PLC使用的几种现场总线

通讯网络技术 信息技术
机器人及PCL自动化应用    2021-01-21    764

  通讯网络是现代自动化解决方案的核心组件。工业网络必须满足特定要求,例如:

  耦合自动化系统以及简单的传感器和执行器与计算机

  信息必须正确,并且必须在正确的时间进行传送

  强大的抗电磁干扰、抗机械应力和抗污染的能力

  灵活适应生产要求

  工业网络属于 LAN(局域网),允许在有限区域内进行通讯。

  工业网络实现了以下通讯功能:

  包括传感器和执行器的自动化系统的过程和现场通讯

  自动化系统之间的数据通讯

  用于集成现代信息技术的 IT  通讯

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  PROFINET/工业以太网

  工业以太网

  工业以太网是在以太网的基础上,根据工业环境的要求而创建的。

  工业以太网具有以下特殊功能:

  使不同应用区域(例如办公区域和生产区域)联网

  鲁棒设计和抗电磁干扰

  由于组件的持续可用性以及在所有网路组件中达到 100 Mbps 传输速率的快速以太网,因此即使存在大量节点,也可以保持高传输性能。

  各种传输介质(例如,工业双绞线和光纤导线)

  具有切换技术的可升级性能

  冗余网络拓扑带来的高可用性

  PROFINET

  PROFINET 支持通讯服务 PROFINET IO 、PROFINET CBA 和各种配置文件(例如 PROFIsafe 和 PROFIdrive )。

  PROFINET IO 和 PROFINET CBA  通讯服务确保了自动化系统所需的功能:

  PROFINET IO 使分布式现场设备(IO  设备,例如信号模块)能够直接连接到工业以太网。要获得对故障安全应用的其它支持,设备可使用 PROFIsafe  配置文件通过 PROFINET IO 进行通讯。

  可对 PROFINET IO  使用标准 SIMATIC  软件工具,例如用于现场级工程和诊断的 STEP 7 以及用于组态运动控制应用的 SIMOTION Scout。

  在 IRT 通讯时(IRT :等时实时),将保留一部分传输时间进行循环(确定性)数据通讯。

  这意味着通讯周期被分成确定部分和开放部分。

  可在同一网络上同时路由 IRT 和 TCP/IP  通讯,而不会出现它们相互影响的情况。

  通过支持等时实时通讯,PROFINET 提供了短且具决定性的发送周期,这对运动控制应用而言至关重要。

  使用 PROFINET CBA (基于组件的自动化)可实现分布式自动化系统的模块化解决方案。使用 PROFINET CBA  基于组件的功能,可将自动化系统构建为独立模块。模块之间的连接是通过图形工程工具 SIMATIC iMap 来实现的。通过该工具可互连全厂或全系统的模块。

  PROFINET CBA 支持循环和非循环通讯,尤其适用于控制器之间的数据传输,因为其发送周期最大为 10 ms 。

  PROFIdrive 是 PROFINET  和 PROFIBUS  中的控制系统与驱动器之间的功能接口。PROFIdrive 由 PROFIBUS  用户组织 (PNO)  的 PROFIdrive  驱动器配置文件所定义。PROFIdrive 驱动器配置文件为电气驱动装置(下至简单的频率转换器,上至高性能伺服控制器)定义了设备特性和访问驱动器数据的步骤。

  PROFIsafe 是针对面向安全通讯的 PROFINET  和 PROFIBUS  配置文件。PROFIsafe 使用 PROFINET  和 PROFIBUS  的传统标准自动化,并经过最高至 IEC 61508  的 SIL 3 (安全集成等级)安全等级和 EN954-1  类别 4 的认证。

  PROFINET 为自动化系统定义了信息安全要求,并为用户提供了可能的安全解决方案(尤其是针对工业环境)。

  工业以太网使用协议 TCP/IP  或 UDP/IP  进行数据传输。这些已在以下 RFC (RFC:请求注释)中 进行了定义:

  RFC 768:UDP(用户数据报协议)

  RFC 791:IP (网际协议)

  RFC 792:ICMP (网际消息控制协议)

  RFC 793:TCP(传输控制协议)

  但是,工业以太网因其报文的系统开销大而不宜进行循环数据交换。因此可使用符合  IEEE 802.3  标准的经优化的第二层协议,从而可以基于工业以太网进行实时通讯。在工业以太网中通过 PROFINET  进行数据传输。支持以下传输类型:

  用户数据(例如过程值等)的循环传输。

  工程数据和对时间要求严格的数据的非循环传输。

  PROFINET CBA 使用自动重发和多种检查机制(每个字符一个奇偶校验位以及校验和),可以提供较高的数据完整性和准确性。

  PROFIBUS

  PROFIBUS 用于将现场设备(例如,分布式 I/O  设备、阀或驱动器)连接到自动化系统(例如,SIMATIC S7、SIMOTION 、SINUMERIK  或 PC )。

  根据 IEC 61158  和 EN 50170 而标准化的 PROFIBUS  是一款功能强大、开放、稳定且反应时间较短的现场总线系统。自动化行业中的大多数重要公司都支持此开放式现场总线标准。

  PROFIBUS 以快速、可靠数据交换功能以及集成诊断功能,为完整系统和过程自动化提供现场总线解决方案。PROFIBUS 还可在危险区中使用,并可用于故障安全应用场合和 HART 设备。

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  基本原理

  PROFIBUS 支持在单元级和现场级的现场设备以及较高级别系统之间进行数据交换。

  PROFIBUS 拥有适用于各种用途的不同形式,例如:

  使用 PROFIBUS DP  可与分布式 I/O  的智能设备进行快速通讯。

  PROFIBUS PA  通过同一线路为传感器和执行器提供信号和电能。

  由于利用了模块化概念和各种特定应用、特定分支的配置文件(例如,PROFIdrive 或 PROFIsafe ),以及统一的通讯协议,PROFIBUS 成为工厂自动化和过程工业的现场总线。此外,PROFIBUS 还具有以下属性:

  主机系统、介质和从站设备的用户可选冗余

  时间同步

  时间戳

  传输方法

  PROFIBUS DP 允许在 PROFIBUS DP  主站和 PROFIBUS DP  从站之间进行串行处理和现场通讯:

  循环数据交换

  非循环数据交换

  点对点

  点对点通讯允许在两个站之间串行传输数据,例如使用以下设备:

  非 Siemens  设备(例如打印机、条码读取器)

  SIMATIC 控制器

  特别是当带有串行接口的设备要连接至 SIMATIC  控制器时,点对点通讯是一个很好的选择。

  基本原理

  使用点对点连接 (PtP)  可通过串行接口在以下设备之间进行数据交换:

  自动化系统和非 Siemens  设备之间

  自动化系统之间

  自动化系统和编程设备/PC  之间

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  点对点连接具有以下属性:

  使用标准过程或可装载驱动程序来适应通讯伙伴的协议

  使用 ASCII 字符来定义自定义过程

  与其它终端设备(如操作员面板、打印机或卡片读取器)通讯

  传输方法

  在点对点连接中,数据是异步、串行传输的。例如,将使用下列各项作为接口:

  RS 232 (V.24)

  20 mA (TTY)

  RS 422/485 (X.27)

  AS-i 接口

  AS-i 接口(执行器传感器接口,AS-i )是一种开放式国际标准,用于在最底控制层进行分布式执行器和传感器之间的现场总线通讯。

  AS-i 符合 IEC 61158 和 EN 50295  标准,因此专门用于符合这些标准的二进制传感器和执行器之间的互连。通过 AS-i,可以使用总线代替传感器和执行器之间的点对点电缆连接。

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  基本原理

  AS-i 子网的电缆用于处理数据传输以及为传感器和执行器分配辅助电能。AS-i 子网使用电气总线,AS-i 不支持光和无线网络。

  AS-i 主站循环轮询 AS-i  从站设备,以保证预定义的响应时间。所有从站都有一个唯一地址,该地址通过指定的地址编程设备来进行设置。

  对于故障安全应用场合,ASIsafe  支持在 AS-i  子网中使用故障安全设备。

  由 AS  国际协会来保证 AS-i  产品。测试可确保不同供应商的设备在 AS-i  子网中可以互相通讯。

  当前的 AS-i  接口标准是规范 3.0 。

  网络结构

  AS-i 接口中允许使用总线型、树型和星型拓扑。总线的长度不能超过 100 m。

  可以将以下设备连接到 AS-i:

  最多 31  个标准 AS-i  从站或

  最多 62  个带有扩展寻址区的 AS-i  从站

  循环时间达到 5 或 10 ms 。

  模拟从站是特殊的标准 AS-i  从站,它们可以通过特殊配置文件与主站交换模拟数据。

  AS-i 从站可以是:

  具有集成 AS-i  连接的传感器/执行器

  或 AS-i  模块

  每个 AS-i  模块最多可连接八个传统二进制传感器/执行器。

  传输方法

  2  线制未屏蔽铜质电缆用作 AS-i  中的传输介质。同时它还用作通讯电子设备和对功率要求较低的节点(如光栅)的电源 (30 VDC)。对功率要求较高的负载(如阀)均带有单独的电源 (24 VDC) 电缆。

  已为 AS-i  接口开发了一个特殊的调制程序。串行传输的数据将以更高频率调制到电源,且不易受到干扰。

  ISO-OSI 参考模型的第 1 、2  和 7 层均在 AS-i  接口上实现。

  多点接口 (MPI)

  MPI(多点接口)是用于 SIMATIC  产品的集成接口:

  控制器

  面板

  编程设备/PC

  通过 MPI,将建立具有以下属性的子网:

  范围较小

  节点较少

  数据量较小

  基本原理

  MPI 提供了一个包含以下服务的简单网络功能:

  PG/OP 通讯

  S7 通讯

  S7 基本通讯

  全局数据通讯 (GD)

  MPI 支持的波特率范围是 187.5 kbps  到 12 Mbps。MPI 节点的地址必须唯一并且通过编程设备 PC  进行设置。

  传输方法

  MPI 使用电气标准传输介质 RS 485 ,PROFIBUS 也使用该介质。

  但也可以通过 PROFIBUS OLM (光连接模块)将 MPI  网络连接至光学 PROFIBUS  网络。

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