Необходимые навыки от Хэппи Хольдена. Часть 15: Автоматизация производственных процессов. Протоколы автоматизации.
Но когда вы сталкиваетесь с тестированием сборки, вы начинаете понимать настоящие решения по автоматизации. Разница между этими двумя понятиями – это сети и протоколы, которые поставляют информацию и данные. Отрасль, которую мы можем взять за пример: наши братья в производстве полупроводников. Эта отрасль имеет полностью автоматизированные фабрики уже с середины 1980х годов.
ВВЕДЕНИЕ
Эта статья посвящена протоколам автоматизации, которые существуют в настоящее время и некоторым новым, которые только выходят на рынок. В Части 2 я представлю некоторые примеры из моей собственной практики.
Данные, необходимые для производства соединений планирования и машины развивались долгие годы. Ниже указано то, что будет рассмотрено в этой статье:
- Serial RS-232C/RS-485
- Parallel IEEE-488/HP-IB
- MAPS™ протокол
- SECS I & SECII/GEM протоколы
- OML
- IPC-2541
- LAN (IEEE-802.3 и TCP/IP)
- Беспроводное и IoT
Параметры- машина и машина-машина
Когда я начал работать с управлением автоматизации в 1970, у нас были данные ASCII в параллельных кабелях. Поэтому мы начали с использования этих протоколов печати и телетайпа для управления машинами. Иногда у нас для работы был только BCD! Теперь у вас есть «автоматизированный завод с выключенным освещением в безлюдную ночную смену» и Промышленность 4.0. Большая часть этого прогресса – это результат применения в автомобильной промышленности программируемых логических контроллеров (ПЛК) и роботов для производства. Рис.1 показывает, что предполагают немецкие специалисты для Промышленности 4.0[1]. Рис.2 показывает 4 уровня иерархии САМ, а Рис.3 изображает типичные сетевые блоки управления заводом.
Мне повезло работать на Hewlett-Packard. Их 2116-модель компьютера (и позднее 2110) были компьютерами с прерыванием в режиме реального времени и были идеальными для контроля оборудования. НР даже разработали CNC систему контроля оборудования, но решили не продавать ее, так как она не подходила к их опыту продаж компьютеров и инструментов. Они продали все системы CNC компании Allen Bradley в Милуоки, Висконсин. Поэтому я пришел к тому, что стал часто работать с АВ, чтобы обратно купить то программное обеспечение, которое разработал НР. Это было счастливым случаем, что АВ познакомил меня с их технологией программируемого логического контроллера (ПЛК). ПЛК стали главным инструментов в управлении оборудованием.
Для программного обеспечения HP также разработал инструменты CAD для разработки печатных плат и механической инженерии. Они имели функции сбора данных, диспетчерского управления и сбора данных (SCADA) и системы тестирования. Компьютерный отдел разработал MRP и ERP программное обеспечение. В 1982 году НР приобрел корпорацию Genesis (IC-10 и шесть других типа PC-10, программные продукты для управления заводом). НР имел полный пакет программного обеспечения для подключения автоматизации производства, который они разработали для GM и MAPSTM . Эта группа по программному обеспечению была выделена в подразделение, поэтому они смогли расширить свою продуктовую линейку и включить в нее системы качества/тестирования/инспектирования, систему управления CNC/оборудованием, программное обеспечение по материалам и систему управления промышленным процессом (по лицензии Mount Isa Mines, добывающей компании в Австралии). Продукты НР были предназначены для сетей автоматизации типичного завода, что показано на Рис.4.
Взаимосоединяемость для машина-машина обычно является одним из или всеми этими стандартами соединений (Рис.5).
Serial RS-232C— обозначает Рекомендованный номер стандарта 232 и С – это позднейшая версия этого стандарта. Серийные порты на большинстве компьютеров используют вариант стандарта RS-232C. Полный RS-232C стандарт определяет 25-выводной "D" коннектор, у которого используются 22 вывода. Большинство из этих выводов не нужны для нормального компьютерного соединения, на самом деле большинство новых компьютеров оборудованы коннекторами типа D с всего лишь девятью выводами.
Стандарт RS-232C ограничивает длину кабеля до 50 футов. Обычно вы можете игнорировать этот стандарт, так как кабель может быть длиной 350 м (1000 футов) при скоростях передачи данных до 19 200, если вы используете высококачественный хорош экранированный кабель. Окружающая среда оказывает большое влияние на длины не экранированных кабелей. В среде с высокими электрическими шумами даже очень короткие кабели могут подбирать паразитные сигналы. Вы можете значительно увеличить длину кабеля с помощью дополнительных устройств, типа оптических вентилей или усилителей сигнала. Оптические вентили используют светодиоды или фотодиоды, чтобы изолировать каждую линию в кабеле, включая заземление сигнала. Любые электрические шумы воздействуют на все линии в оптически изолированном кабеле в равной мере, включая линию заземления. Это приводит к тому, что напряжения на линиях сигнала относительно сигнала земли отражают реальное напряжение сигнала и тем самым отменяют эффект любых шумовых сигналов.
Синхронная и Асинхронная связь [2]
Важные объяснения и детали представлены выдержками из учебника «Введение в последовательную связь» компании TALtech:
Есть два основных типа последовательной коммуникации, синхронная и асинхронная. При синхронной связи два устройства изначально синхронизируются друг с другом и затем постоянно посылают данные, чтобы оставаться в синхронизации. Даже когда данные не были в действительности отправлены, постоянные поток битов позволяет каждому устройству знать, где находится второй в любой момент времени. Те есть каждый отправленный символ либо является актуальными данными, либо пустым символом. Синхронная связь позволяет обмениваться данными с большей скоростью, чем асинхронные методы, так как дополнительные биты для маркировки начала и конца каждого байта данных не требуются. Последовательные порты на компьютерах типа IBM являются асинхронными устройствами, поэтому они поддерживают только асинхронную последовательную коммуникацию.
Асинхронная значит «без синхронизации», и поэтому не требует отправки и получения пустых символов. Однако, начало и конец каждого байта данных должны быть идентифицированы с помощью стартовых и конечных битов. Стартовый бит указывает, когда байт данных начинается, а конечный бит сигнализирует, когда он заканчивается. Требование отправлять эти дополнительные два бита являются причиной того, что асинхронная связь немного более медленная, чем синхронная, однако, она имеет преимущество в том, что процессору не приходится иметь дело с дополнительными пустыми символами.
Асинхронная линия, которая является пустой, определяется оценкой 1 (также называемой маркированным состоянием). Используя эту оценку для указания на то, что в настоящий момент никакие данные не отправляются, устройства могут «видеть» различия между холостым состояние и разъединением в линии. Когда символ должен быть передан, отправляется стартовый бит. Стартовый бит имеет оценку 0 (также называемый нулевым состоянием). Поэтому, когда линия переключается с оценки 1 на оценку 0, ресивер получает сигнал, что данные сейчас пойдут по линии.
RS-422 и RS-485 являются высокоскоростными последовательными протоколами, которые могут достигать 10 Mbps до 20 метро или до 1500 метров, но при 100 Kbps.
Parallel IEEE-488— спецификация 8-битной параллельной мульти-функциональной шины интерфейса цифровой связи малой дальности. IEEE-488 был создан из продукта HP-IB (Hewlett-Packard шина интерфейса), который обычно называют GPIB (шина интерфейса общего назначения). Хотя впервые он была создан в поздние 1960е для соединения между собой автоматизированного тестового оборудования Hewlett-Packard, этот продукт так же имел определенный успех в 1970-е и 80е годы в качестве периферийной шины для ранних миникомпьютеров, в частности Commodore PET. Более новые стандарты в основном заменили IEEE-488 в компьютерном использовании, но до сих пор этот стандарт используется в сфере тестового оборудования.
В 1987, IEEE представил Коды, форматы, протоколы и общие команды Стандарта IEEE-488.2[3]. Он был обновлен в 1992. IEEE-488.2 предоставил обмен базовыми протоколами и форматами, также как и команды, независимые от устройства, структуры данных и протоколы ошибок. IEEE-488.2 был построен на базе IEEE-488.1, но не заменял его. Оборудование может соответствовать более простому IEEE-488.1 без следования IEEE-488.2.
Википедия дает следующее определение IEEE-488[4]: “Пока IEEE-488.1 определял аппаратное обеспечение и IEEE-488.2 определял протокол, не было стандарта для команд, специфичных для инструмента. Команды для управления одним и тем же классом инструментов (например, мультиметрами) варьировались между производителями и даже моделями. Военно-воздушные силы США, а за ними и Hewlett-Packard, осознали эту проблему. В 1989 НР разработал свой язык TML, который стал предшественником SCPI – Служебные команды для программируемых приборов. SCPI был представлен как стандарт отрасли в 1990. SCPI добавил стандартные родовые команды и серии классов инструментов с соответствующими командами, специфическими для класса. SCPI предписывал IEEE-488.2 синтаксис, но допускал другой физический транспорт (не-IEEE-488.1).”
Сайт стандартов IEEE сообщает[3]: “В 2004, IEEE и IEC соединили их соответственные стандарты в двойное название IEEE/IEC стандарт IEC-60488-1, Стандарт для протокола высокой эффективности для Стандартного цифрового интерфейса для программируемых приборов – Часть 1: Основы, заменяющая IEC-60488-2, и Часть 2: коды, форматы, протоколы и общие команды, заменяющая IEEE-488.2/IEC-60625-2.”
Протокол MAPS™—Автоматизация сообщения & Моделирование протокола (MAPS™)[5]
Объяснение из обзора учебника GL Communications Inc.:
MAPS определяет набор стандартных коммуникационных сервисов для автоматизации завода и был принят в качестве международного стандарта ISO. Это моделирование протокола и инструмент тестирования на соответствие conformance test tool, которое поддерживает различные протоколы для таких контроллеров заводка как ПЛК, роботы, групповые контроллеры и контроллеры кластера. MAPS – один из наиболее старых и наиболее используемых в автоматизации заводов протоколов, впервые введенный компанией General Motors и принятый также компанией General Electric для своих заводов. MAPS базируется на эталонной модели для OSI (открытые системы межсоединения) международной организации стандартизации (ISO). У него есть три основных компонента: функции передачи файла, доступа и управления, функции спецификации производственных сообщений и функция X.500. Такие протоколы как SIP, MEGACO, MGCP, SS7, ISDN, GSM, MAP, CAS, LTE, UMTS, SS7 SIGTRAN, ISDN SIGTRAN, SIP I, GSM AoIP, Diameter и другие. Этот инструмент автоматизации сообщений объединяет решения как для протокола моделирования, так и для протокола анализа. Применение включает различные планы тестирования и примеры тестирования для поддержи тестирования объектов в реальном времени. Вместе с возможностью автоматизации, приложение дает пользователю неограниченную возможность редактирования сообщений и контроля сценариев (последовательности сообщений). «Последовательность сообщений» генерируется через скрипты.
MAPS™ разработан для работы на TDM интерфейсах или же на IP/Ethernet интерфейсах. MAPS™ также поддерживает 3G & 4G мобильные протоколы для тестирования стремительно развивающихся мобильных технологий. MAPS™ может моделировать радио сигнальные протоколы, такие как LTE (S1, eGTP, X2) интерфейсы и UMTS (IuCS, IuPS, IuH), GPRG Gb, и GSM A через слой IP транспорта.
MAPS™ механизм тестирования усилен для моделирования множественных UEs и IMS основных элементов, таких как P-CSCF, I-CSCF, S-CSCF, PCRF, MGCF в IMS сети. С помощью мобильных телефонов и других беспроводных сетей VoLTE Lab может работать в реальном времени для выполнения VoLTE звонков, а также для внутренней работы с PSTN и VoIP сетями. MAPS™ усовершенствован до версии высокой плотности и специальных целей применения 1U сетей, что позволяет высокую интенсивность звонков (сотни звонков/сек) и высокий объем звонков (десятки тысяч одновременных звонков/1U платформу).
Очень хорошее описание MAPS и его работы доступно в статьях в HP Journal за Август 1990.
Источник: pcb.iconnect007.com
