hal ieu, sakumaha aturan, unggal produsén ngagunakeun protokol bursa favorit na antara I / O modul jeung controller, tur aya bisa jadi loba pilihan di dieu.
Dina kasus sistem anu disebarkeun, sadayana anu disarioskeun ngeunaan sistem anu dilokalkeun leres, salian ti éta, penting yén komponén individu, contona, sakumpulan modul input-output ditambah alat pikeun ngumpulkeun sareng ngirimkeun inpormasi - henteu. microcontroller pisan pinter nu nangtung wae dina stan di sawah, gigireun klep nu shuts off minyak - bisa berinteraksi sareng titik sarua jeung controller utama dina jarak hébat kalawan Nilai tukeur éféktif.
Kumaha pamekar milih protokol pikeun proyékna? Sadaya protokol bursa modern nyadiakeun kinerja anu cukup luhur, jadi pilihan hiji atawa produsén séjén mindeng teu ditangtukeun ku nilai bursa dina beus industri pisan ieu. Palaksanaan protokol sorangan teu jadi penting, sabab, ti sudut pandang tina pamekar sistem, eta masih bakal kotak hideung nu nyadiakeun struktur bursa internal tangtu jeung teu dirancang pikeun gangguan luar. Paling sering, perhatian dibayar ka ciri praktis: kinerja komputer, betah nerapkeun konsép produsén pikeun tugas di leungeun, kasadiaan tipe diperlukeun modul I / O, kamampuhan pikeun panas-swappable modul tanpa megatkeun. beus, jsb.
Panyadia alat populér nawiskeun palaksanaan sorangan tina protokol industri: contona, perusahaan terkenal Siemens ngembangkeun séri Profinet sareng Profibus protokol, B&R ngembangkeun protokol Powerlink, Rockwell Automation ngembangkeun protokol EtherNet / IP. Solusi domestik dina daptar conto ieu: versi protokol FBUS ti perusahaan Rusia Fastwel.
Aya ogé solusi anu langkung universal anu henteu aya hubunganana sareng produsén khusus, sapertos EtherCAT sareng CAN. Kami bakal nganalisis protokol ieu sacara rinci dina neraskeun tulisan sareng terangkeun mana anu langkung cocog pikeun aplikasi khusus: industri otomotif sareng aeroangkasa, manufaktur éléktronika, sistem posisi sareng robotika. Tetep kontak!
sumber: www.habr.com