tulizungumzia jinsi mabasi na itifaki hufanya kazi katika automatisering ya viwanda. Wakati huu tutazingatia ufumbuzi wa kisasa wa kazi: tutaangalia ni itifaki gani zinazotumiwa katika mifumo duniani kote. Hebu fikiria teknolojia za makampuni ya Ujerumani Beckhoff na Siemens, B & R ya Austria, American Rockwell Automation na Fastwel ya Kirusi. Pia tutasoma suluhu za ulimwengu wote ambazo hazijaunganishwa na mtengenezaji maalum, kama vile EtherCAT na CAN.
Mwishoni mwa makala kutakuwa na meza ya kulinganisha na sifa za itifaki za EtherCAT, POWERLINK, PROFINET, EtherNet/IP na ModbusTCP.
Hatukujumuisha PRP, HSR, OPC UA na itifaki zingine katika ukaguzi, kwa sababu Tayari kuna nakala bora juu yake kuhusu Habre na wahandisi wenzetu ambao wanaunda mifumo ya kiotomatiki ya viwandani. Kwa mfano, ΠΈ .
Kwanza, hebu tufafanue istilahi: Ethernet ya Viwanda = mtandao wa viwanda, Fieldbus = basi ya shamba. Katika automatisering ya viwanda ya Kirusi, kuna machafuko katika suala linalohusiana na basi ya shamba na mtandao wa kiwango cha chini cha viwanda. Mara nyingi maneno haya yanajumuishwa katika dhana moja, isiyoeleweka inayoitwa "ngazi ya chini", ambayo inarejelewa kama basi la shambani na basi la kiwango kidogo, ingawa inaweza isiwe basi hata kidogo.
Kwa nini?Kuchanganyikiwa huku kunawezekana zaidi kutokana na ukweli kwamba katika watawala wengi wa kisasa, uunganisho wa moduli za I / O mara nyingi hutekelezwa kwa kutumia backplane au basi ya kimwili. Hiyo ni, mawasiliano fulani ya basi na viunganisho hutumiwa kuchanganya moduli kadhaa kwenye kitengo kimoja. Lakini nodi kama hizo, kwa upande wake, zinaweza kuunganishwa na mtandao wa viwandani na basi ya shamba. Katika istilahi ya Magharibi kuna mgawanyiko wazi: mtandao ni mtandao, basi ni basi. Ya kwanza imeteuliwa na neno Industrial Ethernet, ya pili na Fieldbus. Nakala hiyo inapendekeza kutumia neno "mtandao wa viwanda" na neno "basi ya shamba" kwa dhana hizi, mtawaliwa.
Kiwango cha mtandao wa viwanda cha EtherCAT, kilichotengenezwa na Beckhoff
Itifaki ya EtherCAT na mtandao wa viwanda labda ni mojawapo ya mbinu za haraka zaidi za maambukizi ya data katika mifumo ya automatisering leo. Mtandao wa EtherCAT unatumiwa kwa mafanikio katika mifumo ya otomatiki iliyosambazwa, ambapo nodi zinazoingiliana zinatenganishwa kwa umbali mrefu.
Itifaki ya EtherCAT hutumia muafaka wa kawaida wa Ethernet kusambaza telegrams zake, kwa hiyo inabakia sambamba na vifaa vyovyote vya kawaida vya Ethernet na, kwa kweli, mapokezi ya data na maambukizi yanaweza kupangwa kwenye mtawala wowote wa Ethernet, mradi programu inayofaa inapatikana.
Kidhibiti cha Beckhoff kilicho na seti ya moduli za I/O. Chanzo:
Ufafanuzi wa itifaki umefunguliwa na unapatikana, lakini tu ndani ya mfumo wa chama cha maendeleo - EtherCAT Technology Group.
Hivi ndivyo EtherCAT inavyofanya kazi (onyesho linashangaza, kama mchezo Zuma Inca):
Kasi ya kubadilishana ya juu katika itifaki hii - na tunaweza kuzungumza juu ya vitengo vya microseconds - inafanyika kutokana na ukweli kwamba watengenezaji walikataa kubadilishana kwa kutumia telegram zilizotumwa moja kwa moja kwa kifaa maalum. Badala yake, telegramu moja inatumwa kwa mtandao wa EtherCAT, kushughulikiwa kwa vifaa vyote kwa wakati mmoja, kila nodi za watumwa za kukusanya na kusambaza habari (pia mara nyingi huitwa OSO - kifaa cha mawasiliano ya kitu) huchukua kutoka kwake "kuruka" data ambayo ilikusudiwa na kuingiza kwenye telegramu data ambayo yuko tayari kutoa kwa kubadilishana. Kisha telegramu inatumwa kwa nodi ya watumwa inayofuata, ambapo operesheni sawa hutokea. Baada ya kupitia vifaa vyote vya kudhibiti, telegramu inarudi kwa mtawala mkuu, ambayo, kwa kuzingatia data iliyopokelewa kutoka kwa vifaa vya mtumwa, hutumia mantiki ya udhibiti, tena kuingiliana kupitia telegram na nodes za watumwa, ambazo hutoa ishara ya udhibiti. vifaa.
Mtandao wa EtherCAT unaweza kuwa na topolojia yoyote, lakini kwa asili itakuwa daima pete - kutokana na matumizi ya hali kamili ya duplex na viunganisho viwili vya Ethernet. Kwa njia hii, telegramu itatumwa kila wakati kwa kila kifaa kwenye basi.
Uwakilishi wa kimkakati wa mtandao wa Ethercat wenye nodi nyingi. Chanzo:
Kwa njia, maelezo ya EtherCAT hayana vikwazo kwenye safu ya kimwili ya 100Base-TX, hivyo utekelezaji wa itifaki inawezekana kulingana na gigabit na mistari ya macho.
Fungua mitandao ya viwanda na viwango vya PROFIBUS/NET kutoka Siemens
Wasiwasi wa Ujerumani Siemens imejulikana kwa muda mrefu kwa vidhibiti vyake vya mantiki vinavyoweza kupangwa (PLCs), ambavyo vinatumika duniani kote.
Ubadilishanaji wa data kati ya nodi za mfumo wa kiotomatiki unaodhibitiwa na vifaa vya Siemens hufanyika wote kupitia basi la shamba linaloitwa PROFIBUS na katika mtandao wa viwanda wa PROFINET.
Basi la PROFIBUS hutumia kebo maalum ya msingi-mbili na viunganishi vya DB-9. Siemens ina katika zambarau, lakini tumeona wengine katika mazoezi :). Ili kuunganisha nodes nyingi, kontakt inaweza kuunganisha nyaya mbili. Pia ina swichi kwa kipinga cha terminal. Kipinga cha terminal lazima kiweshwe kwenye vifaa vya mwisho vya mtandao, na hivyo kuonyesha kuwa hii ndio kifaa cha kwanza au cha mwisho, na baada yake hakuna chochote, giza na utupu tu (zote rs485 zinafanya kazi kama hii). Ikiwa unawasha kontakt kwenye kiunganishi cha kati, sehemu inayofuata itazimwa.
Cable ya PROFIBUS yenye viunganishi vya kuunganisha. Chanzo:
Mtandao wa PROFINET hutumia kebo ya jozi iliyopotoka ya analog, kwa kawaida na viunganishi vya RJ-45, kebo hiyo ina rangi ya kijani. Ikiwa topolojia ya PROFIBUS ni basi, basi topolojia ya mtandao wa PROFINET inaweza kuwa chochote: pete, nyota, mti, au kila kitu pamoja.
Kidhibiti cha Siemens kilichounganishwa na kebo ya PROFINET. Chanzo: w3.siemens.com
Kuna itifaki kadhaa za mawasiliano kwenye basi la PROFIBUS na katika mtandao wa PROFINET.
Kwa PROFIBUS:
- PROFIBUS DP - utekelezaji wa itifaki hii inajumuisha mawasiliano na vifaa vya mtumwa wa mbali; kwa upande wa PROFINET, itifaki hii inalingana na itifaki ya PROFINET IO.
- PROFIBUS PA kimsingi ni sawa na PROFIBUS DP, inatumika tu kwa matoleo yasiyoweza kulipuka ya uwasilishaji wa data na usambazaji wa nishati (sawa na PROFIBUS DP yenye sifa tofauti za kimaumbile). Kwa PROFINET, itifaki ya kuzuia mlipuko sawa na PROFIBUS bado haipo.
- PROFIBUS FMS - iliyoundwa kwa ajili ya kubadilishana data na mifumo kutoka kwa wazalishaji wengine ambao hawawezi kutumia PROFIBUS DP. Analogi ya PROFIBUS FMS katika mtandao wa PROFINET ni itifaki ya PROFINET CBA.
kwa PROFINET:
- PROFINET IO;
- PROFINET CBA.
Itifaki ya PROFINET IO imegawanywa katika madarasa kadhaa:
- PROFINET NRT (wakati usio halisi) - hutumiwa katika programu ambapo vigezo vya muda sio muhimu. Inatumia itifaki ya uhamishaji data ya Ethernet TCP/IP pamoja na UDP/IP.
- PROFINET RT (muda halisi) - hapa kubadilishana data ya I / O inatekelezwa kwa kutumia muafaka wa Ethernet, lakini data ya uchunguzi na mawasiliano bado inahamishwa kupitia UDP / IP.
- PROFINET IRT (Isochronous Real Time) - Itifaki hii ilitengenezwa mahususi kwa ajili ya programu za udhibiti wa mwendo na inajumuisha awamu ya uhamishaji wa data isochronous.
Kwa ajili ya utekelezaji wa itifaki ya PROFINET IRT ngumu ya wakati halisi, kwa mawasiliano na vifaa vya mbali hutofautisha njia mbili za kubadilishana: isochronous na asynchronous. Mkondo wa isochronous wenye urefu usiobadilika wa mzunguko wa ubadilishanaji hutumia usawazishaji wa saa na kupitisha data muhimu ya wakati; telegramu za kiwango cha pili hutumiwa kwa uwasilishaji. Muda wa maambukizi katika chaneli ya isochronous hauzidi milisekunde 1.
Kituo cha asynchronous hupeleka kinachojulikana data ya wakati halisi, ambayo pia inashughulikiwa kupitia anwani ya MAC. Zaidi ya hayo, taarifa mbalimbali za uchunguzi na usaidizi hupitishwa kupitia TCP/IP. Wala data ya wakati halisi, chini ya maelezo mengine, bila shaka, yanaweza kukatiza mzunguko wa isochronous.
Seti iliyopanuliwa ya vipengele vya PROFINET IO haihitajiki kwa kila mfumo wa otomatiki wa viwandani, kwa hivyo itifaki hii hupimwa kwa mradi maalum, kwa kuzingatia madarasa ya kufuata au madarasa ya kuzingatia: CC-A, CC-B, CC-CC. Madarasa ya kufuata hukuruhusu kuchagua vifaa vya uga na vipengee vya uti wa mgongo vilivyo na utendakazi wa chini zaidi unaohitajika.
Chanzo:
Itifaki ya pili ya kubadilishana katika mtandao wa PROFINET - PROFINET CBA - hutumiwa kuandaa mawasiliano ya viwanda kati ya vifaa kutoka kwa wazalishaji tofauti. Kitengo kikuu cha uzalishaji katika mifumo ya IAS ni huluki fulani inayoitwa kijenzi. Sehemu hii kwa kawaida ni mkusanyiko wa sehemu za mitambo, umeme na kielektroniki za kifaa au usakinishaji, pamoja na programu zinazohusiana. Kwa kila sehemu, moduli ya programu imechaguliwa ambayo ina maelezo kamili ya interface ya sehemu hii kwa mujibu wa mahitaji ya kiwango cha PROFINET. Baada ya hapo moduli hizi za programu hutumiwa kubadilishana data na vifaa.
Itifaki ya B&R Ethernet POWERLINK
Itifaki ya Powerlink ilitengenezwa na kampuni ya Austria B&R mwanzoni mwa miaka ya 2000. Huu ni utekelezaji mwingine wa itifaki ya wakati halisi juu ya kiwango cha Ethernet. Vipimo vya itifaki vinapatikana na kusambazwa kwa uhuru.
Teknolojia ya Powerlink hutumia kinachojulikana kama utaratibu wa upigaji kura mchanganyiko, wakati mwingiliano wote kati ya vifaa umegawanywa katika awamu kadhaa. Data muhimu haswa hupitishwa katika awamu ya ubadilishanaji ya isochronous, ambayo muda unaohitajika wa kujibu husanidiwa; data iliyobaki itatumwa, inapowezekana, katika awamu ya asynchronous.
Kidhibiti cha B&R kilicho na seti ya moduli za I/O. Chanzo: br-automation.com
Itifaki hapo awali ilitekelezwa juu ya safu ya kimwili ya 100Base-TX, lakini baadaye utekelezaji wa gigabit ulitengenezwa.
Itifaki ya Powerlink hutumia utaratibu wa kuratibu mawasiliano. Alama fulani au ujumbe wa kudhibiti hutumwa kwa mtandao, kwa usaidizi wa ambayo imedhamiriwa ni kifaa gani ambacho sasa kina ruhusa ya kubadilishana data. Kifaa kimoja pekee kinaweza kufikia ubadilishanaji kwa wakati mmoja.
Uwakilishi wa kimkakati wa mtandao wa Ethernet POWERLINK wenye nodi nyingi.
Katika awamu ya isochronous, mtawala wa upigaji kura hutuma ombi kwa kila nodi ambayo inahitaji kupokea data muhimu.
Awamu ya isochronous inafanywa, kama ilivyotajwa tayari, na wakati wa mzunguko unaoweza kubadilishwa. Katika awamu ya asynchronous ya kubadilishana, stack ya itifaki ya IP hutumiwa, mtawala huomba data zisizo muhimu kutoka kwa nodes zote, ambazo hutuma jibu wanapopata upatikanaji wa kusambaza mtandao. Uwiano wa wakati kati ya awamu ya isochronous na asynchronous inaweza kubadilishwa kwa mikono.
Rockwell Automation Ethernet/IP Itifaki
Itifaki ya EtherNet/IP ilitengenezwa kwa ushiriki hai wa kampuni ya Amerika ya Rockwell Automation mnamo 2000. Inatumia mrundikano wa TCP na UDP wa IP, na kuupanua kwa programu za kiotomatiki za viwandani. Sehemu ya pili ya jina, kinyume na imani maarufu, haimaanishi Itifaki ya Mtandao, lakini Itifaki ya Viwanda. UDP IP hutumia safu ya mawasiliano ya CIP (Common Interface Protocol), ambayo pia inatumika katika mitandao ya ControlNet/DeviceNet na inatekelezwa juu ya TCP/IP.
Vipimo vya EtherNet/IP vinapatikana kwa umma na vinapatikana bila malipo. Topolojia ya mtandao wa Ethernet/IP inaweza kuwa ya kiholela na kujumuisha pete, nyota, mti au basi.
Mbali na kazi za kawaida za HTTP, FTP, SMTP, EtherNet/IP itifaki, inatekeleza uhamisho wa data muhimu wakati kati ya mtawala wa upigaji kura na vifaa vya I/O. Uwasilishaji wa data isiyo ya wakati muhimu hutolewa na pakiti za TCP, na utoaji wa wakati muhimu wa data ya udhibiti wa mzunguko unafanywa kupitia itifaki ya UDP.
Ili kusawazisha muda katika mifumo iliyosambazwa, EtherNet/IP hutumia itifaki ya CIPsync, ambayo ni kiendelezi cha itifaki ya mawasiliano ya CIP.
Uwakilishi wa kimkakati wa mtandao wa Ethernet/IP na nodi kadhaa na unganisho la vifaa vya Modbus. Chanzo:
Ili kurahisisha usanidi wa mtandao wa EtherNet/IP, vifaa vingi vya kawaida vya otomatiki huja na faili za usanidi zilizobainishwa mapema.
Utekelezaji wa itifaki ya FBUS huko Fastwel
Tulifikiria kwa muda mrefu ikiwa ni pamoja na kampuni ya Kirusi Fastwel katika orodha hii na utekelezaji wake wa ndani wa itifaki ya viwanda ya FBUS, lakini basi tuliamua kuandika aya kadhaa kwa ufahamu bora wa ukweli wa uingizwaji wa uingizaji.
Kuna utekelezwaji mbili wa FBUS. Mmoja wao ni basi ambayo itifaki ya FBUS inaendesha juu ya kiwango cha RS485. Kwa kuongeza, kuna utekelezaji wa FBUS katika mtandao wa Ethernet wa viwanda.
FBUS haiwezi kuitwa itifaki ya kasi ya juu; muda wa kujibu hutegemea sana idadi ya moduli za I/O kwenye basi na vigezo vya kubadilishana; kwa kawaida ni kati ya milisekunde 0,5 hadi 10. Nodi moja ya watumwa ya FBUS inaweza tu kuwa na moduli 64 za I/O. Kwa basi la shamba, urefu wa cable hauwezi kuzidi mita 1, kwa hivyo hatuzungumzii juu ya mifumo iliyosambazwa. Au tuseme, hufanya hivyo, lakini tu wakati wa kutumia mtandao wa FBUS wa viwanda juu ya TCP/IP, ambayo inamaanisha kuongezeka kwa muda wa kupiga kura mara kadhaa. Kamba za upanuzi wa basi zinaweza kutumika kuunganisha moduli, ambayo inaruhusu uwekaji rahisi wa moduli kwenye baraza la mawaziri la otomatiki.
Kidhibiti cha Fastwel kilicho na moduli zilizounganishwa za I/O. Chanzo:
Jumla: jinsi yote haya yanatumiwa katika mazoezi katika mifumo ya udhibiti wa mchakato wa kiotomatiki
Kwa kawaida, aina mbalimbali za itifaki za kisasa za uhamisho wa data za viwanda ni kubwa zaidi kuliko tulivyoelezea katika makala hii. Baadhi ni amefungwa kwa mtengenezaji maalum, baadhi, kinyume chake, ni zima. Wakati wa kuendeleza mifumo ya udhibiti wa mchakato wa automatiska (APCS), mhandisi huchagua itifaki bora, akizingatia kazi maalum na vikwazo (kiufundi na bajeti).
Ikiwa tunazungumzia juu ya kuenea kwa itifaki fulani ya kubadilishana, tunaweza kutoa mchoro wa kampuni HMS Networks AB, ambayo inaonyesha hisa za soko za teknolojia mbalimbali za kubadilishana katika mitandao ya viwanda.
Chanzo:
Kama inavyoonekana kwenye mchoro, PRONET na PROFIBUS kutoka Siemens huchukua nafasi za kuongoza.
Inafurahisha, miaka 6 iliyopita .
Jedwali lililo hapa chini lina muhtasari wa data kwenye itifaki za kubadilishana zilizoelezwa. Vigezo vingine, kwa mfano, utendaji, vinaonyeshwa kwa maneno ya abstract: juu / chini. Nambari zinazolingana zinaweza kupatikana katika makala za uchanganuzi wa utendaji.
|
|
EtherCAT
|
NGUVU
|
PROFINET
|
Ethaneti/IP
|
ModbusTCP
|
|
Safu ya kimwili
|
100/1000 BASE-TX
|
100/1000 BASE-TX
|
100/1000 BASE-TX
|
100/1000 BASE-TX
|
100/1000 BASE-TX
|
|
Kiwango cha data
|
Idhaa (fremu za Ethaneti)
|
Idhaa (fremu za Ethaneti)
|
Idhaa (fremu za Ethaneti), Mtandao/usafiri (TCP/IP)
|
Mtandao/Usafiri(TCP/IP)
|
Mtandao/Usafiri(TCP/IP)
|
|
Usaidizi wa wakati halisi
|
ΠΠ°
|
ΠΠ°
|
ΠΠ°
|
ΠΠ°
|
Hakuna
|
|
Uzalishaji
|
High
|
High
|
IRT - ya juu, RT - ya kati
|
Wastani
|
Chini
|
|
Urefu wa kebo kati ya nodi
|
100m
|
100m/2km
|
100m
|
100m
|
100m
|
|
Awamu za uhamisho
|
Hakuna
|
Isochronous + asynchronous
|
IRT β isochronous + asynchronous, RT β asynchronous
|
Hakuna
|
Hakuna
|
|
Idadi ya nodi
|
65535
|
240
|
Ukomo wa Mtandao wa TCP/IP
|
Ukomo wa Mtandao wa TCP/IP
|
Ukomo wa Mtandao wa TCP/IP
|
|
Azimio la mgongano
|
Topolojia ya pete
|
Usawazishaji wa saa, awamu za maambukizi
|
Topolojia ya pete, awamu za maambukizi
|
Swichi, topolojia ya nyota
|
Swichi, topolojia ya nyota
|
|
Kubadilishana kwa moto
|
Hakuna
|
ΠΠ°
|
ΠΠ°
|
ΠΠ°
|
Kulingana na utekelezaji
|
|
Gharama ya vifaa
|
Chini
|
Chini
|
High
|
Wastani
|
Chini
|
Maeneo ya matumizi ya itifaki za kubadilishana zilizoelezewa, mabasi ya shamba na mitandao ya viwandani ni tofauti sana. Kuanzia viwanda vya kemikali na magari hadi teknolojia ya anga na utengenezaji wa vifaa vya elektroniki. Itifaki za ubadilishanaji wa kasi ya juu zinahitajika katika mifumo ya uwekaji nafasi katika wakati halisi kwa vifaa mbalimbali na katika robotiki.
Ulifanya kazi na itifaki gani na umezitumia wapi? Shiriki uzoefu wako katika maoni. π
Chanzo: mapenzi.com