МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ НАДЁЖНОСТИ В ПРОТОКОЛАХ УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ ПРИВОДАМИ

Надёжность сети передачи данных очень важна в управлении движением, так как от этого зависит качество готового продукта: он будет пригоден к эксплуатации или забракован и отправится на переработку. Существует большое количество различных топологий и протоколов сетей, свойства которых могут устранять воздействие внешних факторов, таких как электромагнитные помехи, которые могут негативно влиять на технологический цикл. Другими словами, обеспечивается защита процесса передачи данных – в этом и есть главное достоинство оптимизированной промышленной сети.

На сегодняшний день наиболее распространенными являются сети на базе Ethernet. Именно этот интерфейс завоевал плацдарм технических средств в современном мире, неумолимо стремящемся к оптимизации. Повсеместное использование Ethernet в компьютерных сетях привело к увеличению скорости передачи данных и снижению стоимости за счет дешевых средств реализации, с которыми сложно конкурировать другим сетям. Но выбор аппаратной составляющей или физического интерфейса – это только первый шаг навстречу проектированию надежной сети. Другой не менее важной составляющей является правильный выбор протокола и топологии используемой сети.

Даже в тех случаях, когда скорость передачи данных важна, она не должна являться единственным критерием выбора того или иного протокола для вашей сети управления движением (motion control). Надежность сети может стать решающим фактором на конечном этапе производства, так как из-за помех в слабозащищённой сети может быть большое количество бракованного продукта. Некоторые протоколы позволяют свести к нулю воздействие электромагнитных помех на производственный процесс. Например, у протокола MECHATROLINK-III (который поддерживают контроллеры управления движением YASKAWA серий MP3300iec и MP3200iec) есть повторная попытки связи. Эта функция по умолчанию встроена в интегральную схему (аппаратно-реализована), она автоматически пересылает пакет данных пока тот не достигнет своего адресата. Этот способ передачи данных доказал свою надежность при использовании в станкостроении и производстве полупроводников, где небольшой недочет на любой стадии производства может привести к значительным финансовым потерям.

Рисунок 1. Повторная попытка отправки сообщения.
Другим, часто упускаемым из виду, фактором надежности сети является ее топология. Топология сети заключается в том, как сеть подключена и структурирована. Это может относиться как к физической топологии, так и к логической. Логическая структура (топология) – это то, как контроллер видит сеть, мастер которой может не совпадать с физической структурой. Однако в большинстве сетей управления движением (motion control) мастер все же совпадает.

Наиболее распространенной топологией является каскадное соединение. В таких сетях у вас есть Ethernet-кабель, который выходит из контроллера, подключается к первому устройству, в котором есть два разъема – вход и выход. К входу подключается кабель от контроллера, из выхода идет кабель на другие устройства и так далее. Такое соединение осуществляется до тех пор, пока все устройства не будут включены в сеть. Узлы (устройства) сети, как правило бывают разных типов: в состав каскадных сетей входят контроллеры, сервоприводы, преобразователи частоты и удаленные блоки входов/выходов.

Рисунок 2. Топология MECHATROLINK-III
Популярность и распространение такой топологии следует из-за простоты и низкой стоимости. Однако, у нее есть некоторые недостатки. Каскадное подключение является последовательным. Это означает, что, если произойдет повреждение кабеля на одном из участков сети, все последующие соединения автоматически выйдут из состояния корректного функционирования. Таким образом, если надежность сети имеет первостепенное значение для вашего применения, следует рассмотреть другие топологии подключения.

Существует топология, которая позволяет значительно повысить надежность вашей сети – это так называемое соединение «звездой». Это подключение проигрывает в стоимости упомянутому ранее каскадному соединению, так как требует дополнительных технических средств для своей реализации. Однако, эти финансовые затраты нивелируются благодаря открывающимся возможностям. При таком подключении каждый узел подключается к хабу (узловой станции) или коммутатору, который, в свою очередь, подсоединяется к контроллеру.

Такая структура повышает надежность в виду того, что неисправность в отдельно взятом узле – преобразователе частоты, сервоприводе, блоке входов/выходов - не нарушит работоспособность всей сети. В некоторых случаях можно даже произвести «горячу замену» оси без влияния на остальную сеть. В зависимости от количества узлов в сети добавление одного или нескольких хабов или коммутаторов может потенциально снизить время цикла сети (скан-цикла).

Другим дополнительным преимуществом этой топологии является модульность. Так как хабы или коммутаторы позволяют добавлять или изымать узлы, не нарушая работу остальной сети, есть возможность спроектировать чрезвычайно гибкий модульный станок. В контроллерах управления движением YASKAWA с поддержкой Mechatrolink-III, могут быть использованы хабы для создания топологии «звезда» или смешанной топологии звезда-каскад.

Рисунок 3. Смешанная топология MECHATROLINK-III.
Каждый хаб для MECHATROLINK III будет поддерживать до 8 узлов. Узлы также могут быть объединены в каскад другого уровня. В свою очередь, максимально может быть два хаба между любыми узлами сети и контроллером. MECHATROLINK-III может поддерживать до 62 устройств в совокупности. Эти особенности могут помочь при создании оптимальной сети по ценовым критериям, скорости работы, а также надежности.

Источник: https://www.cospa.ru/news/publications/metody-obespecheniya-nadyezhnosti-v-protokolakh-upravleniya-dvizheniem-privodami/