Взаимосвязь ПЛК: объединение хранилищ данных для интеллектуального производства

В этой статье рассматривается важнейшая ценность взаимодействия между ПЛК, раскрываются основные подходы к взаимодействию, оцениваются основные протоколы и различия в их эффективности, а также с помощью информационного контраста и функционального исследования читатели получают рекомендации по выбору и настройке идеальных вариантов взаимодействия.

Введение: Неизбежность взаимосвязи PLC в эпоху интеллектуального производства

В современных условиях международных промышленных изменений промышленная автоматизация уже не просто средство повышения эффективности производства; это основа для создания адаптивных производственных систем и принятия решений на основе данных.

Являясь «мозгом» промышленных систем управления, программируемый логический контроллер (ПЛК) занимает важное место. Тем не менее, с расширением ассортимента продукции, усложнением процессов и глубоким внедрением технологий Интернета вещей (IoT) автономные системы ПЛК часто выходят из строя.

Существует настоятельная необходимость в установлении эффективных, стабильных и надежных каналов взаимодействия между ПЛК, распределенными по различным производственным линиям и отвечающими за уникальные задачи, для достижения бесперебойного обмена информацией, интегрированной работы оборудования и международной оптимизации производственных процессов.

Типичная модель «информационного бункера» фактически превратилась в существенную пробку, препятствующую развитию интеллектуального производства.

Например, если ПЛК упаковочной линии продукта не может получать информацию о производстве в реальном времени от вышестоящей линии загрузки, это приводит к неравномерности ритма. Аналогично, если ПЛК управления роботом не может обмениваться информацией об ошибках с ПЛК основной производственной линии, это увеличивает время простоя.

Эти проблемы подчеркивают важное значение межПЛК-коммуникации. Она не только служит мостом для обмена информацией на уровне оборудования, но и создает базовую основу для объединения, оценки и принятия решений на уровне всего завода и предприятия.

Взаимосвязанность ПЛК: краеугольный камень и основная ценность интеллектуального производства

Взаимодействие между ПЛК выходит далеко за рамки простой передачи информации, оно является краеугольным камнем современных систем промышленной автоматизации для достижения соответствия основным ценностям:

Обмен информацией и прозрачность: Информация о производстве в режиме реального времени (такая как результат, состояние инструментов, коды неисправностей и т. д.), передаваемая между различными ПЛК, обеспечивает мониторинг производства с подробным обзором работы завода. Это формирует информационную основу для большой аналитики информации и прогнозирования технического обслуживания, помогая сократить непредвиденные простои и повысить общую эффективность оборудования (OEE).

Совместная работа и оптимизация процессов: Благодаря взаимодействию несколько ПЛК могут совместно выполнять сложные производственные задания. Например, на автоматизированной сборочной линии подача продукции, обработка, проверка и упаковка продукции могут регулироваться разными ПЛК. Синхронизация данных между ними гарантирует плавный и эффективный производственный поток.

Централизованное управление и удаленный контроль: Связь между PLC позволяет главным диспетчерским пунктам или системам управления (таким как SCADA, MES) централизованно проверять, перенастраивать параметры и удаленно обнаруживать несколько PLC. Это значительно повышает ремонтопригодность и масштабируемость системы, одновременно минимизируя функциональные и эксплуатационные расходы.

Адаптируемое производство и быстрое реагирование: В условиях быстро меняющихся потребностей рынка современные производственные мощности нуждаются в гибких производственных возможностях. Взаимосвязь ПЛК делает перенастройку и корректировку производственной линии еще более гибкой. Благодаря удаленной настройке и загрузке программ можно быстро адаптировать совершенно новые производственные задачи. По сути, взаимосвязь ПЛК является важным курсом для разработки цифровых фабрик, обеспечивая интеллектуальное принятие решений и усиливая венчурную конкуренцию.

Тщательный анализ и сравнение основных методов коммуникации

Ключевые методы коммуникации между ПЛК включают последовательную коммуникацию, идентичное взаимодействие и связь Industrial Ethernet. Понимание их особенностей имеет решающее значение для выбора идеального средства.

Последовательная связь:

• Функции: Передает данные побитно. Требует меньше сигнальных линий, подходит для больших расстояний.
• Преимущества: Простая электропроводка, сниженная цена, сравнительно лучшая звукоизоляция.
• Ограничения: Относительно низкая скорость передачи данных, минимальные возможности работы в реальном времени.
• Типичные протоколы: Modbus RTU/ASCII, PPI, специальные протоколы RS-232/RS-485 и т. д.

Параллельная коммуникация:

• Качества: Передает информацию байтами или словами одновременно по нескольким линиям данных.
• Преимущества: Высокая скорость передачи данных, высокая пропускная способность в режиме реального времени.
• Ограничения: Сложная проводка, короткое расстояние передачи, высокая цена, подверженность помехам.
• Распространенные применения: В основном используется для передачи данных на короткие расстояния и обеспечения высокой скорости, часто между модулями ПЛК или между ПЛК и компонентами высокоскоростного ввода-вывода, гораздо реже используется в качестве основного подхода для обеспечения связи между ПЛК.

Промышленная связь Ethernet:

• Атрибуты: Основан на стандартной технологии Ethernet, но максимально оптимизирован для эффективности и производительности в реальном времени в промышленных условиях. Использует набор протоколов TCP/IP, поддерживая различные сетевые географии, такие как звезда, шина и кольцо.
• Преимущества: Высокая скорость (100 Мбит/с/Гбит/с), большая информационная способность, высокая гибкость сети, поддержка нескольких ведущих и ведомых устройств, простое сочетание с ИТ-сетями и отличная масштабируемость.
• Ограничения: Сравнительно более высокие первоначальные инвестиции, более сложная компоновка.

Руководство по оценке и выбору основных протоколов связи

Процедуры взаимодействия являются «языком» обмена информацией, определяющим стиль, синхронизацию и устройства обработки ошибок для передачи информации. При взаимодействии между ПЛК выбор идеальной процедуры является центральным для компоновки системы.

Протокол Modbus

• Введение: Modbus — это устойчивый, открытый и широко используемый последовательный протокол связи, поддерживающий физические пользовательские интерфейсы, такие как RS-232 и RS-485. Он также развился в Modbus TCP, который основан на Ethernet.
• Функции: Простая структура процедур, простая в применении и отладке. Поддерживает настройку ведущий-ведомый, где один ведущий может управлять несколькими подчиненными. Богатые виды информации, состоящие из катушек и регистров.
• Приложения: Обычно используется для взаимодействия между различными марками ПЛК или между ПЛК и инструментами. датчики, HMI-интерфейсы, особенно в ситуациях с менее строгими требованиями к работе в реальном времени или в качестве интерфейса общего назначения.

Протокол PPI (интерфейс «точка-точка»)

• Обзор: PPI — это последовательный протокол связи, используемый исключительно в ПЛК серии Siemens S7-200 и основанный на физическом уровне RS-485.
• Качества: Специально для ПЛК серии Siemens S7-200, в основном используется для загрузки/выгрузки программ с помощью программного обеспечения (Step7-Micro/Win) и связи между S7-200 и HMI. Поддерживает настройку ведущий-ведомый.
• Приложения: Ограничено ПЛК серии Siemens S7-200. В современных основных сериях S7-1200/1500 он был в значительной степени заменен взаимодействием PROFINET/Ethernet.

Протокол PROFINET

• Краткое содержание: PROFINET — это процедура связи для промышленной автоматизации, разработанная PROFIBUS и PROFINET International (PI) на основе базового Ethernet.
• Характеристики: Высокая скорость и мощные возможности работы в режиме реального времени (поддержка IR_T и различных других курсов реального времени), поддержка адаптируемых топологий сетей (линия, звезда, кольцо), интеграция аналитических характеристик и упрощение управления инструментами и организации проектирования.
• Приложения: Широко используется многочисленными брендами PLC, такими как Siemens и Beckhoff. Это предпочтительный выбор для сложных, высокоскоростных и критически важных в реальном времени производственных линий (например, автомобилестроение, упаковочное оборудование).

Протокол EtherNet/IP

• Обзор: EtherNet/IP (Ethernet Industrial Protocol) — промышленный протокол, разработанный ODVA (Open DeviceNet Vendors Association), также основанный на стандартном Ethernet.
• Характеристики: Использует Common Industrial Protocol (CIP) для унификации функций управления, безопасности, конфигурации и диагностики. Поддерживает как явные, так и неявные сообщения для гибкого обмена данными и высокопроизводительного управления в реальном времени.
• Приложения: Широко используется с Rockwell Automation Allen-Bradley PLC и множество других устройств, соответствующих CIP. Доминирует на североамериканском рынке.