sanoat avtomatizatsiyasida avtobuslar va protokollar qanday ishlashi haqida gaplashdik. Bu safar biz zamonaviy ishchi yechimlarga e'tibor qaratamiz: butun dunyo bo'ylab tizimlarda qanday protokollar qo'llanilishini ko'rib chiqamiz. Keling, Germaniyaning Beckhoff va Siemens kompaniyalari, Avstriyaning B&R, Amerikaning Rockwell Automation va Rossiyaning Fastwel texnologiyalarini ko'rib chiqaylik. Shuningdek, biz EtherCAT va CAN kabi ma'lum bir ishlab chiqaruvchiga bog'lanmagan universal echimlarni o'rganamiz.
Maqolaning oxirida EtherCAT, POWERLINK, PROFINET, EtherNet/IP va ModbusTCP protokollarining xarakteristikalari bilan taqqoslash jadvali bo'ladi.
Biz ko'rib chiqishda PRP, HSR, OPC UA va boshqa protokollarni kiritmadik, chunki Sanoat avtomatlashtirish tizimlarini ishlab chiqayotgan muhandis hamkasblarimiz tomonidan HabrΓ© haqida ular haqida allaqachon ajoyib maqolalar mavjud. Masalan, ΠΈ .
Birinchidan, terminologiyani aniqlaymiz: Industrial Ethernet = sanoat tarmog'i, Fieldbus = maydon avtobusi. Rossiya sanoat avtomatizatsiyasida dala avtobusi va quyi darajadagi sanoat tarmog'i bilan bog'liq atamalar chalkashliklari mavjud. Ko'pincha bu atamalar "pastki daraja" deb nomlangan yagona, noaniq kontseptsiyaga birlashtiriladi, ular ham fieldbus, ham pastki darajali avtobus deb ataladi, garchi u umuman avtobus bo'lmasa ham.
Nega bunday?Bu chalkashlik, ehtimol, ko'plab zamonaviy kontrollerlarda I/U modullarining ulanishi ko'pincha orqa panel yoki jismoniy avtobus yordamida amalga oshirilishi bilan bog'liq. Ya'ni, bir nechta modullarni bitta birlikka birlashtirish uchun ma'lum avtobus kontaktlari va konnektorlari ishlatiladi. Ammo bunday tugunlar, o'z navbatida, sanoat tarmog'i va dala avtobusi bilan bir-biriga bog'lanishi mumkin. G'arb terminologiyasida aniq bo'linish mavjud: tarmoq - bu tarmoq, avtobus - avtobus. Birinchisi Industrial Ethernet atamasi bilan, ikkinchisi Fieldbus tomonidan belgilanadi. Maqolada ushbu tushunchalar uchun mos ravishda "sanoat tarmog'i" va "dala avtobusi" atamalaridan foydalanish taklif etiladi.
Beckhoff tomonidan ishlab chiqilgan EtherCAT sanoat tarmog'i standarti
EtherCAT protokoli va sanoat tarmog'i bugungi kunda avtomatlashtirish tizimlarida ma'lumotlarni uzatishning eng tezkor usullaridan biri hisoblanadi. EtherCAT tarmog'i o'zaro ta'sir qiluvchi tugunlar uzoq masofalarga ajratilgan taqsimlangan avtomatlashtirish tizimlarida muvaffaqiyatli qo'llaniladi.
EtherCAT protokoli o'z telegrammalarini uzatish uchun standart Ethernet freymlaridan foydalanadi, shuning uchun u har qanday standart Ethernet uskunasiga mos bo'lib qoladi va aslida tegishli dasturiy ta'minot mavjud bo'lganda ma'lumotlarni qabul qilish va uzatish har qanday chekilgan kontrollerda tashkil etilishi mumkin.
I/U modullari to'plamiga ega Beckhoff kontrolleri. Manba:
Protokol spetsifikatsiyasi ochiq va mavjud, ammo faqat rivojlanish assotsiatsiyasi - EtherCAT Technology Group doirasida.
Mana EtherCAT qanday ishlaydi (tomosha Zuma Inca o'yini kabi hayratlanarli):
Ushbu protokoldagi yuqori almashuv tezligi - va biz mikrosekundlar birliklari haqida gapirishimiz mumkin - ishlab chiquvchilar to'g'ridan-to'g'ri ma'lum bir qurilmaga yuborilgan telegrammalar yordamida almashishni rad etishlari tufayli amalga oshiriladi. Buning o'rniga, bitta telegramma EtherCAT tarmog'iga yuboriladi, u bir vaqtning o'zida barcha qurilmalarga yuboriladi, ma'lumot to'plash va uzatish uchun har bir qul tugunlari (ular ko'pincha OSO - ob'ekt aloqasi qurilmasi deb ham ataladi) undan "parvozda" oladi. u uchun mo'ljallangan ma'lumotlar va u almashinuv uchun taqdim etishga tayyor bo'lgan ma'lumotlarni telegrammaga kiritadi. Keyin telegramma xuddi shu operatsiya sodir bo'ladigan keyingi qul tuguniga yuboriladi. Barcha boshqaruv qurilmalaridan o'tib, telegramma asosiy boshqaruvchiga qaytariladi, u qul qurilmalardan olingan ma'lumotlarga asoslanib, boshqaruv mantig'ini amalga oshiradi, telegramma orqali yana qul tugunlari bilan o'zaro ta'sir qiladi, bu esa boshqaruv signalini beradi. uskunalar.
EtherCAT tarmog'i har qanday topologiyaga ega bo'lishi mumkin, lekin mohiyatan u har doim halqa bo'lib qoladi - to'liq dupleks rejimi va ikkita Ethernet ulagichidan foydalanish tufayli. Shunday qilib, telegramma avtobusdagi har bir qurilmaga doimo ketma-ket uzatiladi.
Bir nechta tugunli Ethercat tarmog'ining sxematik ko'rinishi. Manba:
Aytgancha, EtherCAT spetsifikatsiyasi 100Base-TX jismoniy qatlamida cheklovlarni o'z ichiga olmaydi, shuning uchun protokolni amalga oshirish gigabit va optik liniyalar asosida mumkin.
Ochiq sanoat tarmoqlari va Siemens-dan PROFIBUS/NET standartlari
Nemis konserni Siemens uzoq vaqtdan beri butun dunyoda qo'llaniladigan dasturlashtiriladigan mantiqiy kontrollerlar (PLC) bilan mashhur.
Siemens uskunasi tomonidan boshqariladigan avtomatlashtirilgan tizim tugunlari o'rtasida ma'lumotlar almashinuvi PROFIBUS deb nomlangan maydon avtobusi orqali ham, PROFINET sanoat tarmog'ida ham amalga oshiriladi.
PROFIBUS avtobusida DB-9 ulagichlari bo'lgan maxsus ikki yadroli kabel ishlatiladi. Siemensda binafsha rang bor, lekin biz boshqalarni amalda ko'rdik :). Bir nechta tugunlarni ulash uchun ulagich ikkita kabelni ulashi mumkin. Bundan tashqari, terminal qarshiligi uchun kalit mavjud. Terminal qarshiligi tarmoqning oxirgi qurilmalarida yoqilishi kerak, bu esa bu birinchi yoki oxirgi qurilma ekanligini ko'rsatadi va undan keyin hech narsa yo'q, faqat qorong'ulik va bo'shliq (barcha rs485s shunday ishlaydi). Agar siz oraliq ulagichdagi rezistorni yoqsangiz, undan keyingi bo'lim o'chadi.
Ulanish ulagichlari bilan PROFIBUS kabeli. Manba:
PROFINET tarmog'i odatda RJ-45 konnektorlari bo'lgan analogli o'ralgan juftlik kabelidan foydalanadi, kabel yashil rangga ega. Agar PROFIBUS topologiyasi shina bo'lsa, PROFINET tarmog'ining topologiyasi har qanday narsa bo'lishi mumkin: halqa, yulduz, daraxt yoki hamma narsa birlashtirilgan.
PROFINET kabeliga ulangan Siemens kontrolleri. Manba: w3.siemens.com
PROFIBUS shinasi va PROFINET tarmog'ida bir nechta aloqa protokollari mavjud.
PROFIBUS uchun:
- PROFIBUS DP - bu protokolni amalga oshirish masofaviy tobe qurilmalar bilan aloqani o'z ichiga oladi; PROFINET holatida bu protokol PROFINET IO protokoliga mos keladi.
- PROFIBUS PA mohiyatan PROFIBUS DP bilan bir xil bo'lib, faqat ma'lumotlarni uzatish va quvvat ta'minotining portlashdan himoyalangan versiyalari uchun ishlatiladi (turli jismoniy xususiyatlarga ega PROFIBUS DPga o'xshash). PROFINET uchun PROFIBUSga o'xshash portlashdan himoyalangan protokol hali mavjud emas.
- PROFIBUS FMS - PROFIBUS DP dan foydalana olmaydigan boshqa ishlab chiqaruvchilarning tizimlari bilan ma'lumot almashish uchun mo'ljallangan. PROFINET tarmog'idagi PROFIBUS FMS analogi PROFINET CBA protokoli hisoblanadi.
PROFINET uchun:
- PROFINET IO;
- PROFINET CBA.
PROFINET IO protokoli bir necha sinflarga bo'linadi:
- PROFINET NRT (real bo'lmagan vaqt) - vaqt parametrlari muhim bo'lmagan ilovalarda qo'llaniladi. U Ethernet TCP/IP ma'lumotlar uzatish protokoli hamda UDP/IP protokolidan foydalanadi.
- PROFINET RT (real vaqt) - bu erda kirish/chiqarish ma'lumotlar almashinuvi Ethernet ramkalari yordamida amalga oshiriladi, ammo diagnostika va aloqa ma'lumotlari hali ham UDP/IP orqali uzatiladi.
- PROFINET IRT (Isochronous Real Time) - Ushbu protokol harakatni boshqarish ilovalari uchun maxsus ishlab chiqilgan va ma'lumotlarni izoxron uzatish bosqichini o'z ichiga oladi.
PROFINET IRT qattiq real vaqt protokolini amalga oshirishga kelsak, masofaviy qurilmalar bilan aloqa qilish uchun u ikkita almashinuv kanalini ajratib turadi: izoxron va asinxron. Ruxsat etilgan ayirboshlash sikli uzunligiga ega bo'lgan izoxron kanal soat sinxronizatsiyasidan foydalanadi va muhim vaqt ma'lumotlarini uzatadi; uzatish uchun ikkinchi darajali telegrammalar qo'llaniladi. Izoxron kanalda uzatish davomiyligi 1 millisekunddan oshmaydi.
Asinxron kanal real vaqt rejimi deb ataladigan ma'lumotlarni uzatadi, ular MAC manzili orqali ham murojaat qilinadi. Bundan tashqari, turli diagnostik va yordamchi ma'lumotlar TCP/IP orqali uzatiladi. Na real vaqtda ma'lumotlar, na boshqa ma'lumotlar, albatta, izoxron siklni to'xtata olmaydi.
PROFINET IO funktsiyalarining kengaytirilgan to'plami har bir sanoat avtomatizatsiya tizimi uchun kerak emas, shuning uchun ushbu protokol muvofiqlik sinflari yoki muvofiqlik sinflarini hisobga olgan holda ma'lum bir loyiha uchun masshtablangan: CC-A, CC-B, CC-CC. Muvofiqlik sinflari sizga minimal talab qilinadigan funksionallikka ega dala qurilmalari va magistral komponentlarni tanlash imkonini beradi.
Manba:
PROFINET tarmog'idagi ikkinchi almashinuv protokoli - PROFINET CBA - turli ishlab chiqaruvchilarning uskunalari o'rtasida sanoat aloqasini tashkil qilish uchun ishlatiladi. IAS tizimlarida asosiy ishlab chiqarish birligi komponent deb ataladigan ma'lum bir ob'ektdir. Ushbu komponent odatda qurilma yoki o'rnatishning mexanik, elektr va elektron qismlari, shuningdek, tegishli dastur dasturlari to'plamidir. Har bir komponent uchun PROFINET standarti talablariga muvofiq ushbu komponent interfeysining to'liq tavsifini o'z ichiga olgan dasturiy modul tanlanadi. Shundan so'ng ushbu dasturiy modullar qurilmalar bilan ma'lumotlarni almashish uchun ishlatiladi.
B&R Ethernet POWERLINK protokoli
Powerlink protokoli 2000-yillarning boshlarida Avstriyaning B&R kompaniyasi tomonidan ishlab chiqilgan. Bu Ethernet standarti ustidagi real vaqt protokolining yana bir amalga oshirilishi. Protokol spetsifikatsiyasi mavjud va bepul tarqatiladi.
Powerlink texnologiyasi qurilmalar o'rtasidagi barcha o'zaro ta'sirlar bir necha bosqichlarga bo'linganida, aralash so'rov mexanizmi deb ataladigan mexanizmdan foydalanadi. Ayniqsa, muhim ma'lumotlar izoxron almashinuv bosqichida uzatiladi, buning uchun kerakli javob vaqti sozlanadi; qolgan ma'lumotlar imkon qadar asinxron fazada uzatiladi.
I/U modullari to'plamiga ega B&R kontrolleri. Manba: br-automation.com
Protokol dastlab 100Base-TX jismoniy qatlamining tepasida amalga oshirildi, ammo keyinchalik gigabitli dastur ishlab chiqildi.
Powerlink protokoli aloqani rejalashtirish mexanizmidan foydalanadi. Tarmoqqa ma'lum bir marker yoki boshqaruv xabari yuboriladi, uning yordamida hozirda qaysi qurilmalar ma'lumot almashish uchun ruxsat borligi aniqlanadi. Bir vaqtning o'zida faqat bitta qurilma almashinuvga kirishi mumkin.
Bir nechta tugunli Ethernet POWERLINK tarmog'ining sxematik ko'rinishi.
Izoxron fazada so'rov boshqaruvchisi muhim ma'lumotlarni olishi kerak bo'lgan har bir tugunga ketma-ket so'rov yuboradi.
Izoxron faza, yuqorida aytib o'tilganidek, sozlanishi sikl vaqti bilan amalga oshiriladi. Almashtirishning asinxron bosqichida IP protokoli stekidan foydalaniladi, boshqaruvchi barcha tugunlardan kritik bo'lmagan ma'lumotlarni so'raydi, ular tarmoqqa uzatish uchun kirish huquqiga ega bo'lganda javob yuboradilar. Izoxron va asenkron fazalar orasidagi vaqt nisbati qo'lda sozlanishi mumkin.
Rockwell Automation Ethernet/IP Protocol
EtherNet/IP protokoli 2000 yilda Amerikaning Rockwell Automation kompaniyasining faol ishtirokida ishlab chiqilgan. U TCP va UDP IP stekidan foydalanadi va uni sanoat avtomatlashtirish ilovalari uchun kengaytiradi. Nomning ikkinchi qismi, mashhur e'tiqodga qaramasdan, Internet protokoli emas, balki sanoat protokoli degan ma'noni anglatadi. UDP IP CIP (Common Interface Protocol) aloqa stekidan foydalanadi, u ControlNet/DeviceNet tarmoqlarida ham qo'llaniladi va TCP/IP tepasida amalga oshiriladi.
EtherNet/IP spetsifikatsiyasi hamma uchun ochiq va erkin foydalanish mumkin. Ethernet/IP tarmoq topologiyasi o'zboshimchalik bilan bo'lishi mumkin va uzuk, yulduz, daraxt yoki avtobusni o'z ichiga oladi.
HTTP, FTP, SMTP, EtherNet/IP protokollarining standart funksiyalariga qo'shimcha ravishda, u so'rov boshqaruvchisi va kiritish-chiqarish qurilmalari o'rtasida muhim vaqt ma'lumotlarini uzatishni amalga oshiradi. Vaqtinchalik muhim bo'lmagan ma'lumotlarni uzatish TCP paketlari tomonidan ta'minlanadi va tsiklik nazorat ma'lumotlarini vaqt bo'yicha kritik etkazib berish UDP protokoli orqali amalga oshiriladi.
Tarqalgan tizimlarda vaqtni sinxronlashtirish uchun EtherNet/IP CIP aloqa protokolining kengaytmasi bo'lgan CIPsync protokolidan foydalanadi.
Bir nechta tugunli Ethernet/IP tarmog'ining sxematik ko'rinishi va Modbus qurilmalarini ulash. Manba:
EtherNet/IP tarmog'ini sozlashni soddalashtirish uchun ko'pchilik standart avtomatlashtirish qurilmalari oldindan belgilangan konfiguratsiya fayllari bilan birga keladi.
Fastwelda FBUS protokolini amalga oshirish
Biz uzoq vaqt davomida Rossiyaning Fastwel kompaniyasini FBUS sanoat protokolini mahalliy joriy qilish bilan ushbu ro'yxatga kiritish haqida o'yladik, ammo keyin import o'rnini bosish haqiqatlarini yaxshiroq tushunish uchun bir nechta paragraflar yozishga qaror qildik.
FBUSning ikkita jismoniy qo'llanilishi mavjud. Ulardan biri FBUS protokoli RS485 standarti ustida ishlaydigan avtobusdir. Bundan tashqari, sanoat Ethernet tarmog'ida FBUSni amalga oshirish mavjud.
FBUS ni yuqori tezlikdagi protokol deb atash qiyin, javob vaqti avtobusdagi kiritish-chiqarish modullari soniga va almashinish parametrlariga bog'liq, odatda 0,5 dan 10 millisekundgacha o'zgarib turadi. Bitta FBUS qul tugunida faqat 64 ta kiritish/chiqarish moduli bo'lishi mumkin. Fieldbus uchun kabel uzunligi 1 metrdan oshmasligi kerak, shuning uchun biz taqsimlangan tizimlar haqida gapirmayapmiz. To'g'rirog'i, shunday qiladi, lekin faqat TCP/IP orqali sanoat FBUS tarmog'idan foydalanganda, bu so'rov vaqtini bir necha marta oshirishni anglatadi. Avtobus uzatma kabellari modullarni ulash uchun ishlatilishi mumkin, bu esa modullarni avtomatlashtirish kabinetida qulay joylashtirish imkonini beradi.
Ulangan I/U modullari bilan Fastwel kontrolleri. Manba:
Jami: bularning barchasi jarayonni avtomatlashtirilgan boshqarish tizimlarida amalda qanday qo'llaniladi
Tabiiyki, zamonaviy sanoat ma'lumotlar uzatish protokollari turlarining xilma-xilligi biz ushbu maqolada tasvirlanganidan ancha katta. Ba'zilar ma'lum bir ishlab chiqaruvchiga bog'langan, ba'zilari, aksincha, universaldir. Jarayonni boshqarishning avtomatlashtirilgan tizimlarini (APCS) ishlab chiqishda muhandis aniq vazifalar va cheklovlarni (texnik va byudjet) hisobga olgan holda optimal protokollarni tanlaydi.
Agar ma'lum bir almashinuv protokolining tarqalishi haqida gapiradigan bo'lsak, biz kompaniyaning diagrammasini taqdim etishimiz mumkin HMS Networks AB, bu sanoat tarmoqlarida turli birja texnologiyalarining bozor ulushlarini ko'rsatadi.
Manba:
Diagrammada ko'rinib turibdiki, Siemens'dan PRONET va PROFIBUS etakchi o'rinlarni egallaydi.
Qizig'i shundaki, 6 yil oldin .
Quyidagi jadvalda tavsiflangan almashuv protokollari bo'yicha umumiy ma'lumotlar mavjud. Ba'zi parametrlar, masalan, ishlash, mavhum atamalar bilan ifodalanadi: yuqori / past. Raqamli ekvivalentlarni ishlash tahlili maqolalarida topish mumkin.
|
|
EtherCAT
|
POWERLINK
|
PROFINET
|
Ethernet/IP
|
ModbusTCP
|
|
Jismoniy qatlam
|
100/1000 BASE-TX
|
100/1000 BASE-TX
|
100/1000 BASE-TX
|
100/1000 BASE-TX
|
100/1000 BASE-TX
|
|
Ma'lumotlar darajasi
|
Kanal (ethernet ramkalari)
|
Kanal (ethernet ramkalari)
|
Kanal (Ethernet ramkalari), Tarmoq/transport (TCP/IP)
|
Tarmoq/Transport (TCP/IP)
|
Tarmoq/Transport (TCP/IP)
|
|
Haqiqiy vaqtda qo'llab-quvvatlash
|
ekan
|
ekan
|
ekan
|
ekan
|
yo'q
|
|
unumdorlik
|
baland
|
baland
|
IRT - yuqori, RT - o'rta
|
markaziy
|
past
|
|
Tugunlar orasidagi kabel uzunligi
|
100
|
100m/2km
|
100
|
100
|
100
|
|
Transfer bosqichlari
|
yo'q
|
Izoxron + asinxron
|
IRT - izoxron + asinxron, RT - asinxron
|
yo'q
|
yo'q
|
|
Tugunlar soni
|
65535
|
240
|
TCP/IP tarmog'ini cheklash
|
TCP/IP tarmog'ini cheklash
|
TCP/IP tarmog'ini cheklash
|
|
To'qnashuvning aniqligi
|
Ring topologiyasi
|
Soatni sinxronlashtirish, uzatish fazalari
|
Ring topologiyasi, uzatish fazalari
|
Kalitlar, yulduz topologiyasi
|
Kalitlar, yulduz topologiyasi
|
|
Issiq almashtirish
|
yo'q
|
ekan
|
ekan
|
ekan
|
Amalga oshirishga qarab
|
|
Uskunaning narxi
|
past
|
past
|
baland
|
markaziy
|
past
|
Ta'riflangan almashinuv protokollari, fieldbuslar va sanoat tarmoqlarini qo'llash sohalari juda xilma-xildir. Kimyo va avtomobil sanoatidan aerokosmik texnologiyalar va elektronika ishlab chiqarishgacha. Har xil qurilmalar va robototexnika uchun real vaqt rejimida joylashishni aniqlash tizimlarida yuqori tezlikdagi almashinuv protokollari talabga ega.
Siz qanday protokollar bilan ishlagansiz va ularni qayerda qo'llagansiz? Izohlarda tajribangizni baham ko'ring. π
Manba: www.habr.com