Хэйден Али, сүлжээний инженер
Industrial Ethernet толь бичиг
Үйлдвэрийн Ethernet холбооны протоколууд
Ethernet нь нийтлэг физик холбоосууд болон хурдыг нэмэгдүүлсэнээр хаа сайгүй түгээмэл, зардал багатай болж байна. Иймээс олон аж үйлдвэрийн харилцааны протоколууд Ethernet-д суурилсан шийдлүүд рүү шилжиж байна. TCP/IP-тэй Ethernet холболт нь ихэвчлэн тодорхойлогддоггүй бөгөөд хариу үйлдэл хийх хугацаа нь ихэвчлэн 100 мс орчим байдаг. Аж үйлдвэрийн Ethernet протоколууд нь маш бага хоцролт, тодорхой хариу үйлдэл үзүүлэхийн тулд өөрчлөгдсөн Media Access Control (MAC) давхаргыг ашигладаг. Ethernet нь уян хатан сүлжээний топологи болон систем дэх уян хатан тооны зангилаануудыг идэвхжүүлдэг. Зарим алдартай Industrial Ethernet протоколуудыг нарийвчлан авч үзье.
EtherCATПроцессын өгөгдөлд зориулж оновчтой болгосон протокол нь стандарт IEEE 802.3 Ethernet Frames ашигладаг. Боол зангилаа бүр өөрийн датаграммыг боловсруулж, фрейм бүрээр дамжин өнгөрөх үед шинэ өгөгдлийг хүрээ рүү оруулдаг. Процесс нь техник хангамжид явагддаг тул зангилаа бүр нь боловсруулалтын хамгийн бага хоцролтыг нэвтрүүлж, хамгийн хурдан хариу өгөх хугацааг идэвхжүүлдэг. EtherCAT нь MAC түвшний протокол бөгөөд TCP/IP, UDP, вэб сервер гэх мэт дээд түвшний Ethernet протоколуудад ил тод байдаг. EtherCAT нь систем дэх 65,535 хүртэлх зангилааг холбох боломжтой ба EtherCAT мастер нь стандарт Ethernet хянагч болж, сүлжээний тохиргоог хялбаршуулдаг. Агент зангилаа бүрийн хоцрогдол багатай тул EtherCAT нь уян хатан, хямд өртөгтэй, сүлжээнд нийцсэн үйлдвэрлэлийн Ethernet шийдлүүдийг хүргэдэг.
EtherNet / IP нь TCP/IP дээр байрлах хэрэглээний түвшний протокол юм. EtherNet/IP нь TCP/IP дээр нийтлэг үйлдвэрлэлийн протокол (CIP) ашиглахын зэрэгцээ стандарт Ethernet физик, өгөгдлийн холбоос, сүлжээ, тээврийн давхаргыг ашигладаг. CIP нь үйлдвэрлэлийн автоматжуулалтын хяналтын системд зориулсан стандарт мессеж, үйлчилгээгээр хангадаг бөгөөд үүнийг олон физик хэрэгсэлд ашиглаж болно. Жишээлбэл, CAN автобусаар дамждаг CIP-г DeviceNet, зориулалтын сүлжээгээр дамжуулан CIP-ийг ControlNet, Ethernet-ээр дамжуулан CIP-ийг EtherNet/IP гэж нэрлэдэг. EtherNet/IP нь TCP холболтоор CIP холболтоор дамжуулан нэг програмын зангилаанаас нөгөөд холбогдох харилцааг бий болгодог бөгөөд нэг TCP холболтоор олон CIP холболтыг үүсгэж болно.
PROFINET нь Siemens, GE зэрэг томоохон аж үйлдвэрийн тоног төхөөрөмж үйлдвэрлэгчдийн өргөн ашигладаг аж үйлдвэрийн Ethernet юм. Энэ нь гурван өөр ангитай. PROFINET Ангилал нь TCP/IP дээр дууддаг алсын процедурын тусламжтайгаар Ethernet болон PROFIBUS-ийг холбосон проксигаар дамжуулан PROFIBUS сүлжээнд нэвтрэх боломжийг олгодог. Түүний мөчлөгийн хугацаа 100 мс орчим байдаг бөгөөд энэ нь тийм юм
ихэвчлэн параметрийн өгөгдөл болон циклийн I/O-д ашиглагддаг. Ердийн хэрэглээнд дэд бүтэц, барилгын автоматжуулалт орно. PROFINET Бодит цагийн горим (PROFINET RT) гэж нэрлэгддэг PROFINET B ангилал нь програм хангамжид суурилсан бодит цагийн хандлагыг нэвтрүүлж, мөчлөгийн хугацааг ойролцоогоор 10 мс болгон багасгасан. B ангиллыг ихэвчлэн үйлдвэрийн автоматжуулалт болон процессын автоматжуулалтад ашигладаг. PROFINET Ангилал C (PROFINET IRT) нь тодорхой цаг хугацаанд ажилладаг бөгөөд хөдөлгөөнийг хянах үйл ажиллагаанд бодит цагийн үйлдвэрлэлийн Ethernet дээр хангалттай гүйцэтгэлийг хангахын тулд мөчлөгийн хугацааг 1 мс-ээс бага болгон багасгах тусгай тоног төхөөрөмж шаарддаг. PROFINET RT нь PLC төрлийн программуудад ашиглагдах боломжтой бол PROFINET IRT нь хөдөлгөөнт програмуудад тохиромжтой. Branch болон Star нь PROFINET-д хэрэглэгддэг нийтлэг топологи юм. Системийн шаардлагатай гүйцэтгэлийг хангахын тулд PROFINET сүлжээнд топологийн нарийн төлөвлөлт шаардлагатай.
POWERLINK анх B&R боловсруулсан. Ethernet POWERLINK нь IEEE 802.3 дээр хэрэгжсэн тул сүлжээний топологи, хөндлөн холболт болон халуун залгуурыг үнэ төлбөргүй сонгох боломжийг олгодог. Энэ нь бодит цагийн өгөгдөл солилцохын тулд санал асуулга болон цагийг хуваах механизмыг ашигладаг. POWERLINK мастер буюу "Удирдлагатай зангилаа" нь 10 секундын наносекундын хүрээнд пакетийн читрийг ашиглан цагийн синхрончлолыг хянадаг. Ийм систем нь PLC-PLC холбоо, дүрслэлээс эхлээд хөдөлгөөн, оролт гаралтын удирдлага хүртэлх бүх төрлийн автоматжуулалтын системд тохиромжтой. Нээлттэй эхийн стек програм хангамж байгаа тул POWERLINK-ийг хэрэгжүүлэхэд саад бэрхшээл бага байна. Нэмж дурдахад CANopen нь өмнөх Fieldbus протоколуудаас системийг хялбархан шинэчлэх боломжийг олгодог стандартын нэг хэсэг юм.
Серкос III нь Цуваа бодит цагийн холбооны системийн (Sercos) гурав дахь үе юм. Энэ нь бодит цагийн Ethernet болон стандарт TCP/IP харилцаа холбоог хүргэхийн тулд шууд пакет боловсруулах процессыг хослуулан, үйлдвэрлэлийн Ethernet-ийн хоцрогдол багатай нийлүүлдэг. EtherCAT-тай адил Sercos III боол нь хоцрогдол багатай байлгахын тулд Ethernet фрейм рүү шууд мэдээлэл задалж, оруулах замаар пакетыг боловсруулдаг. Sercos III нь оролт, гаралтын өгөгдлийг хоёр фрейм болгон хуваадаг. 31.25 микросекунд хүртэлх мөчлөгийн хугацаатай энэ нь EtherCAT болон PROFINET IRT шиг хурдан юм. Sercos III нь цагираг эсвэл шугамын топологийг дэмждэг. Бөгжний топологийг ашиглах гол давуу талуудын нэг нь харилцаа холбооны илүүдэл юм. Нэг боолын бүтэлгүйтлээс болж бөгж тасарсан ч үлдсэн бүх боолууд нь оролт/гаралтын өгөгдөл бүхий Sercos III фрэймүүдийг авдаг. Sercos III нь нэг сүлжээнд 511 боол зангилаа байж болох ба servo хөтөчийн удирдлагад ихэвчлэн ашиглагддаг.
Цагийн мэдрэмжтэй сүлжээ (TSN) нь Ethernet-д суурилсан сүлжээг илүү тодорхой болгох зорилготой Цахилгаан ба электроникийн инженерүүдийн хүрээлэнгээс (IEEE) тодорхойлсон Ethernet өргөтгөл юм. TSN нь дотоод сүлжээ (LAN) бөгөөд TSN бус Ethernet-тэй ажиллах боломжтой түвшний шийдэл боловч зөвхөн TSN LAN дотор цаг тухайд нь баталгаатай байдаг. Та TSN стандартыг ямар хэрэглээний тохиолдлыг шийдэж байгааг үндэслэн бүлэглэж болно: цаг хугацааны нийтлэг үзэл бодол, баталгаатай хамгийн их хоцролт, эсвэл дэвсгэр эсвэл бусад урсгалтай хамт байх. Аливаа түгээмэл стандартын нэгэн адил стандартуудын TSN хэрэгслийн хайрцаг нь хөгжиж байна.