Shubhasiz, sizlarning ko'pchiligingiz katta avtomatlashtirilgan ob'ektlar, masalan, atom elektr stantsiyasi yoki ko'plab ishlab chiqarish liniyalariga ega zavod qanday boshqarilishini bilasiz yoki hatto ko'rgansiz: asosiy harakat ko'pincha katta xonada, ekranlar, lampochkalar to'plami bilan amalga oshiriladi. va masofadan boshqarish pultlari. Ushbu boshqaruv majmuasi odatda asosiy boshqaruv xonasi - ishlab chiqarish ob'ektini kuzatish uchun asosiy boshqaruv paneli deb ataladi.
Albatta, siz bularning barchasi apparat va dasturiy ta'minot nuqtai nazaridan qanday ishlashi, bu tizimlar oddiy shaxsiy kompyuterlardan qanday farq qilishiga qiziqdingiz. Ushbu maqolada biz turli xil ma'lumotlarning asosiy boshqaruv xonasiga qanday etib borishini, asbob-uskunalarga buyruqlar qanday yuborilishini va kompressor stantsiyasini, propan ishlab chiqarish zavodini, avtomobil yig'ish liniyasini yoki hattoki boshqaruv uchun odatda nima kerakligini ko'rib chiqamiz. kanalizatsiya nasos zavodi.
Eng past daraja yoki fieldbus hammasi boshlanadigan joy
Bilmaganlar uchun tushunarsiz bo'lgan ushbu so'zlar to'plami mikrokontrollerlar va unga bo'ysunuvchi uskunalar, masalan, kiritish-chiqarish modullari yoki o'lchash moslamalari o'rtasidagi aloqa vositalarini tavsiflash zarur bo'lganda qo'llaniladi. Odatda bu aloqa kanali "maydon avtobusi" deb ataladi, chunki u "maydon" dan boshqaruvchiga kelgan ma'lumotlarni uzatish uchun javobgardir.
"Dala" bu chuqur professional atama bo'lib, boshqaruvchi o'zaro aloqada bo'lgan ba'zi jihozlar (masalan, sensorlar yoki aktuatorlar) uzoqda, uzoqda, ko'chada, dalada, tun ostida joylashganligini anglatadi. . Sensorni boshqaruvchidan yarim metr masofada joylashtirish va aytaylik, avtomatlashtirish kabinetidagi haroratni o'lchash muhim emas, u hali ham "dalada" deb hisoblanadi. Ko'pincha, I/U modullariga keladigan sensorlarning signallari hali ham o'nlab metrdan yuzlab metrgacha (va ba'zan undan ham ko'proq) masofani bosib o'tadi va uzoq saytlar yoki jihozlardan ma'lumot to'playdi. Aslida, shuning uchun boshqaruvchi xuddi shu sensorlardan qiymatlarni oladigan almashinuv avtobusi odatda dala avtobusi yoki kamroq tarqalgan bo'lib, past darajadagi avtobus yoki sanoat avtobusi deb ataladi.
Sanoat ob'ektini avtomatlashtirishning umumiy sxemasi
Shunday qilib, sensordan keladigan elektr signali kabel liniyalari bo'ylab ma'lum masofani bosib o'tadi (odatda ma'lum miqdordagi yadroli oddiy mis kabel bo'ylab), unga bir nechta sensorlar ulanadi. Keyin signal ishlov berish moduliga (kirish/chiqish moduli) kiradi, u erda u boshqaruvchi uchun tushunarli raqamli tilga aylanadi. Keyinchalik, maydon avtobusi orqali bu signal to'g'ridan-to'g'ri tekshirgichga o'tadi va u erda u nihoyat qayta ishlanadi. Bunday signallarga asoslanib, mikrokontrollerning o'zi ish mantig'i quriladi.
Yuqori daraja: gulchambardan butun ish stantsiyasiga
Yuqori darajaga texnologik jarayonni boshqaradigan oddiy o'lik operator tegishi mumkin bo'lgan hamma narsa deyiladi. Eng oddiy holatda, yuqori darajali chiroqlar va tugmalar to'plami. Lampochkalar operatorga tizimda sodir bo'layotgan muayyan hodisalar haqida signal beradi, tugmalar boshqaruvchiga buyruqlar berish uchun ishlatiladi. Ushbu tizim ko'pincha "gulchambar" yoki "Rojdestvo daraxti" deb ataladi, chunki u juda o'xshash ko'rinadi (maqolaning boshidagi fotosuratdan ko'rishingiz mumkin).
Agar operator omadliroq bo'lsa, u holda eng yuqori daraja sifatida u operator panelini oladi - u yoki bu tarzda boshqaruvchidan ko'rsatish uchun ma'lumotlarni qabul qiladigan va uni ekranda aks ettiradigan tekis panelli kompyuterning bir turi. Bunday panel odatda avtomatizatsiya kabinasining o'ziga o'rnatiladi, shuning uchun siz odatda tik turganingizda u bilan o'zaro aloqada bo'lishingiz kerak, bu noqulaylik tug'diradi, shuningdek, kichik formatli panellardagi tasvirning sifati va o'lchami ko'p narsani talab qiladi.
Va nihoyat, misli ko'rilmagan saxiylikning jozibasi - oddiy shaxsiy kompyuter bo'lgan ish stantsiyasi (yoki hatto bir nechta dublikatlar).
Yuqori darajadagi uskunalar mikrokontroller bilan qandaydir tarzda o'zaro ta'sir qilishi kerak (aks holda bu nima uchun kerak?). Bunday shovqin uchun yuqori darajadagi protokollar va ma'lum bir uzatish vositasi, masalan, Ethernet yoki UART ishlatiladi. "Rojdestvo daraxti" bo'lsa, bunday murakkabliklar, albatta, kerak emas, lampochkalar oddiy jismoniy chiziqlar yordamida yoqiladi, u erda murakkab interfeyslar yoki protokollar yo'q.
Umuman olganda, bu yuqori daraja maydon avtobusiga qaraganda unchalik qiziq emas, chunki bu yuqori daraja umuman mavjud bo'lmasligi mumkin (operator seriyadan ko'rish uchun hech narsa yo'q; boshqaruvchining o'zi nima qilish kerakligini va qanday qilishni aniqlaydi. ).
"Qadimgi" ma'lumotlarni uzatish protokollari: Modbus va HART
Kam odam biladi, lekin dunyo yaratilishining ettinchi kunida Xudo dam olmadi, balki Modbusni yaratdi. HART protokoli bilan bir qatorda Modbus, ehtimol, eng qadimgi sanoat ma'lumotlar uzatish protokoli bo'lib, u 1979 yilda paydo bo'lgan.
Dastlab ketma-ket interfeys uzatish vositasi sifatida ishlatilgan, keyin Modbus TCP/IP orqali amalga oshirilgan. Bu so'rov-javob tamoyilidan foydalanadigan sinxron master-qul (master-slave) protokoli. Protokol juda og'ir va sekin, almashinuv tezligi qabul qiluvchi va uzatuvchining xususiyatlariga bog'liq, lekin odatda hisoblash deyarli yuzlab millisekundlarni tashkil qiladi, ayniqsa ketma-ket interfeys orqali amalga oshirilganda.
Bundan tashqari, Modbus ma'lumotlar uzatish registri 16 bitli bo'lib, u darhol haqiqiy va ikkilamchi turlarni uzatishga cheklovlar qo'yadi. Ular qismlarga yoki aniqlikni yo'qotish bilan uzatiladi. Modbus hali ham yuqori aloqa tezligi kerak bo'lmagan va uzatilgan ma'lumotlarning yo'qolishi muhim bo'lmagan hollarda keng qo'llanilsa ham. Turli xil qurilmalarning ko'plab ishlab chiqaruvchilari nostandart funktsiyalarni qo'shib, Modbus protokolini o'zlarining eksklyuziv va juda o'ziga xos tarzda kengaytirishni yaxshi ko'radilar. Shu sababli, ushbu protokolda ko'plab mutatsiyalar va normadan og'ishlar mavjud, ammo zamonaviy dunyoda hali ham muvaffaqiyatli yashaydi.
HART protokoli saksoninchi yillardan beri mavjud bo'lib, u 4-20 mA datchiklar va boshqa HART-ni qo'llab-quvvatlaydigan qurilmalarni to'g'ridan-to'g'ri bog'laydigan ikki simli oqim zanjiri orqali sanoat aloqa protokoli.
HART liniyalarini almashtirish uchun HART modemlari deb ataladigan maxsus qurilmalar qo'llaniladi. Bundan tashqari, foydalanuvchini, masalan, chiqishda Modbus protokoli bilan ta'minlaydigan konvertorlar mavjud.
HART, ehtimol, 4-20 mA sensorlarning analog signallariga qo'shimcha ravishda, protokolning raqamli signali ham zanjirda uzatilishi bilan ajralib turadi, bu sizga raqamli va analog qismlarni bitta kabel liniyasiga ulash imkonini beradi. Zamonaviy HART modemlari kontrollerning USB portiga ulanishi, Bluetooth orqali ulanishi yoki ketma-ket port orqali eski uslubda ulanishi mumkin. O'nlab yil oldin, Wi-Fi-ga o'xshab, ISM diapazonida ishlaydigan WirelessHART simsiz standarti paydo bo'ldi.
Protokollarning ikkinchi avlodi yoki unchalik sanoat bo'lmagan avtobuslari ISA, PCI(e) va VME
Modbus va HART protokollari ISA (MicroPC, PC/104) yoki PCI/PCIe (CompactPCI, CompactPCI Serial, StacPC), shuningdek VME kabi unchalik sanoat avtobuslari bilan almashtirildi.
Kompyuterlar davri keldi, ularning ixtiyorida ma'lum bir yagona signalni qayta ishlash uchun turli xil platalar (modullar) ulanishi mumkin bo'lgan universal ma'lumotlar shinasi mavjud. Qoidaga ko'ra, bu holda protsessor moduli (kompyuter) avtobus orqali boshqa qurilmalar bilan o'zaro aloqani ta'minlaydigan ramka deb ataladigan joyga kiritiladi. Ramka yoki haqiqiy avtomatlashtirish mutaxassislari uni "sandiq" deb ataydigan bo'lsak, kerakli kirish-chiqish taxtalari bilan to'ldiriladi: analog, diskret, interfeys va boshqalar yoki bularning barchasi sendvich shaklida birlashtiriladi. ramka - ikkinchisining ustiga bitta taxta. Shundan so'ng, avtobusdagi bu xilma-xillik (ISA, PCI va boshqalar) protsessor moduli bilan ma'lumot almashadi, bu esa sensorlardan ma'lumot oladi va ba'zi mantiqni amalga oshiradi.
PCI avtobusidagi PXI freymidagi kontroller va kiritish/chiqarish modullari. Manba:
Ushbu ISA, PCI(e) va VME avtobuslarida hamma narsa yaxshi bo'lar edi, ayniqsa o'sha paytlar uchun: almashinuv tezligi umidsizlikka tushmaydi va tizim komponentlari bitta ramkada joylashgan, ixcham va qulay, issiq almashtirish bo'lmasligi mumkin. I/O kartalari, lekin men hali buni xohlamayman.
Lekin malhamda bir chivin bor va bir nechta. Bunday konfiguratsiyada taqsimlangan tizimni qurish juda qiyin, almashinuv shinasi mahalliy bo'lib, siz boshqa tobe yoki tengdosh tugunlar, TCP/IP orqali bir xil Modbus yoki boshqa protokollar bilan ma'lumot almashish uchun biror narsa o'ylab topishingiz kerak. umumiy, qulayliklar yetarli emas. Xo'sh, ikkinchisi unchalik yoqimli emas: kiritish-chiqarish platalari odatda kirish sifatida qandaydir birlashtirilgan signalni kutishadi va ular dala uskunasidan galvanik izolyatsiyaga ega emas, shuning uchun siz turli xil konversiya modullari va oraliq sxemalardan panjara yasashingiz kerak, bu element bazasini juda murakkablashtiradi.
Galvanik izolyatsiyaga ega bo'lgan oraliq signalni o'zgartirish modullari. Manba:
"Sanoat avtobus protokoli haqida nima deyish mumkin?" - deb so'rayapsiz. Hech narsa. Bu amalga oshirishda mavjud emas. Kabel liniyalari orqali signal sensorlardan signal konvertorlariga o'tadi, konvertorlar diskret yoki analog kiritish-chiqarish platasiga kuchlanish beradi va platadan olingan ma'lumotlar allaqachon OT yordamida kiritish-chiqarish portlari orqali o'qiladi. Va maxsus protokollar yo'q.
Zamonaviy sanoat avtobuslari va protokollari qanday ishlaydi
Endi nima? Bugungi kunga kelib, avtomatlashtirilgan tizimlarni qurishning klassik mafkurasi biroz o'zgardi. Avtomatlashtirish ham qulay bo'lishi kerakligidan boshlab, tugunlari bir-biridan uzoqda joylashgan taqsimlangan avtomatlashtirilgan tizimlar tendentsiyasiga qadar ko'plab omillar rol o'ynadi.
Ehtimol, bugungi kunda binolarni avtomatlashtirish tizimlari uchun ikkita asosiy tushuncha borligini aytishimiz mumkin: mahalliylashtirilgan va taqsimlangan avtomatlashtirilgan tizimlar.
Ma'lumotlarni to'plash va boshqarish ma'lum bir joyda markazlashtirilgan mahalliylashtirilgan tizimlarda umumiy tezkor avtobus, shu jumladan o'z almashuv protokoliga ega kontroller bilan o'zaro bog'langan kirish/chiqish modullarining ma'lum to'plami tushunchasi talabga ega. Bunday holda, qoida tariqasida, I/U modullari signal konvertori va galvanik izolyatsiyani o'z ichiga oladi (garchi, albatta, har doim ham emas). Ya'ni, oxirgi foydalanuvchi avtomatlashtirilgan tizimda qanday turdagi sensorlar va mexanizmlar mavjudligini tushunishi, har xil turdagi signallar uchun zarur bo'lgan kirish/chiqish modullari sonini hisoblashi va ularni boshqaruvchi bilan bitta umumiy chiziqqa ulashi kifoya. . Bunday holda, qoida tariqasida, har bir ishlab chiqaruvchi I/U modullari va kontroller o'rtasida o'zining sevimli almashinuv protokolidan foydalanadi va bu erda juda ko'p variantlar bo'lishi mumkin.
Tarqalgan tizimlar holatida, mahalliylashtirilgan tizimlar haqida aytilganlarning barchasi haqiqatdir, bundan tashqari, alohida komponentlar, masalan, kiritish-chiqarish modullari to'plami va ma'lumot to'plash va uzatish moslamasi bo'lmasligi muhimdir. daladagi kabinada, moyni o'chiradigan valf yonida joylashgan juda aqlli mikrokontroller - samarali almashinuv kursi bilan bir xil tugunlar va asosiy kontroller bilan katta masofada o'zaro ta'sir qilishi mumkin.
Ishlab chiquvchilar o'z loyihalari uchun protokolni qanday tanlashadi? Barcha zamonaviy almashuv protokollari juda yuqori ishlashni ta'minlaydi, shuning uchun u yoki bu ishlab chiqaruvchini tanlash ko'pincha ushbu sanoat avtobusidagi valyuta kursi bilan belgilanmaydi. Protokolni amalga oshirishning o'zi unchalik muhim emas, chunki tizim ishlab chiqaruvchisi nuqtai nazaridan u hali ham ma'lum bir ichki almashinuv tuzilmasini ta'minlaydigan va tashqi aralashuv uchun mo'ljallanmagan qora quti bo'lib qoladi. Ko'pincha amaliy xarakteristikaga e'tibor qaratiladi: kompyuterning ishlashi, ishlab chiqaruvchining kontseptsiyasini topshiriqda qo'llash qulayligi, kiritish-chiqarish modullarining kerakli turlarining mavjudligi, modullarni buzmasdan issiq almashtirish imkoniyati. avtobus va boshqalar.
Mashhur uskunalar yetkazib beruvchilar sanoat protokollarini o'zlarining amalga oshirishlarini taklif qilishadi: masalan, taniqli Siemens kompaniyasi Profinet va Profibus protokollari seriyasini ishlab chiqmoqda, B&R Powerlink protokolini, Rockwell Automation EtherNet/IP protokolini ishlab chiqmoqda. Ushbu misollar ro'yxatidagi mahalliy yechim: Rossiyaning Fastwel kompaniyasidan FBUS protokolining versiyasi.
Bundan tashqari, EtherCAT va CAN kabi ma'lum bir ishlab chiqaruvchiga bog'lanmagan ko'proq universal echimlar mavjud. Maqolaning davomida biz ushbu protokollarni batafsil tahlil qilamiz va ulardan qaysi biri ma'lum ilovalar uchun yaxshiroq mos ekanligini aniqlaymiz: avtomobil va aerokosmik sanoat, elektronika ishlab chiqarish, joylashishni aniqlash tizimlari va robototexnika. Aloqada bo'l!
Manba: www.habr.com