مفهوم رابط I/O
رابط I/O یک مدار الکترونیکی (به شکل تراشه IC یا صفحه رابط) است که از تعدادی از ثبت های تخصصی و مدارهای منطق کنترل مربوطه تشکیل شده است. این رسانه متوسط و پلی برای تبادل اطلاعات بین دستگاه های CPU و I/O است ، و اتصال و تبادل داده بین CPU و دستگاه های خارجی و حافظه باید از طریق دستگاه رابط ، که به عنوان رابط I/O شناخته می شود ، تحقق یابد. دوم به عنوان رابط حافظه شناخته می شود. حافظه معمولاً تحت کنترل CPU هماهنگ می شود ، مدار رابط نسبتاً ساده است. و انواع دستگاه I / O ، مدار رابط مربوطه نیز متفاوت است ، بنابراین مرسوم است که بگوییم رابط فقط به رابط I / O اشاره دارد.
I/O Interface توابع اساسی
(1)اجرا کردنبندرانتخاب دستگاه رمزگشایی آدرس.
(2)اطلاعات وضعیت دستگاه I/O و رمزگشایی فرمان را به CPU ارائه دهید.
(3)زمان بندی و کنترل زمان بندی مربوطه.
(4)بافر داده های منتقل شده را برای از بین بردن تفاوت در "زمان بندی" یا سرعت پردازش داده بین رایانه و لوازم جانبی فراهم می کند.
(5)ارائه تحولات سازگاری بین رایانه و دستگاه های محیطی با توجه به قالب های اطلاعات. تصویب کردنبرقسازگاری
(6)همچنین می تواند تبادل اطلاعات بین CPU و دستگاه های محیطی را با وقفه تحقق بخشد.
روش کنترل
(1) روش پرس و جو برنامه
در این روش ، CPU وضعیت فعلی محیطی مشخص شده را از طریق دستورالعمل های I/O می پرسد ، و در صورت آماده بودن محیطی ، ورودی یا خروجی داده ها را از آن خارج می کند. در غیر این صورت ، CPU به صورت چرخه ای منتظر می ماند و نمایش داده می شود.
مزیت این روش این است که ساختار ساده است ، فقط تعداد کمی از آنهاسخت افزارمدارها می توانند باشند ، نقطه ضعف این است که سرعت CPU بسیار بالاتر از محیطی است ، بنابراین معمولاً در حالت انتظار ، راندمان کار بسیار کم است.
(2) روش پردازش را قطع کنید
به این ترتیب ، CPU دیگر منتظر منفعل نیست ، اما می تواند برنامه های دیگری را اجرا کند ، پس از آماده شدن محیطی برای تبادل داده ، می تواند درخواست خدمات را به CPU ارائه دهد ، اگر CPU به درخواست پاسخ دهد ، به طور موقت متوقف می شود اجرای برنامه فعلی ، به اجرای برنامه خدمات مربوط به درخواست بروید و سپس اجرای برنامه ای را که پس از اتمام برنامه اصلی قطع شده است ، ادامه دهید.
مزایای پردازش وقفه آشکار است ، نه تنها CPU را از پرس و جو از وضعیت محیطی صرفه جویی می کند و منتظر است تا محیطی آماده باشد تا وقت خود را برای بهبود کارآیی CPU صرف کند ، بلکه برای برآورده کردن الزامات زمان واقعی در زمان واقعی محیطی با این حال ، لازم است یک شماره درخواست قطع و برنامه خدمات قطع مربوطه برای هر دستگاه I/O اختصاص دهید و علاوه بر این ، یک وقفهکنترل کننده(تراشه رابط I/O) برای مدیریت درخواست های قطع شده توسط دستگاه I/O ، مانند تنظیم ماسک قطع ، اولویت درخواست وقفه و غیره لازم است.
علاوه بر این ، ضرر روش پردازش قطع این است که برای شروع کنترل کننده قطع ، باید هر انتقال یک شخصیت قطع شود ، بلکه برای حفظ و بازگرداندن صحنه به منظور ادامه اجرای برنامه اصلی ، بار کار بسیار بزرگ است ، به طوری که اگر تعداد زیادی از مبادلات داده مورد نیاز باشد ، عملکرد سیستم بسیار کم خواهد بود.
(3) DMA(دسترسی مستقیم حافظه) روش انتقال
یکی از بارزترین ویژگی های DMA این است که از نرم افزار استفاده نمی کند بلکه یک کنترل کننده تخصصی برای کنترل تبادل داده ها بین حافظه و لوازم جانبی ، بدون مداخله CPU ، باعث بهبود کارایی CPU می شود.
قبل از انتقال داده DMA ، کنترلر DMA برای کنترل اتوبوس به CPU اعمال می شود و در صورت مجاز به انجام این کار ، CPU کنترل را بر روی کنترل قرار می دهد. بنابراین ، کنترل اتوبوس توسط کنترلر DMA در هنگام تبادل داده نگهداری می شود و در پایان انتقال ، کنترلر DMA کنترل اتوبوس را به CPU باز می گرداند.
(4) روش انتقال بی قید و شرط
(5) روش کانال I/O
(6) روش پردازنده I/O
کنترل صنعتیشبکه
صنعتیشبکه های کنترل به طور کلی شبکه های محلی (LAN) هستند که به طور کلی در محدوده چند کیلومتری کار می کنند. این دستگاه های اندازه گیری و کنترل توزیع شده در اطراف تأسیسات تولید را به سیستم های اتوماسیون با عملکردهای مختلف متصل می کند. شبکه های کنترل در کارخانه های تولید ، خطوط مونتاژ ، گلخانه ها ، انبارهای دانه ، سدها ، تونل ها ، سیستم های مختلف کنترل ترافیک ، ساختمانها ، ارتش ، آتش نشانی ، محیط زیست یافت می شودتست، ساختمانها و خانه ها.
گره های شبکه های کنترل صنعتی
گره های یک شبکه کنترل صنعتی بیشتر دستگاه های اندازه گیری با محاسبات وارتباطقابلیت ها آنها ممکن است یکتعبیه شدهCPU ، اما عملکرد نسبتاً مجرد است ، قدرت محاسبات آن ممکن است به مراتب کمتر از یک رایانه معمولی باشد ، هیچ صفحه کلید ، نمایشگر و سایر رابطهای تعامل انسان و رایانه وجود ندارد. برخی حتی CPU ندارند ،میکرو کنترل کننده، فقط با یک سادهرابط ارتباطی، مانند سوئیچ های محدود ، سوئیچ های القایی و انواع دیگر سوئیچ ها ،فتو الکتریکی، دما ، فشار ، جریان ، سطح و انواع دیگرحسگر, فرستنده، انواع دستگاه های دستیابی به داده ها و غیره.
کنترل وظایف شبکه و محیط کار
شبکه کنترل صنعتی برای مواجهه با تولید صنعتی تداخل الکترومغناطیسی قوی ، با انواع مختلفی ازمکانیکیارتعاش ، روبرو شدن با محیط کار سرماخوردگی و گرم ، برای رفتن به شبکه کنترل می تواند با این محیط کار سخت سازگار باشد. علاوه بر این ، تجهیزات خودکنترلی بسیار متفاوت است ، تحقق اتصال شبکه کنترل و قابلیت همکاری اغلب بسیار دشوار است.
شبکه کنترل نیازهای زمان واقعی را کنترل کنید
شبکه کنترل باید نیازهای کنترل زمان واقعی را برآورده کند. کنترل در زمان واقعی متغیرهای خاص داده ها اغلب نیاز به تازه سازی دقیق و منظم دارند ، نقش کنترل باید در یک محدودیت زمانی مشخص انجام شود ، یا اقدامات کنترل مرتبط باید مطابق با توالی موارد مشخص شده انجام شود.
طبقه بندی رابط میدانی
بر اساس این ویژگی های شبکه کنترل ، انواع رابط باید اطمینان حاصل کند که نیازهای شبکه کنترل را برآورده می کند. در حال حاضر ، چهار نوع رابط در زمینه صنعتی وجود دارد:
(1) پروتکل مشترک پلت فرم: OPC / DDE
OPC به منظور استاندارد سازی رابط های نرم افزاری بین دستگاه ها و برنامه های مختلف از عرضه های مختلف پیشنهاد شده استفروشندگانو مبادله داده ها بین آنها ساده تر است. در نتیجه ، می توان اجزای نرم افزاری کنترل فرآیند را که می توانند آزادانه ترکیب و استفاده شوند بدون تکیه بر یک زبان توسعه خاص و محیط توسعه ، به کاربران ارائه دهند.
(2) پروتکل های ارتباطی مستقل از بستر: Modbus ، Profibus
پروتکل Modbus یک زبان جهانی است که در کنترل کننده های الکترونیکی مورد استفاده قرار می گیرد. از طریق این پروتکل ، کنترل کننده ها با یکدیگر ارتباط برقرار می کنند ، کنترل کننده ها از طریق شبکه (به عنوان مثالاترنت) و سایر دستگاه ها. این یک استاندارد صنعتی رایج شده است. Profibus ، یک استاندارد بین المللی ، باز و سازنده مستقل از FieldBus ، به دستگاه های کنترل از تولید کنندگان مختلف اجازه می دهد تا برای نظارت و کنترل متمرکز به یک شبکه صنعتی متصل شوند. سرعت انتقال Profibus را می توان از 9.6kbaud به 12mbaud انتخاب کرد و تمام دستگاه های متصل به اتوبوس باید هنگام فعال شدن سیستم اتوبوس با همان سرعت تنظیم شوند. به طور گسترده در ساخت اتوماسیون ، اتوماسیون صنعت فرآیند و ساختمان ، حمل و نقل و نیرو و سایر مناطق اتوماسیون مورد استفاده قرار می گیرد. Profibus یک Fieldbus استفناوریبرای نظارت بر سطح کف فروشگاه اتوماسیون کارخانه و ارتباط و کنترل سطح دستگاه میدانی.
(3) پروتکل های اختصاصی مستقل از سکو: بیشترDCSپروتکل ها ، پروتکل های اترنت صنعتی
(4) پروتکل های ویژه:برنامه نویسیبندر ، پورت چاپ و سایر روشهای ویژه برای به دست آوردن توافق نامه
پروتکل های ارتباطی انتقال صنعتی عمدتاً به دلیل میراث تاریخی و انحصار مصنوعی متفاوت است. اگرچه هنوز تعداد زیادی از استانداردهای Fieldbus وجود دارد ، اما هیچ استانداردی نسبت به اترنت صنعتی حیاتی نیست.
خلاصه ای از بوس های مختلف/پروتکل ها/رابط ها
ناماتوماسیون صنعتیویژگی های شناسایی اتوبوس/پروتکل/رابط توضیحات مقدمه
ASI Sensor/Actuator Bus برای سطح کنترل پایین تر از رابط برای اتصال سنسورها و محرک ها به سطح کنترل فوقانی با سیم کشی ساده و اقتصادی استفاده می شود. رابط AS با استانداردهای بین المللی EN 50295 و IEC {{2} مطابقت دارد. as-Interface (AS-I {5}}} رابط محرک/سنسور) یک طرح ارتباطی FieldBus برای اتصال محرک ها و سنسورها است. سازمان دهنده] رابط ها/پروتکل ها/مشخصات ASI
bacnet ==کنترل اتوماسیون ساختمان پروتکل ارتباطات اطلاعات شبکه کنترل ساختمان کنترل اتوماسیون ساختمانشبکه【سازماندهی】 اتوماسیون صنعتی پروتکل ارتباطات اتوماسیون ساختمان: BACNET
سایباناتوبوس چند استاد برای محرک ها/سنسورها استفاده مؤثر از پهنای باند اتوبوس به Canopen اجازه می دهد تا زمان پاسخ کوتاه سیستم را در نرخ داده های نسبتاً پایین برساند. مزایای اصلی اتوبوس CAN عبارتند از: امنیت داده های بالا و امکان حفظ توانایی چند استاد.
CC-Link FieldBus برای بازار آسیا CC-Link (لینک کنترل و ارتباطی) یک سیستم اتوبوس باز برای ارتباط بین سطح کنترل و سطح Fieldbus ، عمدتا در منطقه آسیا است.
Controlnet استاندارد FieldBus Controlnet یک سیستم استاندارد استاندارد FieldBus است. پروتکل اتوبوس اجازه می دهد تا داده های چرخه ای و آسیکلیک در همان زمان بدون دخالت در یکدیگر ، از طریق اتوبوس رد و بدل شوند.
استاندارد ارتباطی DALI برای اتوماسیون ساختمان استاندارد DALI (IEC 60929) یک پروتکل تولید کننده است که هدف آن اطمینان از قابلیت تعامل بالاست های الکترونیکی در برنامه های روشنایی است. این استاندارد جدید برای جایگزینی رابط dimmer {2}} V استفاده می شود. دیجیتالیقابل پرداختروشناییرابط (DALI) یک استاندارد اتوماسیون ساختمان برای کنترل دیجیتالی بالاست های الکترونیکی است. DALI به عنوان زیر سیستم استفاده می شود ، به عنوان مثال برای روشنایی ، پرده یا کنترل دما ، و مستقیماً با سیستم مدیریت ساختمان ارتباط برقرار می کند. اتوبوس اتوماسیون صنعتی برای اتوماسیون ساختمان - رابط روشنایی: دالی
اتوبوس دستگاه Devicenet با CAN Technology Devicenet یک سیستم اتوبوس سنسور/محرک است که در ایالات متحده آمریکا سرچشمه گرفته است ، اما اکنون به طور فزاینده ای در اروپا و آسیا مورد استفاده قرار می گیرد. Devicenet مبتنی بر اتوبوس CAN (کنترل کننده منطقه NET) است.
DMX EIB استاندارد ارتباطی در زمینه اتوماسیون ساختمان EIB (اتوبوس نصب اروپا) یک سیستم اتوبوس برای سیم کشی ساختمان است که به طور عمده در اروپا مورد استفاده قرار می گیرد.
از بین بردنیک فناوری بی سیم بدون تعمیر و نگهداری ، بدون باتری و بدون سیم است. این ماده به طور عمده در اتوماسیون ساختمان استفاده می شود: ماژول های مختلف دستگاه (به عنوان مثال یک سوئیچ نور) با پشتیبانی Enocean تعبیه شده اند. سپس دستگاه را می توان توسط کنترلر کنترل کرد. اتوماسیون صنعتی پروتکل بی سیم اتوماسیون ساختمان: Enocean
Ethercat == با سرعت بالا در زمان واقعی اترنت FieldBus EtherCat (اترنتاتوماسیون کنترلفناوری) یک راه حل اترنت برای اتوماسیون صنعتی است که با کارایی بالا و عملکرد آسان مشخص می شود.
راه حل های اترنت/IP اترنت صنعتی از ODVA Ethernet/IP استاندارد صنعتی اترنت است که توسط ODVA (انجمن فروشنده Devicenet باز) ساخته شده است و بر اساس استانداردهای اترنت TCP/IP و UDP/IP است.
اترنت TCP/IP Network Bus اترنت یک استاندارد مهم در بخش دفتر است. بسیاری از مزایای اترنت ، مانند نرخ انتقال زیاد ، ادغام ساده در شبکه های موجود ، طیف گسترده ای از خدمات و طیف گسترده ای از رابط ها نیز در محصولات اترنت از بکهف منعکس شده است.
fias fias ==} رابط Fidelio و مشخصات برنامه == (تخمین زده شده) ** f ** idelio** من ** nterface** a ** pplication ** S ** FIAS FIA (رابط Fidelio و مشخصات برنامه) رابط پیشرو در جهان به نرم افزار مدیریت مهمان نوازی است. سازمان دهنده] اتوماسیون صنعتی اتوماسیون ساختمان رابط نرم افزاری مدیریت هتل: FIA و Fidelio
FIPIO WorldFip-FieldBus FIP با استاندارد EN EN 50170 اروپا مطابقت دارد و توسط تولید کنندگان مستقل از سازمان WorldFip FieldBus پشتیبانی می شود. عملکرد اتوبوس می تواند از طریق تبادل متغیرها و اطلاعات چرخه ای و غیر چرخه ای با برنامه خاص سازگار شود.
IEEE 1588 Interbus Interbus ، معرفی شده در سال 1987 Fieldbuses Interbus با پیکربندی آسان ، سرعت بالا و قابلیت اطمینان مشخص می شود. این پروتکل ارتباطی ثبت نام Master/Slave System Shift می تواند کارایی ارتباطات چرخه ای را بهبود بخشد.
[سازمان دهنده] Fieldbus: interbus
IO-Link IO-Link به طور کامل رابط های مختلف مورد نیاز را استاندارد می کندسیستم های کنترلو پردازش ابزار IO-Link اجازه می دهد تا سنسورها و محرک ها با استفاده از یک روش اتصال اقتصادی نقطه به نقطه به لایه کنترل متصل شوند. به عنوان یک رابط باز ، IO-Link می تواند در کلیه سیستم های FieldBus متداول ادغام شود. یک سیستم IO-Link از دستگاه های IO-Link مانند سنسورها ، محرک ها یا ترکیبی از هر دو تشکیل شده است. آنها از فناوری اتصال سه سیم سنتی استفاده می کنند. سازمان دهنده] io-link
Lightbus == با سرعت بالا فیبر-نوری Fieldbus بدون تداخل ارتباطات FieldBus برای کنترل دستگاه با سرعت بالا این یک سیستم اتوبوس فیبر نوری است که توسط Beckhoff ساخته شده استبادرجه بالایی از بلوغ ، از ویژگی های اصلی عبارتند از: ایمنی زیاد در تداخل الکترومغناطیسی ، نصب آسان ، انتقال داده های بسیار سریع و چرخه ای و اطمینان بالایی.
LON استاندارد ارتباطی در زمینه اتوماسیون ساختمان LON (شبکه عملیاتی محلی) یک سیستم ارتباطی با اتصالات چند شبکه برای برنامه های توزیع شده ، عمدتاً در زمینه اتوماسیون ساختمان تجاری است.
Modbus Open FieldBus Modbus یک پروتکل ارتباطی سریال باز است که بر اساس یک ساختار کارشناسی ارشد/برده ساخته شده است. این پروتکل به طور گسترده ای شناخته می شود زیرا می تواند به راحتی در انواع رابط های سریال اجرا شود.
MP-Bus [Organizer] MP-Bus
Profibus Profibus DP/FMS مطابق با استاندارد اروپایی EN50170 Profibus یک اتوبوس با سرعت بالا است که به طور گسترده برای دستگاه های محیطی توزیع شده (Profibus DP) استفاده می شود. علاوه بر Profibus DP و FMS ، Beckheff همچنین از پروتکل Profibus MC برای پشتیبانی می کندمحرکارتباطات
راه حل های اترنت صنعتی Profinet از PNO Profinet استاندارد اترنت صنعتی باز است که توسط PNO (سازمان کاربر Profibus) ساخته شده است ، در حالی که استانداردهای IT شناخته شده بین المللی مانند TCP/IP برای ارتباطات استفاده می شود.
Rs232/RS485مقرون به صرفه ترین راه حل برای شبکهRs232و RS485 رابط های سریال "سنتی" هستند و همیشه به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرند. ماژول های RS485/RS232 Beckhoff از یک پروتکل ارتباطی سریال ساده و آسان برای اجرای استفاده می کنند.
Sercos III اتوبوس از میدان مهندسی درایو ، Sercos در ابتدا به عنوان یک سیستم اتوبوس فیبر نوری با سرعت بالا برای درایوها توسعه یافته است. با تشکر از توسعه کوپلر اتوبوس Sercos توسط بکهوف ، برخی از مزایای اتوبوس Sercos (به عنوان مثال نرخ انتقال داده های بالا و زمان چرخه کوتاه) اکنون می تواند برای لوازم جانبی I/O نیز استفاده شود.
USBرابط پر سرعت USB برای استفاده آزمایشگاهی به رابط استاندارد برای برنامه های کاربردی در زمینه فناوری PC تبدیل شده است. به لطف نرخ انتقال زیاد ، توپولوژی انعطاف پذیر آن (از طریق قطب های یکپارچه) و کوپلر اتوبوس USB از بکهف ، از سیستم USB می تواند به عنوان جایگزینی برای زمینه های میدانی در برنامه های دارای مسافت کوتاه استفاده شود.