Hakika wengi wenu mnajua au hata mmeona jinsi vitu vikubwa vya kiotomatiki vinavyodhibitiwa, kwa mfano, kiwanda cha nguvu za nyuklia au kiwanda kilicho na mistari mingi ya uzalishaji: hatua kuu mara nyingi hufanyika katika chumba kikubwa, na rundo la skrini, balbu za mwanga. na vidhibiti vya mbali. Mchanganyiko huu wa udhibiti kawaida huitwa chumba kikuu cha kudhibiti - jopo kuu la kudhibiti kwa ufuatiliaji wa kituo cha uzalishaji.
Hakika ulikuwa unashangaa jinsi yote yanavyofanya kazi kwa suala la vifaa na programu, jinsi mifumo hii inatofautiana na kompyuta za kawaida za kibinafsi. Katika makala hii, tutaangalia jinsi data mbalimbali hufika kwenye chumba kikuu cha udhibiti, jinsi amri zinatumwa kwa vifaa, na nini kinachohitajika kwa ujumla kudhibiti kituo cha compressor, kiwanda cha uzalishaji wa propane, mstari wa mkutano wa gari, au hata mtambo wa kusukuma maji taka.
Kiwango cha chini kabisa au fieldbus ndipo yote yanaanzia
Seti hii ya maneno, isiyoeleweka kwa wasiojua, hutumiwa wakati ni muhimu kuelezea njia za mawasiliano kati ya microcontrollers na vifaa vya chini, kwa mfano, modules za I / O au vifaa vya kupimia. Kawaida njia hii ya mawasiliano inaitwa "basi ya shamba" kwa sababu ina jukumu la kusambaza data inayotoka "uwanja" hadi kwa kidhibiti.
"Shamba" ni neno la kina la kitaalamu ambalo linamaanisha ukweli kwamba baadhi ya vifaa (kwa mfano, sensorer au actuators) ambayo mtawala huingiliana iko mahali fulani mbali, mbali, mitaani, katika mashamba, chini ya kifuniko cha usiku. . Na haijalishi kuwa sensor inaweza kupatikana nusu ya mita kutoka kwa mtawala na kupima, sema, hali ya joto katika baraza la mawaziri la otomatiki, bado inazingatiwa kuwa iko "shambani." Mara nyingi, mawimbi kutoka kwa vitambuzi vinavyofika kwenye moduli za I/O bado husafiri umbali kutoka makumi hadi mamia ya mita (na wakati mwingine zaidi), kukusanya taarifa kutoka kwa tovuti au vifaa vya mbali. Kwa kweli, ndiyo sababu basi ya kubadilishana, ambayo mtawala hupokea maadili kutoka kwa vihisi hivi, kawaida huitwa basi la shambani au, kwa kawaida, basi la kiwango cha chini au basi la viwandani.
Mpango wa jumla wa otomatiki wa kituo cha viwanda
Kwa hiyo, ishara ya umeme kutoka kwa sensor husafiri umbali fulani pamoja na mistari ya cable (kawaida pamoja na cable ya kawaida ya shaba na idadi fulani ya cores), ambayo sensorer kadhaa huunganishwa. Kisha ishara huingia kwenye moduli ya usindikaji (moduli ya pembejeo / pato), ambapo inabadilishwa kuwa lugha ya digital inayoeleweka kwa mtawala. Ifuatayo, ishara hii kupitia basi ya shamba huenda moja kwa moja kwa mtawala, ambapo hatimaye inachakatwa. Kulingana na ishara hizo, mantiki ya uendeshaji wa microcontroller yenyewe imejengwa.
Kiwango cha juu: kutoka kwa taji hadi kituo kizima cha kazi
Kiwango cha juu kinaitwa kila kitu ambacho kinaweza kuguswa na mwendeshaji wa kawaida wa kufa ambaye anadhibiti mchakato wa kiteknolojia. Katika kesi rahisi, ngazi ya juu ni seti ya taa na vifungo. Balbu za mwanga huashiria operator kuhusu matukio fulani yanayotokea kwenye mfumo, vifungo hutumiwa kutoa amri kwa mtawala. Mfumo huu mara nyingi huitwa "garland" au "mti wa Krismasi" kwa sababu inaonekana sawa (kama unaweza kuona kutoka kwenye picha mwanzoni mwa makala).
Ikiwa mwendeshaji ana bahati zaidi, basi kama kiwango cha juu atapata jopo la waendeshaji - aina ya kompyuta ya jopo la gorofa ambayo kwa njia moja au nyingine inapokea data ya kuonyesha kutoka kwa mtawala na kuionyesha kwenye skrini. Jopo kama hilo kawaida huwekwa kwenye baraza la mawaziri la kiotomatiki yenyewe, kwa hivyo lazima uingiliane nayo wakati umesimama, ambayo husababisha usumbufu, pamoja na ubora na saizi ya picha kwenye paneli za muundo mdogo huacha kuhitajika.
Na hatimaye, kivutio cha ukarimu usio na kifani - kituo cha kazi (au hata nakala kadhaa), ambayo ni kompyuta ya kawaida ya kibinafsi.
Vifaa vya kiwango cha juu lazima viingiliane kwa njia fulani na kidhibiti kidogo (vinginevyo kwa nini inahitajika?). Kwa uingiliano huo, itifaki za kiwango cha juu na njia fulani ya maambukizi hutumiwa, kwa mfano, Ethernet au UART. Kwa upande wa "mti wa Krismasi", uboreshaji kama huo, kwa kweli, sio lazima; balbu za taa huwashwa kwa kutumia mistari ya kawaida ya mwili, hakuna miingiliano ya kisasa au itifaki hapo.
Kwa ujumla, kiwango hiki cha juu haifurahishi sana kuliko basi ya shamba, kwani kiwango hiki cha juu kinaweza kuwa haipo kabisa (hakuna chochote cha kuangalia kutoka kwa msururu; mtawala mwenyewe atagundua ni nini kifanyike na jinsi gani. )
Itifaki za uhamishaji data za "kale": Modbus na HART
Watu wachache wanajua, lakini siku ya saba ya uumbaji wa ulimwengu, Mungu hakupumzika, lakini aliunda Modbus. Pamoja na itifaki ya HART, Modbus labda ndiyo itifaki kongwe zaidi ya uhamishaji data ya viwandani; ilionekana nyuma mnamo 1979.
Kiolesura cha serial kilitumika awali kama njia ya upokezaji, kisha Modbus ilitekelezwa kupitia TCP/IP. Hii ni itifaki ya ulandanishi ya bwana-mtumwa (bwana-mtumwa) inayotumia kanuni ya jibu la ombi. Itifaki ni ngumu sana na polepole, kasi ya kubadilishana inategemea sifa za mpokeaji na kisambazaji, lakini kawaida hesabu ni karibu mamia ya milliseconds, haswa inapotekelezwa kupitia kiolesura cha serial.
Zaidi ya hayo, rejista ya uhamisho wa data ya Modbus ni 16-bit, ambayo mara moja inaweka vikwazo juu ya uhamisho wa aina halisi na mbili. Zinapitishwa kwa sehemu au kwa upotezaji wa usahihi. Ingawa Modbus bado inatumika sana katika hali ambapo kasi ya juu ya mawasiliano haihitajiki na upotezaji wa data iliyopitishwa sio muhimu. Watengenezaji wengi wa vifaa anuwai wanapenda kupanua itifaki ya Modbus kwa njia yao ya kipekee na ya asili, na kuongeza vitendaji visivyo vya kawaida. Kwa hivyo, itifaki hii ina mabadiliko mengi na kupotoka kutoka kwa kawaida, lakini bado inaishi kwa mafanikio katika ulimwengu wa kisasa.
Itifaki ya HART pia imekuwepo tangu miaka ya themanini, ni itifaki ya mawasiliano ya viwandani juu ya mstari wa kitanzi wa sasa wa waya mbili ambao huunganisha moja kwa moja sensorer 4-20 mA na vifaa vingine vinavyowezeshwa na HART.
Ili kubadili mistari ya HART, vifaa maalum, kinachojulikana kama modem za HART, hutumiwa. Pia kuna vigeuzi vinavyompa mtumiaji, sema, itifaki ya Modbus kwenye pato.
HART labda inajulikana kwa ukweli kwamba pamoja na ishara za analog za sensorer 4-20 mA, ishara ya digital ya itifaki yenyewe pia hupitishwa katika mzunguko, hii inakuwezesha kuunganisha sehemu za digital na analog kwenye mstari mmoja wa cable. Modemu za kisasa za HART zinaweza kuunganishwa kwenye mlango wa USB wa kidhibiti, kuunganishwa kupitia Bluetooth, au kwa njia ya kizamani kupitia mlango wa serial. Miaka kadhaa iliyopita, kwa mlinganisho na Wi-Fi, kiwango cha wireless cha WirelessHART, kinachofanya kazi katika safu ya ISM, kilionekana.
Kizazi cha pili cha itifaki au si mabasi ya viwandani kabisa ISA, PCI(e) na VME
Itifaki za Modbus na HART zimebadilishwa na si mabasi ya viwandani kabisa, kama vile ISA (MicroPC, PC/104) au PCI/PCIe (CompactPCI, CompactPCI Serial, StacPC), pamoja na VME.
Enzi ya kompyuta imekuja ambayo ina basi ya data ya ulimwengu wote, ambapo bodi mbalimbali (moduli) zinaweza kushikamana ili kusindika ishara fulani iliyounganishwa. Kama sheria, katika kesi hii, moduli ya processor (kompyuta) imeingizwa kwenye sura inayoitwa, ambayo inahakikisha mwingiliano kupitia basi na vifaa vingine. Sura, au, kama wataalam wa kweli wa otomatiki wanapenda kuiita, "kreti," inaongezewa na bodi zinazohitajika za pembejeo: analog, discrete, kiolesura, nk, au yote haya yamewekwa pamoja katika mfumo wa sandwich bila. sura - bodi moja juu ya nyingine. Baada ya hayo, aina hii kwenye basi (ISA, PCI, nk) hubadilishana data na moduli ya processor, ambayo hivyo hupokea taarifa kutoka kwa sensorer na kutekeleza baadhi ya mantiki.
Kidhibiti na moduli za I/O katika fremu ya PXI kwenye basi ya PCI. Chanzo:
Kila kitu kitakuwa sawa na mabasi haya ya ISA, PCI (e) na VME, haswa kwa nyakati hizo: kasi ya ubadilishanaji haikatishi tamaa, na vifaa vya mfumo viko kwenye fremu moja, compact na rahisi, kunaweza kusiwe na kubadilishana moto. Kadi za I/O, lakini sitaki kabisa.
Lakini kuna inzi katika marashi, na zaidi ya moja. Ni ngumu sana kuunda mfumo uliosambazwa katika usanidi kama huo, basi ya kubadilishana ni ya ndani, unahitaji kuja na kitu cha kubadilishana data na watumwa wengine au nodi za rika, Modbus sawa juu ya TCP/IP au itifaki nyingine, katika kwa ujumla, hakuna urahisi wa kutosha. Kweli, jambo la pili sio la kupendeza sana: bodi za I/O kawaida hutarajia aina fulani ya ishara iliyounganishwa kama pembejeo, na hazina kutengwa kwa mabati kutoka kwa vifaa vya shamba, kwa hivyo unahitaji kutengeneza uzio kutoka kwa moduli anuwai za ubadilishaji na mzunguko wa kati, ambayo inachanganya sana msingi wa kipengele.
Moduli za ubadilishaji wa ishara za kati na kutengwa kwa mabati. Chanzo:
"Vipi kuhusu itifaki ya mabasi ya viwandani?" - unauliza. Hakuna kitu. Haipo katika utekelezaji huu. Kupitia njia za kebo, mawimbi husafiri kutoka kwa sensorer hadi kwa vibadilishaji ishara, vibadilishaji fedha hutoa voltage kwa bodi ya I/O ya kipekee au ya analogi, na data kutoka kwa ubao tayari inasomwa kupitia bandari za I/O kwa kutumia OS. Na hakuna itifaki maalum.
Jinsi mabasi ya kisasa ya viwandani na itifaki hufanya kazi
Nini sasa? Hadi sasa, itikadi ya classical ya kujenga mifumo ya automatiska imebadilika kidogo. Sababu nyingi zilichukua jukumu, kuanzia na ukweli kwamba otomatiki inapaswa pia kuwa rahisi, na kuishia na mwelekeo kuelekea mifumo ya kiotomatiki iliyosambazwa na nodi za mbali kutoka kwa kila mmoja.
Labda tunaweza kusema kwamba kuna dhana mbili kuu za kujenga mifumo ya otomatiki leo: mifumo ya kiotomatiki ya ndani na iliyosambazwa.
Katika kesi ya mifumo ya ndani, ambapo ukusanyaji na udhibiti wa data ni kati katika eneo moja maalum, dhana ya seti fulani ya moduli za pembejeo/pato zilizounganishwa na basi ya kawaida ya haraka, ikiwa ni pamoja na kidhibiti kilicho na itifaki yake ya kubadilishana, inahitajika. Katika kesi hii, kama sheria, moduli za I / O ni pamoja na kibadilishaji cha ishara na kutengwa kwa galvanic (ingawa, kwa kweli, sio kila wakati). Hiyo ni, ni ya kutosha kwa mtumiaji wa mwisho kuelewa ni aina gani za sensorer na taratibu zitakuwepo katika mfumo wa automatiska, kuhesabu idadi ya modules zinazohitajika za pembejeo / pato kwa aina tofauti za ishara na kuziunganisha kwenye mstari mmoja wa kawaida na mtawala. . Katika kesi hii, kama sheria, kila mtengenezaji hutumia itifaki yake ya kubadilishana anayopenda kati ya moduli za I/O na mtawala, na kunaweza kuwa na chaguzi nyingi hapa.
Kwa upande wa mifumo iliyosambazwa, kila kitu kinachosemwa kuhusiana na mifumo ya ndani ni kweli, kwa kuongeza, ni muhimu kwamba vipengele vya mtu binafsi, kwa mfano, seti ya moduli za pembejeo-pato pamoja na kifaa cha kukusanya na kusambaza habari - a si. microcontroller smart sana ambayo inasimama mahali fulani kwenye kibanda shambani, karibu na vali inayozima mafuta - inaweza kuingiliana na nodi sawa na kidhibiti kikuu kwa umbali mkubwa na kiwango bora cha ubadilishaji.
Watengenezaji huchaguaje itifaki ya mradi wao? Itifaki zote za kisasa za kubadilishana hutoa utendaji wa hali ya juu, kwa hivyo uchaguzi wa mtengenezaji mmoja au mwingine mara nyingi hauamuliwa na kiwango cha ubadilishaji kwenye basi hii ya viwandani. Utekelezaji wa itifaki yenyewe sio muhimu sana, kwa sababu, kutoka kwa mtazamo wa msanidi wa mfumo, bado itakuwa sanduku nyeusi ambalo hutoa muundo fulani wa kubadilishana wa ndani na haujaundwa kwa kuingiliwa nje. Mara nyingi, tahadhari hulipwa kwa sifa za vitendo: utendaji wa kompyuta, urahisi wa kutumia dhana ya mtengenezaji kwa kazi iliyopo, upatikanaji wa aina zinazohitajika za moduli za I / O, uwezo wa moduli zinazoweza kubadilishwa moto bila kuvunja. basi, nk.
Wauzaji wa vifaa maarufu hutoa utekelezaji wao wenyewe wa itifaki za viwanda: kwa mfano, kampuni inayojulikana ya Siemens inaendeleza mfululizo wake wa profinet na Profibus itifaki, B & R inakuza itifaki ya Powerlink, Rockwell Automation inakuza itifaki ya EtherNet / IP. Suluhisho la ndani katika orodha hii ya mifano: toleo la itifaki ya FBUS kutoka kwa kampuni ya Kirusi Fastwel.
Pia kuna ufumbuzi zaidi wa ulimwengu wote ambao haujaunganishwa na mtengenezaji maalum, kama vile EtherCAT na CAN. Tutachambua itifaki hizi kwa undani katika muendelezo wa kifungu na kujua ni ipi kati yao inafaa zaidi kwa matumizi maalum: tasnia ya magari na anga, utengenezaji wa vifaa vya elektroniki, mifumo ya kuweka nafasi na robotiki. Endelea kuwasiliana!
Chanzo: mapenzi.com