Komunikacja z obrabiarką CNC przez port RS232 – blaski i cienie?

Przestarzały interfejs?

Połączenia zgodne z RS-232 mają już niemal 60 lat i pomimo wielu wad oraz ograniczeń nadal jest bardzo popularny w automatyce przemysłowej. Za pośrednictwem “RS-a” komunikują się m.in. liczniki energii, aparatura kontrolno-pomiarowa, wagi, czytniki kodów kreskowych, itp. W zasadzie można przyjąć, iż pomimo tego, że jest to jeden ze starszych przyłączy nadal króluje on w przemyśle. Niestety. I na szczęście. W ostatnich latach rozwój technologii w elektronice użytkowej wyparł w zasadzie port RS-232 (oraz jego nowsze wersje, np. RS-485) na rzecz połączeń sieciowych typu Ethernet czy WiFi oraz bardzo popularnego w urządzeniach peryferyjnych USB. W zastosowaniach przemysłowych stary, dobry port szeregowy nadal jednak wygrywa z powodu łatwości implementacji, niezawodności działania i bardzo niskiego kosztu produkcji. Równocześnie niemal wszyscy pracujący z tym standardem zgadzają się, niemal jednogłośnie, że jest on przestarzały, niewydajny i problematyczny na dłuższą metę. Jednak jest też trudny do zastąpienia. Zatem co robić?

Większość firm, które specjalizują się w komponentach do komunikacji przemysłowej oferuje tzw. bramki umożliwiające komunikację z portami RS-232/422/485 poprzez sieć Ethernet lub WiFi, specjalizowane połączenia ZigBee, translację portu na USB czy Bluetooth a także inne, mniej lub bardziej wyspecjalizowane interfejsy i protokoły.

Skupmy się jednak na takich, które w przypadku naszego produktu sprawdzają się najlepiej. Mówiąc inaczej – które rozwiązania w przypadku monitoringu maszyn przemysłowych mają sens zarówno od strony kosztów i trudności wdrożenia, a także kosztów utrzymania i wydajności pracy.

Odpowiedź? Ethernet!

Najpopularniejszym rozwiązaniem są serwery portów szeregowych tłumaczących komunikację do sieci Ethernet (także  światłowodowej). Dzieje się tak ponieważ przejście na Ethernet daje najlepszy stosunek jakości oraz prędkości połączenia do ceny oraz zapewnia najłatwiejszą – a przy tym najtańszą – implementację. Przy niewielkich nakładach pracy większość współczesnych routerów czy bardziej zaawansowane urządzenia sieciowe umożliwiają relatywnie łatwe zabezpieczenie urządzeń oraz ich publikację w adresacji publicznej. Dla nas najważniejsze są jednak niewielkie opóźnienia wprowadzane przez zastosowanie serwera portów RS opartego o sieć Ethernet, ich duża przepustowość oraz dowolne kształtowanie infrastruktury. Można ująć to w ten sposób, iż dokładnie te zalety są przeciwieństwem wad samego portu RS!

Speed, this is what I need…

W zakresie prędkości działania samodzielny port szeregowy (RS-232) może działać z prędkością 9600bps. Oznacza to, że w ciągu sekundy możemy za jego pomocą przesłać 9600 bitów w ciągu sekundy. W zasadzie, w praktyce, nieco mniej. Zatem jeden bit to ok. 1 ms. Ale to tylko teoria, bowiem wszystkie komponenty urządzeń będą dokładać swoje opóźnienia. W przypadku portu szeregowego na płycie głównej komputera czas potrzebny na wysłanie i odebranie jednego znaku to już około 5 ms.  Serwer szeregowy, jako że jest to de facto komputer z translacją na interfejs sieciowy, dokłada do tego kilka dodatkowych milisekund, ok. 10 – 12 ms. Jednak w naszych testach, w porównaniu z Zigbee, czy Bluetooth, to wynik nadal rewelacyjny, bo te interfejsy potrzebowały pomiędzy 100-150 ms. To, w połączeniu z ogromną przepustowością w porównaniu z “gołym” portem (1Gbps jest w tej chwili już w zasadzie standardem) oraz niewielkie opóźnienia pozwalają na obsługę dziesiątek, setek wręcz urządzeń w ramach jednej sieci bez utraty parametrów. W końcu urządzeń pracujących z prędkością 9600bps można zmieścić naprawdę sporo w sieci 1000000000bps… Pozwala nam to na obsługę w zasadzie dowolnej ilości serwerów portów poprzez jedno łącze główne. Co więcej, korzystamy także z bardziej zaawansowanych rozwiązań.

Konfiguracja i działanie

Serwery portów szeregowych mają dwa główne tryby działania – wirtualny port COM oraz tryb klient/serwer. My korzystamy jeszcze z trzeciego, czyli programowalnego portu szeregowego.

Read More