פרוטוקולי ממשק נפוצים לבקרה תעשייתית

מושג ממשק קלט/פלט

ממשק קלט/פלט הוא מעגל אלקטרוני (בצורה של שבב IC או לוח ממשק), המורכב ממספר רישומים מתמחים ומעגלי היגיון בקרה תואמים. זהו המדיום והגשר להחלפת מידע בין מכשירי מעבד וקלט/פלט, וחילופי החיבור והנתונים בין CPU למכשירים חיצוניים וזיכרון יש לממש דרך מכשיר הממשק, המכונה ממשק I/O, ו- האחרון ידוע כממשק זיכרון. הזיכרון מסונכרן בדרך כלל בשליטת ה- CPU, מעגל הממשק פשוט יחסית; ומגוון מכשירי הקלט / פלט, מעגל הממשק המתאים שונה גם הוא, לכן נהוג לומר שהממשק מתייחס רק לממשק הקלט / פלט.

ממשק I/O פונקציות בסיסיות

(1)לְבַצֵעַנָמָלכתובת לפענוח בחירת מכשירים.

(2)ספק מידע על סטטוס קלט/פלט ופענוח פקודות למעבד.

(3)תזמון ובקרת תזמון תואמת.

(4)מספק מאגרים של נתונים מועברים לביטול ההבדלים ב"תזמון "או במהירות עיבוד נתונים בין המחשב לציוד היקפי.

(5)מתן טרנספורמציות תאימות בין המחשב למכשירים היקפיים ביחס לפורמטים של מידע. לְסַפֵּקחַשׁמַלִיעיבודים.

(6)זה יכול גם לממש את חילופי המידע בין CPU למכשירים היקפיים על ידי הפרעה.

שיטת בקרה

(1) שיטת שאילתת התוכנית

בשיטה זו, ה- CPU שואל את המצב הנוכחי של הוראות ההיקפי שצוינו באמצעות הוראות קלט/פלט, ואם ההיקפי מוכן, הוא מבצע את קלט הנתונים או פלט; אחרת, ה- CPU מחכה ושאילתות באופן מחזורי.

היתרון בשיטה זו הוא שהמבנה פשוט, רק מספר קטן שלחוּמרָהמעגלים יכולים להיות, החיסרון הוא שמהירות ה- CPU גבוהה בהרבה מההיקפי, ולכן בדרך כלל במצב המתנה, יעילות העבודה נמוכה מאוד.

(2) שיטת עיבוד הפסקת

באופן זה, המעבד כבר לא מחכה פסיבי, אלא יכול לבצע תוכניות אחרות, ברגע שההיקפי מוכן להחלפת נתונים, הוא יכול להעלות בקשת שירות למעבד, אם המעבד יגיב לבקשה, הוא יפסיק באופן זמני ביצוע התוכנית הנוכחית, עבור לביצוע תוכנית השירות המתאימה לבקשה ואז להמשיך בביצוע התוכנית שנקטעה לאחר סיום התוכנית המקורית.

היתרונות של עיבוד ההפרעה הם ברורים, זה לא רק חוסך את ה- CPU לשאילתת מצב ההיקפי ומחכה שההיקפי יהיה מוכן להקדיש זמן לשיפור היעילות של המעבד, אלא גם לעמוד בדרישות בזמן אמת של ההיקפי. עם זאת, יש צורך להקצות מספר בקשת הפרעה ותוכנית שירות הפרעות תואמת לכל מכשיר קלט/פלט, ובנוסף, הפרעהבַּקָר(שבב ממשק קלט/פלט) נדרש כדי לנהל את בקשות ההפרעה שנעשו על ידי מכשיר הקלט/פלט, כגון הגדרת מסכת ההפרעה, עדיפות לבקשת ההפרעה וכן הלאה.

בנוסף, החיסרון של שיטת העיבוד ההפרעה הוא שיש להפריע לכל העברת תו כדי להתחיל את בקר ההפרעה, אך גם לשמור ולשחזר את הסצינה על מנת להמשיך בביצוע התוכנית המקורית, עומס העבודה גדול מאוד , כך שאם יש צורך במספר גדול של חילופי נתונים, ביצועי המערכת יהיו נמוכים מאוד.

(3) DMA(גישה ישירה לזיכרון) שיטת העברה

אחת התכונות הברורות ביותר של DMA היא שהיא אינה משתמשת בתוכנה אלא בבקר מתמחה כדי לשלוט על חילופי נתונים בין הזיכרון לציוד היקפי, ללא התערבות המעבד, ומשפרת מאוד את היעילות של ה- CPU.

לפני העברת נתוני DMA, בקר ה- DMA מיישם בקרת אוטובוס על המעבד, והמעבד מעביר את השליטה אם מותר לו לעשות זאת. לפיכך, בקרת האוטובוס מוחזקת על ידי בקר DMA במהלך חילופי נתונים, ובסיום ההעברה, בקר ה- DMA מוסר את בקרת האוטובוס חזרה למעבד.

(4) שיטת העברה ללא תנאי

(5) שיטת ערוץ הקלט/פלט

(6) שיטת מעבד קלט/פלט

בקרה תעשייתיתרשתות

תַעֲשִׂיָתִירשתות בקרה הן בדרך כלל רשתות אזוריות מקומיות (LANS), אשר בדרך כלל מתפקדות בטווח של כמה קילומטרים. הוא מחבר בין התקני מדידה ובקרה המופצים סביב מתקני ייצור למערכות אוטומציה עם פונקציות שונות. רשתות בקרה נמצאות במפעלי ייצור, קווי הרכבה, חממות, מחסני תבואה, סכרים, מנהרות, מערכות בקרת תנועה שונות, מבנים, הצבא, הכבאות, הסביבהבּוֹחֵן, בניינים ובתים.

צמתים של רשתות בקרה תעשייתיות

הצמתים של רשת בקרה תעשייתית הם בעיקר מכשירי מדידה עם מחשוב ותִקשׁוֹרֶתיכולות. יתכן שיש להםמשובץCPU, אך הפונקציה היא יחידה יחסית, כוח המחשוב שלו עשוי להיות הרבה פחות ממחשב רגיל, אין מקלדת, תצוגה וממשקי אינטראקציה אחרים למחשבים אנושיים. לחלקם אפילו אין מעבד,בקר מיקרו, רק עם פשוטממשק תקשורת, כגון מתגי הגבלה, מתגים אינדוקטיביים וסוגים אחרים של מתגים,פוטו -אלקטרוני, טמפרטורה, לחץ, זרימה, רמה וסוגים אחרים שלחיישנים, משדרים, מגוון מכשירי רכישת נתונים וכן הלאה.

בקרה משימות רשת וסביבת עבודה

רשת בקרה תעשייתית להתמודד עם הייצור התעשייתי של הפרעות אלקטרומגנטיות חזקות, מול מגוון שלמֵכָנִירטט, מול סביבת העבודה הקרה והחמה, כדי לעבור לרשת הבקרה יכולה להסתגל לסביבת עבודה קשה זו. בנוסף, ציוד שליטה עצמית משתנה מאוד, מימוש הקשר בין רשת הבקרה ויכולת פעולה הדדית הוא לרוב קשה מאוד.

רשת בקרה של דרישות בזמן אמת

רשת הבקרה חייבת לעמוד בדרישות הבקרה בזמן אמת. שליטה בזמן אמת על משתנים מסוימים של הנתונים דורשת לעתים קרובות כיבוד מדויק וסדיר, יש להשלים את תפקיד הבקרה בתוך מגבלת זמן מסוימת, או שיש להשלים פעולות בקרה קשורות בהתאם לרצף העניינים שצוינו.

סיווג ממשק שדה

בהתבסס על מאפיינים אלה של רשת הבקרה, מגוון ממשקים חייבים להבטיח העומדים בדרישות רשת הבקרה. נכון לעכשיו, ישנם ארבעה סוגים של ממשקים בתחום התעשייתי:

(1) פרוטוקול נפוץ של פלטפורמה רלוונטית: OPC / DDE

OPC מוצע לצורך סטנדרטיזציה של ממשקי התוכנה בין מכשירים ליישומים מספקה שונהספקיםוהופכת חילופי נתונים ביניהם לפשוטים יותר. כתוצאה מכך ניתן לספק למשתמשים רכיבי תוכנה לבקרת תהליכים שניתן לשלב ולהשתמש בהם בחופשיות מבלי להסתמך על שפת פיתוח וסביבת פיתוח ספציפית.

(2) פרוטוקולי תקשורת עצמאיים לפלטפורמה: Modbus, Profibus

פרוטוקול Modbus הוא שפה אוניברסלית המשמשת בבקרים אלקטרוניים. באמצעות פרוטוקול זה, בקרים מתקשרים זה עם זה, בקרים דרך הרשת (למשלאתרנט) ומכשירים אחרים. זה הפך לתקן תעשייתי נפוץ. פרופבוס, תקן FieldBus בינלאומי, פתוח, עצמאי, מאפשר למכשירי בקרה של יצרנים שונים להיות מחוברים לרשת תעשייתית לניטור ובקרה ריכוזי. ניתן לבחור את מהירות ההעברה של Profibus מ- 9.6kbaud ל- 12Mbaud ויש להגדיר את כל המכשירים המחוברים לאוטובוס באותה מהירות כאשר מערכת האוטובוס מופעלת. בשימוש נרחב בייצור אוטומציה, אוטומציה של תעשיית תהליכים ובנייה, תחבורה וכוח ואזורים אחרים באוטומציה. פרופבוס הוא שדה בוסטֶכנוֹלוֹגִיָהלניטור רמת הרצפה של האוטומציה של מפעל וחנות רמת שדה ברמת התקנים תקשורת ובקרה של נתונים.

(3) פרוטוקולים קנייניים עצמאיים: רובם: רובםDCSפרוטוקולים, פרוטוקולי אתרנט תעשייתי

(4) פרוטוקולים מיוחדים:תִכנוּתיציאה, הדפס יציאה ודרכים מיוחדות אחרות לקבלת ההסכם

פרוטוקולי תקשורת להעברה תעשייתית מגוונים יותר בעיקר בגלל מורשת היסטורית ומונופול מלאכותי. למרות שעדיין ישנם מספר גדול של תקני Fieldbus, אך אף תקן אינו חיוני יותר מאשר אתרנט תעשייתי.

סיכום של חפצי שדה/פרוטוקולים/ממשקים שונים

שםאוטומציה תעשייתיתמאפייני זיהוי אוטובוס/פרוטוקול/ממשק מבוא תיאור

אוטובוס חיישן/מפעיל ASI לרמת השליטה התחתונה כמשטח משטח משמש לחיבור חיישנים ומפעילים לרמת הבקרה העליונה עם חיווט פשוט וחסכוני. הממשק AS עומד בתקנים הבינלאומיים EN 50295 ו- IEC 62026-2. AS-interface (AS-I=ממשק מפעיל/חיישן) הוא תוכנית תקשורת שדה בוס לחיבור מפעילים וחיישנים. מארגן] ממשקי ASI/פרוטוקולים/מפרטים

Bacnet ==בניית בקרת אוטומציה רשת נתוני נתוני תקשורת פרוטוקול בניית בקרת אוטומציהרֶשֶׁת【ארגון】 אוטומציה תעשייתית של פרוטוקול תקשורת אוטומציה לבניין: BACNET

Canopenאוטובוס רב-מאסטר למפעילים/חיישנים שימוש יעיל ברוחב הפס של האוטובוס מאפשר לקנופה להשיג זמני תגובה קצרים במערכת בקצב נתונים נמוך יחסית. היתרונות העיקריים של אוטובוס CAN הם: אבטחת מידע גבוהה ויכולת לשמור על יכולת רב-מאסטר.

CC-Link Fieldbus עבור CC-Link CC-Link (Control and Communication) היא מערכת אוטובוס פתוחה לתקשורת בין רמת הבקרה לרמת Fieldbus, בעיקר באזור האסייתי.

ControlTENT Standardized FieldBus ControlNet היא מערכת Open Standard FieldBus. פרוטוקול האוטובוס מאפשר להחליף נתונים מחזוריים ואקיקליים באוטובוס בו זמנית מבלי להפריע זה לזה.

תקן תקשורת של DALI לאוטומציה של בניין תקן DALI (IEC 60929) הוא פרוטוקול המפרע את היצרן שמטרתו להבטיח יכולת פעולה הדדית של נטל אלקטרוני ביישומי תאורה. תקן חדש זה משמש להחלפת ממשק 1-10 V דימר. דִיגִיטָליניתן להתייחס אליותְאוּרָהממשק (DALI) הוא תקן אוטומציה לבניין לבקרה דיגיטלית של נטל אלקטרוני. DALI משמשת כמערכת משנה, למשל לתאורה, תריסים או בקרת טמפרטורה, ומתקשרת ישירות עם מערכת ניהול הבניין. אוטובוס אוטומציה תעשייתי לאוטומציה לבניין - ממשק תאורה: דאלי

אוטובוס מכשירי Devicenet עם CAN Technology Devicenet הוא מערכת אוטובוס חיישן/מפעיל שמקורה בארצות הברית, אך כיום משמשת יותר ויותר באירופה ובאסיה. Devicenet מבוסס על האוטובוס CAN (אזור הבקר).

DMX EIB תקן התקשורת בתחום האוטומציה של בניין EIB (אוטובוס התקנה אירופאי) הוא מערכת אוטובוס לבניית חיווט, הנמצאת בשימוש נרחב בעיקר באירופה.

אנוקיאןהיא טכנולוגיה אלחוטית נטולת תחזוקה, נטולת סוללות ונטולת תיל. הוא משמש בעיקר באוטומציה של בניין: מודולי מכשירים שונים (למשל מתג תאורה) משובצים בתמיכה אנושית. אז ניתן לשלוט על המכשיר על ידי הבקר. אוטומציה תעשייתית של פרוטוקול אלחוטי אוטומציה לבניין: Enocean

Ethercat == מהירות גבוהה Ethernet FieldBus Ethercat (אתרנטשליטה אוטומציהטֶכנוֹלוֹגִיָה) הוא פיתרון Ethernet לאוטומציה תעשייתית המאופיינת בביצועים גבוהים ותפעול קל.

Ethernet/IP פתרונות Ethernet תעשייתיים מ- ODVA Ethernet/IP הוא תקן Ethernet התעשייתי שפותח על ידי ODVA (Open Devicenet Association) ומבוסס על תקני Ethernet TCP/IP ו- UDP/IP.

Ethernet TCP/IP Network Bus Ethernet הוא תקן חשוב בענף המשרדים. רבים מהיתרונות של Ethernet, כמו שיעורי שידור גבוהים, שילוב פשוט ברשתות קיימות, מגוון רחב של שירותים ומגוון רחב של ממשקים, באים לידי ביטוי גם במוצרי Ethernet מבקקוף.

Fias fias == ממשק fidelio ומפרט יישומים == (הערכה) ** f ** idelio**מִמְשָׁק** a ** ppplication ** s ** fias peacification (ממשק Fidelio ומפרט יישומים) הוא הממשק המוביל בעולם לתוכנת ניהול אירוח. מארגן] אוטומציה תעשייתית של אוטומציה של בניין של ממשק תוכנת ניהול מלונות: FIAS ו- FILDIO

FIPIO WorldFIP תואם FieldBus FIP עומד בתקן EN 50170 האירופי ותומך על ידי יצרנים עצמאיים מארגון WorldFip Fieldbus. ניתן להתאים את ביצועי האוטובוס ליישום הספציפי באמצעות חילופי משתנים ומידע מחזורי ולא מחזורי.

IEEE 1588 Interbus Interbus, שהוצג לשוק בשנת 1987 Biffied Biestbuses מאופיין בתצורה קלה, מהירות גבוהה ואמינות. פרוטוקול התקשורת של מערכות עבדים/עבדים זה יכול לשפר את היעילות של התקשורת המחזורית.

[מארגן] Fieldbus: Interbus

Io-link io-link מתקנן בצורה מושלמת את הממשקים השונים הנדרשים עבורמערכות בקרהועיבוד כלים. IO-Link מאפשר לחיישנים ומפעילים לחיישנים לשכבת הבקרה בשיטת חיבור כלכלית לנקודה. כממשק פתוח, ניתן לשלב IO-Link בכל מערכות FieldBus הנפוצות. מערכת IO-Link מורכבת ממכשירי IO-Link כמו חיישנים, מפעילים או שילוב של שניהם. הם משתמשים בטכנולוגיית החיבור המסורתית של שלוש חוטים. מארגן] io-link

Lightbus == מהירות שדה-אופטי-אופטי מהירות שדה-אופטי נטולת הפרעות שדה בוס עבור בקרת מכונה במהירות גבוהה זוהי מערכת אוטובוס סיבים אופטיים שפותחה על ידי Beckhoffעִםדרגה גבוהה של בגרות, התכונות העיקריות כוללות: חסינות גבוהה להפרעות אלקטרומגנטיות, התקנה קלה, העברת נתונים מהירה מאוד ומחזורית ודרגה גבוהה של וודאות.

LON תקן התקשורת בתחום הבניין אוטומציה LON (רשת הפעלה מקומית) הוא מערכת תקשורת עם חיבורי רשת מרובים ליישומים מבוזרים, בעיקר בתחום האוטומציה של הבניין המסחרי.

Modbus Open Fieldbus Modbus הוא פרוטוקול תקשורת טורי פתוחה המבוסס על מבנה אב/עבדים. הפרוטוקול מוכר באופן נרחב מכיוון שניתן ליישם אותו בקלות רבה בכל סוגי הממשקים הסדרתיים.

MP-Bus [מארגן] MP-Bus

Profibus Profibus DP/FMS תואם את התקן האירופי EN50170 PROFIBUS הוא אוטובוס במהירות גבוהה הנמצא בשימוש נרחב למכשירים היקפיים מבוזרים (DP של PROFIBUS). בנוסף ל- DP ו- FMS של Profibus, Beckhoff תומך גם בפרוטוקול Profibus MC עבורלִנְהוֹגתִקשׁוֹרֶת.

פרופינט פתרונות Ethernet תעשייתיים מ- PNO Profinet הוא תקן ה- Ethernet התעשייתי הפתוח שפותח על ידי ה- PNO (ארגון המשתמש של Profibus), ואילו תקני IT מוכרים בינלאומיים כמו TCP/IP משמשים לתקשורת.

RS232/RS485הפיתרון החסכוני ביותר לרשתRS232ו- RS485 הם הממשקים הסדרתיים 'המסורתיים' ותמיד היו בשימוש נרחב. מודולי I/O של Beckhoff RS485/RS232 של Bechoff משתמשים בפרוטוקול תקשורת סדרתי פשוט וקל ליישום.

SERCOS III האוטובוס משדה הנדסת כונן, SERCOS פותח במקור כמערכת אוטובוס סיבים אופטיים במהירות גבוהה לכוננים. הודות לפיתוח מצמד האוטובוסים של Sercos על ידי בקהוף, ניתן להשתמש בכמה מהיתרונות של אוטובוס Sercos (למשל שיעורי העברת נתונים גבוהים וזמני מחזור קצר) גם עבור ציוד היקפי קלט/פלט.

USBהממשק המהיר של USB לשימוש במעבדה הפך לממשק הסטנדרטי ליישומים בתחום טכנולוגיית המחשב האישי. בזכות קצב ההולכה הגבוה שלה, הטופולוגיה הגמישה שלה (באמצעות רכזות משולבות) ומצמד האוטובוסים של USB מבקקוף, מערכת ה- USB יכולה לשמש כחלופה לחפצי שדה ביישומים עם מרחקים קצרים.