Concepto de interfaz de E/S
La interfaz de E/S es un circuito electrónico (en forma de chip IC o placa de interfaz), que se compone de varios registros especializados y circuitos lógicos de control correspondientes. Es el medio y el puente para intercambiar información entre la CPU y los dispositivos de E/S, y la conexión y el intercambio de datos entre la CPU y los dispositivos externos y la memoria deben realizarse a través del dispositivo de interfaz, que se conoce como interfaz de E/S, y la El último se conoce como interfaz de memoria. La memoria generalmente se sincroniza bajo el control de la CPU, el circuito de interfaz es relativamente simple; Y la variedad de dispositivos de E / S, el circuito de interfaz correspondiente también es diferente, por lo tanto, es costumbre decir que la interfaz solo se refiere a la interfaz de E / S.
Funciones básicas de la interfaz de E/S
(1)Llevar a cabopuertoDirección de selección de dispositivos de decodificación.
(2)Proporcione información de estado del dispositivo de E/S y decodificación de comandos a la CPU.
(3)Tiempo y control de sincronización correspondiente.
(4)Proporciona almacenamiento en búfer de datos transmitidos para eliminar las diferencias en la "sincronización" o la velocidad de procesamiento de datos entre la computadora y los periféricos.
(5)Proporcionar transformaciones de compatibilidad entre la computadora y los dispositivos periféricos con respecto a los formatos de información. Proporcionareléctricoadaptaciones.
(6)También puede realizar el intercambio de información entre la CPU y los dispositivos periféricos al interrumpir.
Método de control
(1) Método de consulta del programa
En este método, la CPU pregunta el estado actual del periférico especificado a través de instrucciones de E/S, y si el periférico está listo, lleva a cabo la entrada o salida de datos; De lo contrario, la CPU espera y consultas en cíclicamente.
La ventaja de este método es que la estructura es simple, solo un pequeño número dehardwareLos circuitos pueden ser, la desventaja es que la velocidad de la CPU es mucho más alta que la periférica, por lo que generalmente en un estado de espera, la eficiencia laboral es muy baja.
(2) Método de procesamiento de interrupción
De esta manera, la CPU ya no está pasiva en espera, pero puede ejecutar otros programas, una vez que el periférico esté listo para el intercambio de datos, puede presentar una solicitud de servicio a la CPU, si la CPU responde a la solicitud, se detendrá temporalmente La ejecución del programa actual, vaya a la ejecución del programa de servicio correspondiente a la solicitud y luego continúe la ejecución del programa que se ha interrumpido después de la finalización del programa original.
Las ventajas del procesamiento de interrupción son obvias, no solo evita que la CPU consulte el estado del periférico y la espera de que el periférico esté listo para pasar tiempo para mejorar la eficiencia de la CPU, sino también para cumplir con los requisitos en tiempo real de El periférico. Sin embargo, es necesario asignar un número de solicitud de interrupción y el programa de servicio de interrupción correspondiente para cada dispositivo de E/S, y además, una interrupcióncontrolador(Chip de interfaz de E/S) es necesario para administrar las solicitudes de interrupción realizadas por el dispositivo de E/S, como configurar la máscara de interrupción, la prioridad de la solicitud de interrupción, etc.
Además, la desventaja del método de procesamiento de interrupción es que cada transmisión de un personaje debe interrumpir para iniciar el controlador de interrupción, pero también para retener y restaurar la escena para continuar la ejecución del programa original, la carga de trabajo es muy grande. , de modo que si se requiere una gran cantidad de intercambios de datos, el rendimiento del sistema será muy bajo.
(3) DMA(Acceso de memoria directa) Método de transferencia
Una de las características más obvias de DMA es que no usa software, sino un controlador especializado para controlar el intercambio de datos entre la memoria y los periféricos, sin la intervención de la CPU, mejorando en gran medida la eficiencia de la CPU.
Antes de la transferencia de datos de DMA, el controlador DMA se aplica para el control del bus a la CPU, y la CPU entrega el control si se le permite hacerlo. Por lo tanto, el control del control del bus es mantenido por el controlador DMA durante el intercambio de datos, y al final de la transferencia, el controlador DMA entrega el control del bus de regreso a la CPU.
(4) Método de transferencia incondicional
(5) Método de canal de E/S
(6) Método del procesador de E/S
Control industrialRedes
IndustrialLas redes de control son generalmente redes de área local (LAN), que generalmente funcionan dentro de un rango de unos pocos kilómetros. Conecta dispositivos de medición y control distribuidos alrededor de las instalaciones de producción a sistemas de automatización con diferentes funciones. Las redes de control se encuentran en plantas de producción, líneas de ensamblaje, invernaderos, depósitos de granos, presas, túneles, varios sistemas de control de tráfico, edificios, militares, tiroteo, ambiental.pruebas, edificios y casas.
Nodos de redes de control industrial
Los nodos de una red de control industrial son principalmente dispositivos de medición con computación ycomunicacióncapacidades. Pueden tener unincorporadoCPU, pero la función es relativamente única, su potencia informática puede ser mucho menor que una PC ordinaria, no hay teclado, pantalla y otras interfaces de interacción humana computadora. Algunos incluso no tienen una CPU,microcontrolador, solo con un simpleinterfaz de comunicación, como interruptores de límite, interruptores inductivos y otros tipos de interruptores,fotoeléctrico, temperatura, presión, flujo, nivel y otros tipos desensores, transmisores, una variedad de dispositivos de adquisición de datos, etc.
Controlar tareas de red y entorno de trabajo
Red de control industrial para enfrentar la producción industrial de una fuerte interferencia electromagnética, enfrentando una variedad demecánicoLa vibración, frente al entorno de trabajo de campo frío y caliente, para ir a la red de control puede adaptarse a este duro entorno de trabajo. Además, el equipo de autocontrol varía enormemente, la realización de la interconexión de la red de control y la interoperabilidad a menudo es muy difícil.
Control de la red de requisitos en tiempo real
La red de control debe cumplir con los requisitos de control en tiempo real. El control en tiempo real de ciertas variables de los datos a menudo requiere un refresco preciso y regular, el rol de control debe completarse dentro de un cierto límite de tiempo, o las acciones de control relacionadas deben completarse de acuerdo con la secuencia de asuntos especificados.
Clasificación de la interfaz de campo
Según estas características de la red de control, una variedad de interfaces deben garantizar que cumplan con los requisitos de la red de control. En la actualidad, hay cuatro tipos de interfaces en el campo industrial:
(1) Protocolo común de relevancia de la plataforma: OPC / DDE
Se propone OPC con el fin de estandarizar las interfaces de software entre dispositivos y aplicaciones de diferentes suministros.vendedoresy hacer que el intercambio de datos entre ellos sea más simple. Como resultado, es posible proporcionar a los usuarios componentes de software de control de procesos que se pueden combinar y usar libremente sin depender de un lenguaje de desarrollo y un entorno de desarrollo específico.
(2) Protocolos de comunicación independientes de la plataforma: Modbus, Profibus
El protocolo Modbus es un lenguaje universal utilizado en controladores electrónicos. A través de este protocolo, los controladores se comunican entre sí, controladores a través de la red (por ejemplo,Éternet) y otros dispositivos. Se ha convertido en un estándar industrial común. Profibus, un estándar de bus de campo internacional, abierto e independiente del fabricante, permite que los dispositivos de control de diferentes fabricantes estén conectados a una red industrial para el monitoreo y el control centralizados. La velocidad de transmisión PROFIBUS se puede seleccionar de 9.6kbaud a 12Mbaud y todos los dispositivos conectados al bus deben establecerse a la misma velocidad cuando se activa el sistema de bus. Ampliamente utilizado en automatización de fabricación, automatización y construcción de la industria de procesos, transporte y energía y otras áreas de automatización. Profibus es un bus de campotecnologíaPara el monitoreo de nivel de planta de la tienda de automatización de fábrica y la comunicación y el control de datos de nivel de dispositivo de campo.
(3) Protocolos patentados independientes de la plataforma: la mayoríaDCSProtocolos, protocolos industriales de Ethernet
(4) Protocolos especiales:Programaciónpuerto, puerto de impresión y otras formas especiales de obtener el acuerdo
Los protocolos de comunicación de transmisión industrial son más variados principalmente debido al legado histórico y al monopolio artificial. Aunque todavía hay una gran cantidad de estándares de bus de campo, pero ningún estándar es más vital que el Ethernet industrial.
Resumen de varios buses de campo/protocolos/interfaces
Nombre de laautomatización industrialBUS/Protocolo/Interface Identificación Características Introducción Descripción
ASI Sensor/bus de actuador para el nivel de control más bajo como interfaz se utiliza para conectar sensores y actuadores al nivel de control superior con cableado simple y económico. La interfaz AS cumple con los estándares internacionales EN 50295 e IEC 62026-2. AS-Interface (AS-I=Interfaz de actuador/sensor) es un esquema de comunicación de bus de campo para conectar actuadores y sensores. Organizador] Interfaces/protocolos/especificaciones ASI
Bacnet ==Control de automatización de edificios Protocolo de comunicación de datos de red Control de automatización de la construcciónRed【Organizar】 Automatización industrial del Protocolo de comunicación de automatización de edificios: BACnet
CañónBus Master Master para actuadores/sensores El uso efectivo del ancho de banda del bus permite a Canopen lograr tiempos de respuesta del sistema cortos a velocidades de datos relativamente bajas. Las principales ventajas del bus CAN son: alta seguridad de datos y la capacidad de retener la capacidad de múltiples maestros.
CC-Link Fieldbus para el mercado asiático CC-Link (enlace de control y comunicación) es un sistema de bus abierto para la comunicación entre el nivel de control y el nivel de bus de campo, principalmente en la región asiática.
Controlnet estandarizado FieldBus Controlnet es un sistema de bus de campo estándar abierto. El protocolo de bus permite que los datos cíclicos y acíclicos se intercambien sobre el bus al mismo tiempo sin interferir entre sí.
Dali Communication Standard para la automatización de edificios El estándar Dali (IEC 60929) es un protocolo que abarca el fabricante que tiene como objetivo garantizar la interoperabilidad de los balastos electrónicos en las aplicaciones de iluminación. Este nuevo estándar se utiliza para reemplazar la interfaz de atenuador 1-10} V. DigitalDirigidoIluminaciónLa interfaz (DALI) es un estándar de automatización de edificios para el control digital de los balastos electrónicos. Dali se usa como subsistema, por ejemplo, para iluminación, persianas o control de temperatura, y se comunica directamente con el sistema de gestión del edificio. Bus de automatización industrial para la automatización de edificios - Interfaz de iluminación: Dali
BUS DE DISPOSITIVO DEVICENET CON Tecnología CAN Devicenet es un sistema de autobuses sensores/actuador que se originó en los EE. UU., Pero ahora se usa cada vez más en Europa y Asia. DeviceNet se basa en el bus CAN (Neta del Área del Controlador).
DMX EIB El estándar de comunicación en el campo del EIB de automatización de edificios (bus de instalación europea) es un sistema de bus para el cableado de edificios, que se usa ampliamente principalmente en Europa.
Enoceanes una tecnología inalámbrica sin mantenimiento, sin batería y sin alambre. Se utiliza principalmente en la automatización del edificio: diferentes módulos de dispositivos (por ejemplo, un interruptor de luz) están integrados con soporte de enocean. Entonces el dispositivo puede ser controlado por el controlador. Automatización industrial del Protocolo inalámbrico de la automatización de edificios: Enocean
Ethercat == Ethernet FieldBus de alta velocidad en tiempo real Ethercat (ÉternetAutomatización de controlTecnología) es una solución Ethernet para la automatización industrial caracterizada por un alto rendimiento y una operación fácil.
Ethernet/IP Industrial Ethernet Solutions de ODVA Ethernet/IP es el estándar de Ethernet industrial desarrollado por ODVA (Open DeviceNet Vendor Association) y se basa en los estándares Ethernet TCP/IP e UDP/IP.
Ethernet TCP/IP Network Bus Ethernet es un estándar importante en el sector de la oficina. Muchas de las ventajas de Ethernet, como altas tasas de transmisión, integración simple en redes existentes, una amplia gama de servicios y una amplia variedad de interfaces, también se reflejan en los productos Ethernet de Beckhoff.
FIAS FIAS == Fidelio Interface y la especificación de aplicación == (estimada) ** F ** idelio**Interfaz** A ** PLICACIÓN ** S ** PECIFIFICACIÓN FIES (interfaz de Fidelio y especificación de aplicación) es la interfaz líder mundial para el software de gestión de hospitalidad. Organizador] Automatización industrial de la automatización de edificios de la interfaz de software de gestión hotelera: Fias y Fidelio
FIPIO WorldFIP FieldBus FIP cumple con el Estándar Europeo EN 50170 y cuenta con el apoyo de fabricantes independientes de la Organización WorldFIP FieldBus. El rendimiento del bus se puede adaptar a la aplicación específica a través del intercambio de variables e información cíclicas y no cíclicas.
IEEE 1588 Interbus Interbus, introducido en el mercado en 1987, las bases de campo Interbus se caracterizan por una fácil configuración, alta velocidad y confiabilidad. Este protocolo de comunicación de registro de cambio de sistema maestro/esclavo puede mejorar la eficiencia de la comunicación cíclica.
[Organizador] Fieldbus: Interbus
IO-Link IO-Link estandariza perfectamente las diferentes interfaces requeridas parasistemas de controly procesamiento de herramientas. IO-Link permite que los sensores y actuadores se conecten a la capa de control utilizando un método de conexión económico de punto a punto. Como interfaz abierta, IO-Link se puede integrar en todos los sistemas de bus de campo comúnmente utilizados. Un sistema IO-Link consta de dispositivos IO-Link como sensores, actuadores o una combinación de ambos. Utilizan la tecnología de conexión tradicional de tres hilos. Organizador] IO-Link
LightBus == Comunicación de bus de campo sin interferencia de fibra óptica de alta velocidad para el control de la máquina de alta velocidad Este es un sistema de bus de fibra óptica desarrollado por BeckhoffconUn alto grado de madurez, las características principales incluyen: alta inmunidad a interferencia electromagnética, fácil instalación, transmisión de datos muy rápida y cíclica y un alto grado de certeza.
Lon El estándar de comunicación en el campo de la automatización de edificios LON (red operativa local) es un sistema de comunicación con múltiples conexiones de red para aplicaciones distribuidas, principalmente en el campo de la automatización de edificios comerciales.
Modbus Open Fieldbus Modbus es un protocolo de comunicación en serie abierto basado en una estructura maestra/esclava. El protocolo es ampliamente reconocido porque se puede implementar muy fácilmente en todos los tipos de interfaces en serie.
MP-Bus [Organizador] MP-Bus
Profibus Profibus DP/FMS se ajusta al estándar europeo EN50170 Profibus es un bus de alta velocidad que se usa ampliamente para dispositivos periféricos distribuidos (Profibus DP). Además de Profibus DP y FMS, Beckhoff también apoya el Protocolo de Profibus MC paraconducircomunicación.
Profinet Industrial Ethernet Solutions del PNO Profinet es el estándar Ethernet industrial abierto desarrollado por el PNO (Organización de usuario de Profibus), mientras que los estándares de TI reconocidos internacionalmente como TCP/IP se utilizan para la comunicación.
Rs232/rs485La solución más rentable para las redesRs232y Rs485 son las interfaces seriales 'tradicionales' y siempre se han utilizado ampliamente. Los módulos de E/S RS485/RS232 de Beckhoff usan un protocolo de comunicación serie simple y fácil de implementar.
SERCOS III El bus desde el campo de la ingeniería de la unidad, Sercos se desarrolló originalmente como un sistema de bus de fibra óptica de alta velocidad para unidades. Gracias al desarrollo del acoplador de bus Sercos por Beckhoff, algunas de las ventajas del bus Sercos (por ejemplo, altas tasas de transferencia de datos y tiempos de ciclo corto) ahora también pueden usarse para periféricos de E/S.
USBLa interfaz USB de alta velocidad para uso de laboratorio se ha convertido en la interfaz estándar para aplicaciones en el campo de la tecnología de PC. Gracias a su alta tasa de transmisión, su topología flexible (a través de centros integrados) y el acoplador de bus USB de Beckhoff, el sistema USB se puede utilizar como alternativa a los bus de campo en aplicaciones con distancias cortas.