Khái niệm giao diện I/O.
Giao diện I/O là một mạch điện tử (dưới dạng chip hoặc bảng giao diện IC), bao gồm một số thanh ghi chuyên dụng và các mạch logic điều khiển tương ứng. Đây là phương tiện và cầu để trao đổi thông tin giữa các thiết bị CPU và I/O, và kết nối và trao đổi dữ liệu giữa CPU và các thiết bị bên ngoài và bộ nhớ cần được thực hiện thông qua thiết bị giao diện, được gọi là giao diện I/O và giao diện I/O và Sau này được gọi là giao diện bộ nhớ. Bộ nhớ thường được đồng bộ hóa dưới sự kiểm soát của CPU, mạch giao diện tương đối đơn giản; Và sự đa dạng của thiết bị I / O, mạch giao diện tương ứng cũng khác nhau, do đó, thông thường để nói rằng giao diện chỉ đề cập đến giao diện I / O.
Giao diện I/O Chức năng cơ bản
(1)Trình diễnCổngĐịa chỉ lựa chọn thiết bị giải mã.
(2)Cung cấp thông tin trạng thái thiết bị I/O giải mã lệnh cho CPU.
(3)Thời gian và kiểm soát thời gian tương ứng.
(4)Cung cấp bộ đệm dữ liệu được truyền để loại bỏ sự khác biệt trong "thời gian" hoặc tốc độ xử lý dữ liệu giữa máy tính và thiết bị ngoại vi.
(5)Cung cấp các phép biến đổi tương thích giữa máy tính và các thiết bị ngoại vi liên quan đến các định dạng thông tin. Cung cấpĐiệnthích nghi.
(6)Nó cũng có thể nhận ra việc trao đổi thông tin giữa CPU và các thiết bị ngoại vi bằng cách gián đoạn.
Phương pháp kiểm soát
(1) Phương pháp truy vấn chương trình
Trong phương pháp này, CPU yêu cầu trạng thái hiện tại của ngoại vi được chỉ định thông qua các hướng dẫn I/O và nếu ngoại vi đã sẵn sàng, nó sẽ thực hiện đầu vào hoặc đầu ra của dữ liệu; Nếu không, CPU chờ và truy vấn theo chu kỳ.
Ưu điểm của phương pháp này là cấu trúc đơn giản, chỉ một số lượng nhỏPhần cứngCác mạch có thể là, nhược điểm là tốc độ của CPU cao hơn nhiều so với ngoại vi, vì vậy thường ở trạng thái chờ đợi, hiệu quả công việc rất thấp.
(2) Phương pháp xử lý ngắt
Theo cách này, CPU không còn thụ động chờ đợi, nhưng có thể thực hiện các chương trình khác, một khi ngoại vi đã sẵn sàng để trao đổi dữ liệu, nó có thể đưa ra yêu cầu dịch vụ cho CPU, nếu CPU đáp ứng yêu cầu, nó sẽ tạm thời dừng lại Việc thực hiện chương trình hiện tại, đi đến việc thực hiện chương trình dịch vụ tương ứng với yêu cầu, và sau đó tiếp tục thực hiện chương trình đã bị gián đoạn sau khi hoàn thành chương trình ban đầu.
Những lợi thế của việc xử lý ngắt là rõ ràng, nó không chỉ cứu CPU khỏi việc truy vấn trạng thái của ngoại vi và chờ đợi ngoại vi sẵn sàng dành thời gian để cải thiện hiệu quả của CPU, mà còn đáp ứng các yêu cầu thời gian thực của ngoại vi. Tuy nhiên, cần phải gán số yêu cầu ngắt và chương trình dịch vụ ngắt tương ứng cho từng thiết bị I/Ongười điều khiển.
Ngoài ra, nhược điểm của phương pháp xử lý ngắt là mọi sự truyền của một ký tự phải bị gián đoạn để khởi động bộ điều khiển ngắt, nhưng cũng để giữ lại và khôi phục cảnh để tiếp tục thực hiện chương trình ban đầu, khối lượng công việc rất lớn , do đó, nếu cần một số lượng lớn trao đổi dữ liệu, hiệu suất của hệ thống sẽ rất thấp.
(3) DMA(Truy cập bộ nhớ trực tiếp) Phương thức chuyển giao
Một trong những tính năng rõ ràng nhất của DMA là nó không sử dụng phần mềm mà là bộ điều khiển chuyên dụng để kiểm soát việc trao đổi dữ liệu giữa bộ nhớ và thiết bị ngoại vi, mà không cần sự can thiệp của CPU, cải thiện đáng kể hiệu quả của CPU.
Trước khi truyền dữ liệu DMA, bộ điều khiển DMA áp dụng cho điều khiển bus cho CPU và CPU bàn giao điều khiển nếu được phép làm như vậy. Do đó, điều khiển xe buýt được giữ bởi bộ điều khiển DMA trong quá trình trao đổi dữ liệu và khi kết thúc quá trình truyền, bộ điều khiển DMA đưa điều khiển xe buýt trở lại CPU.
(4) Phương pháp chuyển giao vô điều kiện
(5) Phương thức kênh I/O
(6) Phương pháp bộ xử lý I/O
Kiểm soát công nghiệpMạng
Công nghiệpCác mạng điều khiển thường là mạng lưới khu vực cục bộ (LAN), thường hoạt động trong phạm vi vài km. Nó kết nối các thiết bị đo lường và điều khiển được phân phối xung quanh các cơ sở sản xuất vào các hệ thống tự động hóa với các chức năng khác nhau. Mạng lưới điều khiển được tìm thấy trong các nhà máy sản xuất, dây chuyền lắp ráp, nhà kính, kho hạt, đập, đường hầm, hệ thống kiểm soát giao thông khác nhau, tòa nhà, quân đội, chữa cháy, môi trườngkiểm tra, các tòa nhà và nhà.
Các nút của mạng kiểm soát công nghiệp
Các nút của mạng kiểm soát công nghiệp chủ yếu là các thiết bị đo lường với điện toán vàgiao tiếpkhả năng. Họ có thể có mộtnhúngCPU, nhưng chức năng tương đối đơn lẻ, sức mạnh tính toán của nó có thể ít hơn nhiều so với PC thông thường, không có bàn phím, hiển thị và các giao diện tương tác máy tính người khác. Một số thậm chí không có CPU,vi điều khiển, chỉ với một đơn giảnGiao diện giao tiếp, chẳng hạn như công tắc giới hạn, công tắc cảm ứng và các loại công tắc khác,Photoelectric, nhiệt độ, áp suất, dòng chảy, mức độ và các loại khác củacảm biến, máy phát, một loạt các thiết bị thu thập dữ liệu và như vậy.
Kiểm soát các nhiệm vụ mạng và môi trường làm việc
Mạng lưới kiểm soát công nghiệp để đối mặt với việc sản xuất công nghiệp của sự can thiệp điện từ mạnh, đối mặt với một loạt cáccơ họcRung, đối mặt với môi trường làm việc trường lạnh và nóng, để đi đến mạng kiểm soát có thể thích nghi với môi trường làm việc khắc nghiệt này. Ngoài ra, thiết bị tự kiểm soát rất khác nhau, việc thực hiện kết nối mạng và khả năng tương tác của mạng điều khiển thường rất khó khăn.
Kiểm soát mạng lưới yêu cầu thời gian thực
Mạng kiểm soát phải đáp ứng các yêu cầu kiểm soát thời gian thực. Kiểm soát thời gian thực các biến nhất định của dữ liệu thường yêu cầu giải khát chính xác và thường xuyên, vai trò kiểm soát phải được hoàn thành trong một giới hạn thời gian nhất định hoặc các hành động kiểm soát liên quan phải được hoàn thành theo trình tự các vấn đề được chỉ định.
Phân loại giao diện trường
Dựa trên các đặc điểm này của mạng điều khiển, một loạt các giao diện phải đảm bảo đáp ứng các yêu cầu của mạng điều khiển. Hiện tại, có bốn loại giao diện trong lĩnh vực công nghiệp:
(1) Giao thức chung liên quan đến nền tảng: OPC / DDE
OPC được đề xuất cho mục đích chuẩn hóa các giao diện phần mềm giữa các thiết bị và ứng dụng từ các nguồn cung cấp khác nhauNhà cung cấpvà làm cho việc trao đổi dữ liệu giữa chúng đơn giản hơn. Do đó, có thể cung cấp cho người dùng các thành phần phần mềm điều khiển quá trình có thể được kết hợp và sử dụng tự do mà không cần dựa vào môi trường phát triển và ngôn ngữ phát triển cụ thể.
(2) Giao thức giao tiếp độc lập với nền tảng: Modbus, Profibus
Giao thức Modbus là một ngôn ngữ phổ quát được sử dụng trong các bộ điều khiển điện tử. Thông qua giao thức này, các bộ điều khiển giao tiếp với nhau, các bộ điều khiển thông qua mạng (ví dụ:Ethernet) và các thiết bị khác. Nó đã trở thành một tiêu chuẩn công nghiệp phổ biến. Profibus, một tiêu chuẩn Fieldbus độc lập quốc tế, mở, nhà sản xuất, cho phép các thiết bị điều khiển từ các nhà sản xuất khác nhau được kết nối với mạng công nghiệp để giám sát và kiểm soát tập trung. Tốc độ truyền dẫn Profibus có thể được chọn từ 9,6kbaud đến 12MBaud và tất cả các thiết bị được kết nối với xe buýt nên được đặt ở cùng tốc độ khi hệ thống xe buýt được kích hoạt. Được sử dụng rộng rãi trong tự động hóa sản xuất, tự động hóa công nghiệp chế biến và xây dựng, vận chuyển và năng lượng và các lĩnh vực tự động hóa khác. Profibus là một bbus hiện trườngcông nghệĐối với giám sát cấp độ sàn của cửa hàng tự động hóa nhà máy và kiểm soát dữ liệu cấp thiết bị hiện trường.
(3) Các giao thức độc quyền độc lập với nền tảng: Hầu hếtDCSGiao thức, Giao thức Ethernet công nghiệp
(4) Các giao thức đặc biệt:Lập trìnhCổng, cổng in và các cách đặc biệt khác để có được thỏa thuận
Các giao thức truyền thông công nghiệp là đa dạng hơn chủ yếu do di sản lịch sử và độc quyền nhân tạo. Mặc dù vẫn còn một số lượng lớn các tiêu chuẩn hiện trường, nhưng không có tiêu chuẩn nào quan trọng hơn Ethernet công nghiệp.
Tóm tắt các giao diện/giao diện/giao diện khác nhau
Tên củaTự động hóa công nghiệpĐặc điểm nhận dạng xe buýt/giao thức/giao diện Giới thiệu Mô tả
Bus cảm biến/bộ truyền động ASI cho mức độ kiểm soát thấp hơn được sử dụng để kết nối các cảm biến và bộ truyền động với mức điều khiển trên với hệ thống dây đơn giản và kinh tế. Giao diện AS tuân thủ các tiêu chuẩn quốc tế EN 50295 và IEC 62026-2. AS-INTERFACE (AS-I=Giao diện bộ truyền động/cảm biến) là một sơ đồ giao tiếp trường để kết nối các bộ truyền động và cảm biến. Nhà tổ chức] Giao diện ASI/Giao thức/Thông số kỹ thuật
Bacnet ==Xây dựng điều khiển tự động hóa mạng lưới giao tiếp dữ liệu giao tiếp giao tiếp tự động hóa xây dựng điều khiển tự động hóaMạngTổ chức】 Tự động hóa công nghiệp giao thức truyền thông tự động hóa xây dựng: BACnet
Tán câyXe buýt đa cấp cho bộ truyền động/cảm biến Sử dụng hiệu quả băng thông xe buýt cho phép tán cây để đạt được thời gian phản ứng hệ thống ngắn ở tốc độ dữ liệu tương đối thấp. Ưu điểm chính của xe buýt CAN là: bảo mật dữ liệu cao và khả năng giữ lại khả năng đa cấp.
CC-Link Fieldbus cho thị trường châu Á CC-Link (Liên kết Điều khiển & Truyền thông) là một hệ thống xe buýt mở để liên lạc giữa cấp độ kiểm soát và cấp độ trường, chủ yếu ở khu vực châu Á.
ControlNet Standardized FieldBus ControlNet là một hệ thống FieldBus tiêu chuẩn mở. Giao thức xe buýt cho phép dữ liệu theo chu kỳ và acyclic được trao đổi trên xe buýt cùng một lúc mà không can thiệp vào nhau.
Tiêu chuẩn truyền thông DALI để tự động hóa việc xây dựng Tiêu chuẩn DALI (IEC 60929) là một giao thức sản xuất kéo dài nhằm đảm bảo khả năng tương tác của các chấn lưu điện tử trong các ứng dụng chiếu sáng. Tiêu chuẩn mới này được sử dụng để thay thế giao diện Dimmer 1-10 V. Điện tửCó địa chỉÁnh sángGiao diện (DALI) là một tiêu chuẩn tự động hóa tòa nhà cho việc kiểm soát kỹ thuật số của các chấn lưu điện tử. Dali được sử dụng như một hệ thống con, ví dụ như ánh sáng, rèm hoặc kiểm soát nhiệt độ và giao tiếp trực tiếp với hệ thống quản lý tòa nhà. Xe buýt tự động hóa công nghiệp để tự động hóa tòa nhà - Giao diện ánh sáng: Dali
Xe buýt thiết bị DeviceNet với công nghệ CAN DeviceNet là một hệ thống xe buýt cảm biến/thiết bị truyền động có nguồn gốc từ Hoa Kỳ, nhưng hiện đang được sử dụng ngày càng nhiều ở Châu Âu và Châu Á. DeviceNet dựa trên xe buýt CAN (NET khu vực bộ điều khiển).
DMX EIB Tiêu chuẩn truyền thông trong lĩnh vực tự động hóa xây dựng EIB (xe buýt lắp đặt châu Âu) là một hệ thống xe buýt để xây dựng hệ thống dây điện, được sử dụng rộng rãi chủ yếu ở châu Âu.
Enoceanlà một công nghệ không dây không dây bảo trì, không pin và không dây. Nó chủ yếu được sử dụng trong tự động hóa xây dựng: các mô -đun thiết bị khác nhau (ví dụ như một công tắc ánh sáng) được nhúng với hỗ trợ của Enocean. Sau đó, thiết bị có thể được điều khiển bởi bộ điều khiển. Tự động hóa công nghiệp giao thức không dây tự động hóa xây dựng: Enocean
EtherCat == Ethernet Field Ethernet EtherCat tốc độ cao (EthernetKiểm soát tự động hóaCông nghệ) là một giải pháp Ethernet cho tự động hóa công nghiệp được đặc trưng bởi hiệu suất cao và hoạt động dễ dàng.
Các giải pháp Ethernet công nghiệp Ethernet/IP từ ODVA Ethernet/IP là tiêu chuẩn Ethernet công nghiệp được phát triển bởi ODVA (Hiệp hội nhà cung cấp DeviceNet mở) và dựa trên các tiêu chuẩn Ethernet TCP/IP và UDP/IP.
Ethernet TCP/IP Network Bus Ethernet là một tiêu chuẩn quan trọng trong lĩnh vực văn phòng. Nhiều lợi thế của Ethernet, như tốc độ truyền cao, tích hợp đơn giản vào các mạng hiện có, một loạt các dịch vụ và nhiều giao diện khác nhau, cũng được phản ánh trong các sản phẩm Ethernet từ Beckhoff.
Fias fias == Giao diện Fidelio và đặc tả ứng dụng == (ước tính) ** f ** idelio** Tôi ** nterface** a ** pplication ** s ** Fias Pecization (Giao diện Fidelio và Đặc tả ứng dụng) là giao diện hàng đầu thế giới đối với phần mềm quản lý khách sạn. Nhà tổ chức] Tự động hóa công nghiệp tự động hóa giao diện phần mềm quản lý khách sạn: FIA và Fidelio
FIPIO WorldFIP tuân thủ FIP FIP tuân thủ Tiêu chuẩn châu Âu EN 50170 và được các nhà sản xuất độc lập từ Tổ chức FieldBus của WorldFIP hỗ trợ. Hiệu suất xe buýt có thể được điều chỉnh theo ứng dụng cụ thể thông qua việc trao đổi các biến và thông tin theo chu kỳ và không chu kỳ.
IEEE 1588 Interbus Interbus, được giới thiệu ra thị trường vào năm 1987, các nhóm trường liên trường được đặc trưng bởi cấu hình dễ dàng, tốc độ cao và độ tin cậy. Giao thức giao tiếp đăng ký thay đổi hệ thống chủ xe/nô lệ này có thể cải thiện hiệu quả của giao tiếp theo chu kỳ.
[Nhà tổ chức] FieldBus: Interbus
Io-link io-link hoàn toàn tiêu chuẩn hóa các giao diện khác nhau cần thiết choHệ thống điều khiểnvà xử lý công cụ. IO-Link cho phép các cảm biến và bộ truyền động được kết nối với lớp điều khiển bằng phương pháp kết nối điểm-điểm kinh tế. Là một giao diện mở, IO-Link có thể được tích hợp vào tất cả các hệ thống FieldBus thường được sử dụng. Một hệ thống liên kết IO bao gồm các thiết bị liên kết IO như cảm biến, bộ truyền động hoặc kết hợp cả hai. Họ sử dụng công nghệ kết nối ba dây truyền thống. Nhà tổ chức] IO-Link
Lightbus == Trường sợi quang cực cao tốc độ cao đối với điều khiển máy tốc độ cao Đây là hệ thống xe buýt sợi quang được phát triển bởi BeckhoffvớiMức độ trưởng thành cao, các tính năng chính bao gồm: miễn dịch cao đối với nhiễu điện từ, cài đặt dễ dàng, truyền dữ liệu rất nhanh và tuần hoàn và mức độ chắc chắn cao.
LON Tiêu chuẩn truyền thông trong lĩnh vực tự động hóa xây dựng LON (mạng hoạt động cục bộ) là một hệ thống truyền thông với nhiều kết nối mạng cho các ứng dụng phân tán, chủ yếu trong lĩnh vực tự động hóa xây dựng thương mại.
Modbus Open FieldBus Modbus là một giao thức truyền thông nối tiếp mở dựa trên cấu trúc chủ/nô lệ. Giao thức được công nhận rộng rãi vì nó có thể được triển khai rất dễ dàng trên tất cả các loại giao diện nối tiếp.
MP-Bus [Nhà tổ chức] MP-Bus
Profibus Profibus DP/FMS phù hợp với tiêu chuẩn châu Âu EN50170 Profibus là một chiếc xe buýt tốc độ cao được sử dụng rộng rãi cho các thiết bị ngoại vi phân tán (Profibus DP). Ngoài Profibus DP và FMS, Beckhoff cũng hỗ trợ giao thức MC Profibus cholái xegiao tiếp.
Giải pháp Ethernet công nghiệp Profinet từ PNO Profinet là tiêu chuẩn Ethernet công nghiệp mở được phát triển bởi PNO (Tổ chức người dùng Profibus), trong khi quốc tế công nhận các tiêu chuẩn như TCP/IP được sử dụng để giao tiếp.
RS232/rs485Giải pháp hiệu quả nhất cho mạngRS232và rs485 là các giao diện nối tiếp 'truyền thống' và luôn được sử dụng rộng rãi. Các mô-đun I/O RS485/RS232 của Beckhoff sử dụng một giao thức giao tiếp nối tiếp đơn giản, dễ thực hiện.
Sercos III Xe buýt từ lĩnh vực kỹ thuật ổ đĩa, SERCOS ban đầu được phát triển như một hệ thống xe buýt sợi quang tốc độ cao cho các ổ đĩa. Nhờ sự phát triển của bộ ghép xe buýt Sercos của Beckhoff, một số lợi thế của xe buýt Sercos (ví dụ: tốc độ truyền dữ liệu cao và thời gian chu kỳ ngắn) giờ đây cũng có thể được sử dụng cho các thiết bị ngoại vi I/O.
USBGiao diện tốc độ cao USB để sử dụng trong phòng thí nghiệm đã trở thành giao diện tiêu chuẩn cho các ứng dụng trong lĩnh vực công nghệ PC. Nhờ tốc độ truyền cao của nó, cấu trúc liên kết linh hoạt của nó (thông qua các trung tâm tích hợp) và bộ ghép bus USB từ Beckhoff, hệ thống USB có thể được sử dụng như một giải pháp thay thế cho các giao dịch trường trong các ứng dụng có khoảng cách ngắn.