بروتوكولات الواجهة الشائعة للتحكم الصناعي

مفهوم واجهة I/O.

واجهة الإدخال/الإخراج هي دائرة إلكترونية (في شكل رقاقة IC أو لوحة الواجهة) ، والتي تتكون من عدد من السجلات المتخصصة ودوائر منطق التحكم المقابلة. إنه الوسيط والجسر لتبادل المعلومات بين أجهزة وحدة المعالجة المركزية وأجهزة الإدخال/الإخراج ، ويجب تحقيق الاتصال وتبادل البيانات بين وحدة المعالجة المركزية والأجهزة الخارجية والذاكرة من خلال جهاز الواجهة ، المعروف باسم واجهة الإدخال/الإخراج ، و يُعرف الأخير باسم واجهة الذاكرة. عادة ما يتم مزامنة الذاكرة تحت التحكم في وحدة المعالجة المركزية ، دائرة الواجهة بسيطة نسبيا ؛ وتنوع جهاز I / O ، تختلف دائرة الواجهة المقابلة أيضًا ، لذلك من المعتاد أن نقول أن الواجهة تشير فقط إلى واجهة I / O.

I/O واجهة الوظائف الأساسية

(1)يؤديميناءعنوان فك تشفير الجهاز.

(2)توفير معلومات حالة جهاز الإدخال/الإخراج وفك تشفير الأوامر إلى وحدة المعالجة المركزية.

(3)التوقيت والتحكم في التوقيت المقابل.

(4)يوفر التخزين المؤقت للبيانات المرسلة للتخلص من الاختلافات في "التوقيت" أو سرعة معالجة البيانات بين الكمبيوتر والأجهزة الطرفية.

(5)توفير تحويلات التوافق بين الكمبيوتر والأجهزة الطرفية فيما يتعلق بتنسيقات المعلومات. يمدكهربائيالتكيفات.

(6)يمكن أن يدرك أيضًا تبادل المعلومات بين وحدة المعالجة المركزية والأجهزة الطرفية عن طريق مقاطعة.

طريقة التحكم

(1) طريقة استعلام البرنامج

في هذه الطريقة ، تسأل وحدة المعالجة المركزية الحالة الحالية للطرق الطرفية المحددة من خلال تعليمات الإدخال/الإخراج ، وإذا كانت الطرفية جاهزة ، فإنها تنفذ مدخلات أو إخراج البيانات ؛ خلاف ذلك ، تنتظر وحدة المعالجة المركزية والاستعلامات دورية.

ميزة هذه الطريقة هي أن الهيكل بسيط ، فقط عدد صغير منالأجهزةيمكن أن تكون الدوائر ، العيب هو أن سرعة وحدة المعالجة المركزية أعلى بكثير من الطرفية ، لذلك عادة في حالة انتظار ، تكون كفاءة العمل منخفضة للغاية.

(2) طريقة معالجة المقاطعة

وبهذه الطريقة ، لم تعد وحدة المعالجة المركزية انتظارًا سلبيًا ، ولكن يمكنها تنفيذ برامج أخرى ، بمجرد أن تكون الطرفية جاهزة لتبادل البيانات ، يمكنها تقديم طلب خدمة إلى وحدة المعالجة المركزية ، إذا استجابت وحدة المعالجة المركزية للطلب ، فسيتوقف مؤقتًا مؤقتًا تنفيذ البرنامج الحالي ، انتقل إلى تنفيذ برنامج الخدمة المقابل للطلب ، ثم متابعة تنفيذ البرنامج الذي تمت مقاطعة بعد الانتهاء من البرنامج الأصلي.

مزايا معالجة المقاطعة واضحة ، فهي لا تنقذ وحدة المعالجة المركزية فقط من الاستعلام عن حالة الطرفية وانتظار أن يكون الطرفي مستعدًا لقضاء بعض الوقت لتحسين كفاءة وحدة المعالجة المركزية ، ولكن أيضًا لتلبية متطلبات الوقت الفعلي لـ الطرفية. ومع ذلك ، من الضروري تعيين رقم طلب المقاطعة وبرنامج خدمة المقاطعة المقابل لكل جهاز I/O ، بالإضافة إلى المقاطعةوحدة تحكم(شريحة واجهة الإدخال/الإخراج) ضرورية لإدارة طلبات المقاطعة التي يقدمها جهاز الإدخال/الإخراج ، مثل تعيين قناع المقاطعة ، وأولوية طلب المقاطعة ، وما إلى ذلك.

بالإضافة إلى ذلك ، فإن عيب طريقة معالجة المقاطعة هو أنه يجب مقاطعة كل نقل للشخصية لبدء وحدة التحكم في المقاطعة ، ولكن أيضًا للاحتفاظ بالمشهد واستعادته من أجل مواصلة تنفيذ البرنامج الأصلي ، يكون عبء العمل كبيرًا جدًا ، بحيث إذا كان هناك حاجة إلى عدد كبير من تبادل البيانات ، فسيكون أداء النظام منخفضًا للغاية.

(3) DMA(الوصول المباشر للذاكرة) طريقة النقل

واحدة من أكثر الميزات وضوحا لـ DMA هي أنها لا تستخدم البرامج ولكن وحدة تحكم متخصصة للتحكم في تبادل البيانات بين الذاكرة والأجهزة الطرفية ، دون تدخل وحدة المعالجة المركزية ، وتحسين كفاءة وحدة المعالجة المركزية بشكل كبير.

قبل نقل بيانات DMA ، تتقدم وحدة تحكم DMA للتحكم في ناقل إلى وحدة المعالجة المركزية ، وتسلم وحدة المعالجة المركزية عنصر التحكم إذا كان مسموحًا بذلك. لذلك ، يتم الاحتفاظ التحكم بالحافلة بواسطة وحدة التحكم في DMA أثناء تبادل البيانات ، وفي نهاية النقل ، يقوم وحدة التحكم DMA بتسليم التحكم في الحافلة إلى وحدة المعالجة المركزية.

(4) طريقة النقل غير المشروط

(5) طريقة قناة الإدخال/الإخراج

(6) طريقة معالج الإدخال/الإخراج

السيطرة الصناعيةالشبكات

صناعيشبكات التحكم هي عمومًا شبكات المناطق المحلية (LAN) ، والتي تعمل عمومًا في مجموعة من بضعة كيلومترات. يربط أجهزة القياس والتحكم الموزعة حول مرافق الإنتاج في أنظمة التشغيل الآلي مع وظائف مختلفة. تم العثور على شبكات التحكم في مصانع الإنتاج وخطوط التجميع والبيوتات الدفيئة ومستودعات الحبوب والسدود والأنفاق وأنظمة مراقبة حركة المرور المختلفة والمباني والجيش ومكافحة الحرائق والبيئةالاختبارالمباني والمنازل.

عقد شبكات التحكم الصناعية

العقد في شبكة التحكم الصناعية هي في الغالب أجهزة قياس مع الحوسبة وتواصلالقدرات. قد يكون لديهممغروسوحدة المعالجة المركزية ، ولكن الوظيفة واحدة نسبيًا ، قد تكون قوتها الحاسوبية أقل بكثير من جهاز كمبيوتر عادي ، ولا توجد لوحة مفاتيح وعرض وواجهات تفاعل أخرى للتفاعل بين الإنسان. حتى أن البعض ليس لديه وحدة المعالجة المركزية ،متحكم، فقط مع بسيطةواجهة الاتصال، مثل مفاتيح الحد والمفاتيح الاستقرائية وأنواع أخرى من المفاتيح ،كهروضوئيةودرجة الحرارة والضغط والتدفق والمستوى وأنواع أخرى منأجهزة استشعار, أجهزة الإرسال، مجموعة متنوعة من أجهزة الحصول على البيانات وما إلى ذلك.

التحكم في مهام الشبكة وبيئة العمل

شبكة التحكم الصناعية لمواجهة الإنتاج الصناعي للتداخل الكهرومغناطيسي القوي ، تواجه مجموعة متنوعة منميكانيكيالاهتزاز ، الذي يواجه بيئة العمل الميدانية الباردة والساخنة ، للذهاب إلى شبكة التحكم يمكن أن تتكيف مع بيئة العمل القاسية هذه. بالإضافة إلى ذلك ، تختلف معدات ضبط النفس اختلافًا كبيرًا ، غالبًا ما يكون تحقيق التوصيل البيني لشبكة التحكم وقابلية التشغيل البيني أمرًا صعبًا للغاية.

شبكة التحكم في المتطلبات في الوقت الفعلي

يجب أن تفي شبكة التحكم بمتطلبات التحكم في الوقت الفعلي. غالبًا ما يتطلب التحكم في الوقت الفعلي في بعض المتغيرات من البيانات مرطحة دقيقة ومنتظمة ، ويجب إكمال دور التحكم في غضون حد زمني معين ، أو يجب إكمال إجراءات التحكم ذات الصلة وفقًا لتسلسل الأمور المحددة.

تصنيف واجهة الحقل

بناءً على هذه الخصائص لشبكة التحكم ، يجب أن تضمن مجموعة متنوعة من الواجهات تلبية متطلبات شبكة التحكم. في الوقت الحاضر ، هناك أربعة أنواع من الواجهات في المجال الصناعي:

(1) بروتوكول صلة النظام الأساسي: OPC / DDE

يُقترح OPC لغرض توحيد واجهات البرامج بين الأجهزة والتطبيقات من مختلف الإمدادالبائعونوجعل تبادل البيانات بينهما أبسط. نتيجة لذلك ، من الممكن تزويد المستخدمين بمكونات برامج التحكم في العمليات التي يمكن دمجها بحرية واستخدامها دون الاعتماد على لغة تطوير وبيئة تطوير محددة.

(2) بروتوكولات الاتصالات المستقلة عن النظام الأساسي: Modbus ، Profibus

بروتوكول Modbus هو لغة عالمية تستخدم في وحدات التحكم الإلكترونية. من خلال هذا البروتوكول ، تتواصل وحدات التحكم مع بعضها البعض ، وحدات التحكم من خلال الشبكة (على سبيل المثالإيثرنت) وأجهزة أخرى. لقد أصبح معيارًا صناعيًا مشتركًا. يتيح Profibus ، وهو معيار FieldBUS الدولي ، المفتوح ، المعتمد على الشركة ، توصيل أجهزة التحكم من الشركات المصنعة المختلفة بشبكة صناعية للمراقبة والتحكم المركزية. يمكن اختيار سرعة نقل Profibus من 9.6 كيلوبايت إلى 12 ميجا بايت ويجب ضبط جميع الأجهزة المتصلة بالحافلة بنفس السرعة عند تنشيط نظام الحافلات. يستخدم على نطاق واسع في تصنيع الأتمتة ، وأتمتة صناعة البناء والبناء والنقل والطاقة وغيرها من مجالات الأتمتة. Profibus هو fieldbusتكنولوجيالمستوى مستوى أرضية أتمتة المصنع واتصال بيانات مستوى الجهاز الميداني والتحكم فيه.

(3) بروتوكولات الملكية المستقلة عن النظام الأساسي: معظمDCSبروتوكولات ، بروتوكولات إيثرنت الصناعية

(4) بروتوكولات خاصة:برمجةالمنفذ ومنفذ الطباعة وطرق خاصة أخرى للحصول على الاتفاقية

بروتوكولات اتصالات الإرسال الصناعية أكثر تنوعًا بشكل رئيسي بسبب التراث التاريخي والاحتكار الاصطناعي. على الرغم من أنه لا يزال هناك عدد كبير من معايير Fieldbus ، ولكن لا يوجد معيار أكثر حيوية من Ethernet الصناعي.

ملخص مختلف الحقول/البروتوكولات/واجهات

اسمالأتمتة الصناعيةخصائص التعرف على الحافلة/البروتوكول/الواجهة الوصف

يتم استخدام ناقل مستشعر ASI/Actuator لمستوى التحكم السفلي As-Interface لتوصيل المستشعرات والمشغلات بمستوى التحكم العلوي مع الأسلاك البسيطة والاقتصادية. تتوافق الواجهة AS مع المعايير الدولية EN 50295 و IEC 62026-2. AS-Interface (AS-I=واجهة المحرك/المستشعر) هو مخطط اتصال FieldBus لتوصيل المحركات والمستشعرات. منظم] واجهات ASI/البروتوكولات/المواصفات

Bacnet ==بناء أتمتة التحكم في شبكة الاتصالات بروتوكول البناء أتمتة التحكمشبكة【تنظيم】 الأتمتة الصناعية لبروتوكول اتصالات أتمتة البناء: Bacnet

Canopenيتيح الحافلة متعددة المراحل للمحركات/المستشعرات الاستخدام الفعال لعرض النطاق الترددي للحافلة Canopen تحقيق أوقات استجابة قصيرة للنظام بمعدلات بيانات منخفضة نسبيًا. المزايا الرئيسية للحافلة CAN هي: أمن البيانات العالية والقدرة على الاحتفاظ بقدرة متعددة الأوساط.

CC-Link Fieldbus للسوق الآسيوية CC-Link (رابط التحكم والاتصال) هو نظام حافلات مفتوح للتواصل بين مستوى التحكم ومستوى Fieldbus ، وخاصة في المنطقة الآسيوية.

ControlNet موحد FieldBus ControlNet هو نظام FieldBus قياسي مفتوح. يسمح بروتوكول الحافلة بتبادل البيانات الدورية والعملية على الحافلة في نفس الوقت دون التدخل مع بعضها البعض.

DALI Communication Standard لبناء أتمتة The DALI Standard (IEC 60929) هو بروتوكول يمتد على الشركة المصنعة يهدف إلى ضمان قابلية التشغيل البيني للرباع الإلكترونية في تطبيقات الإضاءة. يتم استخدام هذا المعيار الجديد لاستبدال واجهة Dimmer {2}}} V. رقميقابلية للعنونةإضاءةالواجهة (DALI) هي معيار أتمتة المباني للتحكم الرقمي في الصابور الإلكترونية. يتم استخدام DALI كنظام فرعي ، على سبيل المثال للإضاءة أو الستائر أو التحكم في درجة الحرارة ، ويتواصل مباشرة مع نظام إدارة المبنى. حافلة الأتمتة الصناعية لبناء أتمتة - واجهة الإضاءة: دالي

حافلة DeviceNet Device مع Can Technology Devicenet هي نظام حافلة مستشعر/مشغل نشأ في الولايات المتحدة الأمريكية ، ولكنه يستخدم الآن بشكل متزايد في أوروبا وآسيا. يعتمد DevicEnet على ناقل CAN (شبكة التحكم الشباك).

DMX EIB معيار الاتصالات في مجال بناء أتمتة EIB (ناقل التثبيت الأوروبي) هو نظام حافلات لبناء الأسلاك ، والذي يستخدم على نطاق واسع في أوروبا.

enoceanهي تقنية لاسلكية خالية من الصيانة وخالية من البطارية وخالية من الأسلاك. يتم استخدامه بشكل أساسي في أتمتة البناء: يتم تضمين وحدات الأجهزة المختلفة (مثل مفتاح الإضاءة) بدعم Enocean. ثم يمكن التحكم في الجهاز بواسطة وحدة التحكم. الأتمتة الصناعية لبناء أتمتة البروتوكول اللاسلكي: enocean

EtherCat == عالي السرعة في الوقت الحقيقي Ethernet Fieldbus ethercat (إيثرنتالسيطرة على الأتمتةتكنولوجيا) هو حل Ethernet للأتمتة الصناعية التي تتميز بأداء عالي وسهولة التشغيل.

حلول Ethernet/IP الصناعية Ethernet من ODVA Ethernet/IP هي معيار Ethernet الصناعي الذي تم تطويره بواسطة ODVA (جمعية بائع Devicenet المفتوحة) ويستند إلى معايير Ethernet TCP/IP و UDP/IP.

Ethernet TCP/IP Network Bus Ethernet هو معيار مهم في قطاع المكاتب. العديد من مزايا Ethernet ، مثل ارتفاع معدلات الإرسال ، والتكامل البسيط في الشبكات الحالية ، ومجموعة واسعة من الخدمات ، ومجموعة واسعة من الواجهات ، تنعكس أيضًا في منتجات Ethernet من Beckhoff.

Fias Fias == واجهة Fidelio ومواصفات التطبيق == (مقدرة) ** f ** idelio** أنا ** nterface** A ** pplication ** s ** pisification fias (واجهة Fidelio ومواصفات التطبيق) هي الواجهة الرائدة في العالم لبرنامج إدارة الضيافة. المنظم] الأتمتة الصناعية لبناء أتمتة واجهة برامج إدارة الفنادق: FIAS و Fidelio

يتوافق FipBus Fip المتوافق مع Fipio WorldFIP مع المعيار الأوروبي EN 50170 ويتم دعمه من قبل الشركات المصنعة المستقلة من منظمة WorldFIP Fieldbus. يمكن تكييف أداء الحافلة مع التطبيق المحدد من خلال تبادل المتغيرات والمعلومات الدورية وغير الدورية.

IEEE 1588 Interbus Interbus ، المقدمة إلى السوق في عام 1987 تتميز Interbus Fieldbuses بسهولة التكوين والسرعة العالية والموثوقية. يمكن أن يحسن بروتوكول الاتصالات الرئيسية لنظام التحول الرئيسي/Slave كفاءة الاتصال الدوري.

[منظم] Fieldbus: Interbus

Io-Link IO-Link يوضح تمامًا الواجهات المختلفة المطلوبةأنظمة التحكمومعالجة الأدوات. يتيح IO-Link توصيل المستشعرات والمشغلات بطبقة التحكم باستخدام طريقة اتصال اقتصادية من نقطة إلى نقطة. كواجهة مفتوحة ، يمكن دمج IO-Link في جميع أنظمة FieldBus شائعة الاستخدام. يتكون نظام IO-Link من أجهزة ربط IO مثل المستشعرات أو المحركات أو مزيج من الاثنين. يستخدمون تقنية الاتصال الثلاثة الأسلاك التقليدية. منظم] IO-Link

Lightbus ==معتتضمن درجة عالية من النضج ، الميزات الرئيسية: المناعة العالية للتداخل الكهرومغناطيسي ، وسهولة التثبيت ، ونقل البيانات السريع للغاية والدوري ودرجة عالية من اليقين.

Lon the Communication Standard في مجال بناء أتمتة LON (شبكة التشغيل المحلية) هو نظام اتصال مع اتصالات شبكات متعددة للتطبيقات الموزعة ، وخاصة في مجال أتمتة المباني التجارية.

Modbus Open Fieldbus Modbus هو بروتوكول اتصال متسلسل مفتوح يعتمد على بنية رئيسية/عبد. يتم التعرف على البروتوكول على نطاق واسع لأنه يمكن تنفيذه بسهولة شديدة على جميع أنواع الواجهات التسلسلية.

MP-BUS [منظم] MP-BUS

يتوافق Profibus Profibus DP/FMS مع EN50170 Profibus القياسية الأوروبية هو حافلة عالية السرعة تستخدم على نطاق واسع للأجهزة الطرفية الموزعة (Profibus DP). بالإضافة إلى Profibus DP و FMS ، يدعم Beckhoff أيضًا بروتوكول Profibus MC لـيقودتواصل.

ProfInet Industrial Ethernet Solutions من PNO Profinet هو معيار Ethernet الصناعي المفتوح الذي تم تطويره بواسطة PNO (منظمة مستخدمي Profibus) ، في حين يتم استخدام معايير تكنولوجيا المعلومات المعترف بها دوليًا مثل TCP/IP للتواصل.

RS232/RS485الحل الأكثر فعالية من حيث التكلفة للشبكاتRS232و RS485 هي الواجهات التسلسلية "التقليدية" وقد تم استخدامها دائمًا على نطاق واسع. تستخدم وحدات I/O من Beckhoff RS485/RS232 بروتوكول اتصال تسلسلي بسيط وسهل التنفيذ.

Sercos III ، تم تطوير الحافلة من مجال هندسة محرك الأقراص ، في الأصل كنظام الحافلات البصري عالي السرعة للألياف للمحركات. بفضل تطوير مقرن حافلات Sercos بواسطة Beckhoff ، يمكن الآن استخدام بعض مزايا BUS Sercos (مثل معدلات نقل البيانات المرتفعة وأوقات الدورة القصيرة) في الأجهزة الطرفية I/O.

USBأصبحت واجهة USB عالية السرعة لاستخدام المختبر الواجهة القياسية للتطبيقات في مجال تكنولوجيا الكمبيوتر. بفضل معدل الإرسال المرتفع ، طوبولوجياها المرنة (عبر المراكز المتكاملة) ومقرن حافلة USB من Beckhoff ، يمكن استخدام نظام USB كبديل للميدان في التطبيقات ذات المسافات القصيرة.