Wraz ze wzrostem poziomu automatyzacji przemysłowej znaczenie technologii autobusów przemysłowych staje się coraz bardziej oczywiste. Jako jedna z podstawowych technologii w sektorze przemysłowym, autobusy przemysłowe odgrywają kluczową rolę w umożliwieniu wydajnej komunikacji i wymiany danych pomiędzy urządzeniami. Magistrala przemysłowa odnosi się do zestawu współdzielonych linii sygnałowych używanych do przesyłania informacji i ułatwiania komunikacji między modułami; pod kontrolą urządzenia nadrzędnego służy jako ścieżka przesyłania informacji do określonego urządzenia odbiorczego.
Na podstawie ich lokalizacji autobusy można podzielić na autobusy zewnętrzne, autobusy wewnętrzne i autobusy-chipowe. Typowe magistrale zewnętrzne obejmują RS-232, RS-485, USB i CAN (rysunek 1); popularne magistrale wewnętrzne obejmują HT, I²C i SPI (rysunek 2); a typowe magistrale systemowe obejmują magistrale danych, magistrale sterujące i magistrale adresowe.
Autobus zewnętrzny
Autobus wewnętrzny
Typowe autobusy przemysłowe
Autobus CAN
CAN (Controller Area Network) to protokół komunikacji szeregowej znormalizowany przez ISO. Magistrala CAN to protokół szeregowej transmisji danych opracowany przez firmę Bosch w Niemczech na początku lat 80. XX wieku w celu ułatwienia wymiany danych pomiędzy licznymi systemami kontroli i testowania w nowoczesnych samochodach. Jest to magistrala typu multi-master, która jako medium komunikacyjne może wykorzystywać skrętkę-parową, kabel koncentryczny lub światłowód. Maksymalna szybkość komunikacji może osiągnąć 1 Mb/s.
Autobus EtherCAT
EtherCAT (Ethernet for Control Automation Technology) to-wysokowydajny protokół komunikacji przemysłowej Ethernet zaprojektowany specjalnie dla przemysłowych systemów sterowania-czasu rzeczywistego. Wprowadzony w 2003 roku przez firmę Beckhoff Automation z Niemiec, jest otwartym międzynarodowym standardem.
W sieci EtherCAT dane są przesyłane w topologii pierścieniowej lub liniowej. Każde urządzenie podrzędne odczytuje potrzebne dane, a następnie natychmiast przekazuje pakiet danych następnemu urządzeniu podrzędnemu; proces ten nazywany jest „przetwarzaniem w locie”.
Magistrala ProfiNet
ProfiNet to zaawansowany system komunikacyjny obsługujący automatyzację rozproszoną, opracowany przez firmę Siemens i Stowarzyszenie Użytkowników ProfiBus. ProfiNet=ProfiBus + Ethernet; dostosowuje architekturę ProfiBus master-slave do sieci Ethernet i jest standardem magistrali automatyki opartym na technologii Industrial Ethernet. Nie tylko obsługuje różne topologie, ułatwiając integrację i rozbudowę systemu, ale jest także kompatybilny z istniejącymi interfejsami i protokołami Ethernet; Umożliwia nie tylko kontrolę-linii produkcyjnych w czasie rzeczywistym, ale także udostępnia usługi danych w Internecie i chmurze za pośrednictwem protokołu TCP.
Magistrala Modbus
Protokół komunikacyjny Modbus został wynaleziony przez firmę Modicon w 1979 roku i był jednym z najwcześniejszych protokołów magistrali stosowanych w zastosowaniach przemysłowych. Istnieje wiele wersji protokołu komunikacyjnego Modbus, przy czym najczęściej używane są Modbus RTU, Modbus ASCII i Modbus TCP.
Rozważania
Aby spełnić różne wymagania różnych scenariuszy zastosowań, należy wyjaśnić następujące czynniki:
① Wymagania dotyczące terminowości: wybierz magistralę przemysłową o możliwościach-szybkiej transmisji w oparciu o wymagania dotyczące terminowości przesyłania informacji w procesie produkcyjnym. Niektóre popularne-szybkie autobusy przemysłowe obejmują EtherCAT, Profinet i EtherNet/IP. Magistrale te charakteryzują się niskimi opóźnieniami i dużą przepustowością, dzięki czemu nadają się do scenariuszy o wysokich wymaganiach dotyczących szybkości komunikacji.
② Wymagania dotyczące ilości danych i czasu-rzeczywistego: wybór odpowiedniej magistrali przemysłowej wymaga uwzględnienia wymagań dotyczących ilości danych i czasu-rzeczywistego. Niektóre magistrale, takie jak CAN i DeviceNet, nadają się do scenariuszy z małą ilością danych i niskimi wymaganiami-czasu rzeczywistego, natomiast Modbus i ProfiBus nadają się do scenariuszy z umiarkowaną ilością danych i większymi wymaganiami-czasu rzeczywistego.
③ Niezawodność i tolerancja na błędy: Należy wziąć pod uwagę potencjalne ryzyko w środowiskach przemysłowych, takie jak zakłócenia i awarie sprzętu. Na przykład magistrala ControlNet oferuje solidną-odporność na błędy, dzięki czemu nadaje się do scenariuszy wymagających wysokiej niezawodności. Co więcej, niektóre magistrale, takie jak EtherCAT i ProfiNet, mają funkcję automatycznego wykrywania i-samonaprawy, co zapewnia niezawodną komunikację.
④ Elastyczność i interoperacyjność: kolejnym czynnikiem do rozważenia jest to, czy system musi komunikować się z wieloma urządzeniami i sprzętem różnych producentów. Niektóre magistrale przemysłowe, takie jak Modbus i OPC UA, oferują doskonałą interoperacyjność i kompatybilność urządzeń, dzięki czemu-dobrze nadają się do scenariuszy wymagających komunikacji z wieloma urządzeniami.
Kroki procesu
Przed wyborem odpowiedniego autobusu przemysłowego zaleca się wykonanie następujących kroków:
① Analiza wymagań: Kompleksowe rozważenie procesu produkcyjnego, wymagań sprzętowych i innych specyficznych potrzeb w celu wyjaśnienia specyficznych cech wymaganych od autobusu przemysłowego.
② Badania rynku: Uzyskaj szczegółowe zrozumienie funkcji, scenariuszy zastosowań, udziału w rynku i kosztów różnych autobusów przemysłowych. Informacje można uzyskać czytając odpowiednie raporty, uczestnicząc w targach branżowych i konsultując się ze specjalistami.
③ Ocena dostawcy: Kontakt z różnymi dostawcami autobusów przemysłowych pomoże Ci lepiej zrozumieć wydajność, wsparcie techniczne i inne usługi oferowane przez każdego z nich.
④ Walidacja techniczna: poprzez praktyczną walidację i testowanie porównaj wydajność i niezawodność różnych autobusów przemysłowych w systemie (w oparciu o metryki, takie jak cykl transmisji magistrali, cykl zegara, częstotliwość robocza i przepustowość magistrali), aby wybrać optymalne rozwiązanie.
Punkty warte uwagi
Po wybraniu odpowiedniego autobusu przemysłowego należy zwrócić uwagę na następujące aspekty:
① Kompatybilność urządzeń: Upewnij się, że urządzenia są kompatybilne z wybraną magistralą przemysłową i obsługują odpowiednie protokoły komunikacyjne.
② Topologia: wybierz odpowiednią topologię magistrali,-taką jak magistrala, gwiazda, drzewo lub pierścień-w oparciu o wymagania systemowe.
③ Wydajna konserwacja: Zrozum procedury konserwacji i rozwiązywania problemów dla magistrali przemysłowej oraz odpowiednio planuj i zarządzaj siecią magistrali przemysłowej, aby zapewnić stabilną i niezawodną komunikację.
Wreszcie, wybierając autobus przemysłowy, należy wziąć pod uwagę-długoterminowe planowanie i skalowalność, aby uniknąć częstych wymian i modernizacji.