10.14489/vkit.2019.11.pp.046-052

DOI: 10.14489/vkit.2019.11.pp.046-052

Зеленский А. А., Шадрин Н. Г., Абдуллин Т. Х., Харьков М. А.
ВЫСОКОСКОРОСТНАЯ ПРОМЫШЛЕННАЯ СЕТЬ РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ КИБЕРФИЗИЧЕСКИХ СИСТЕМ
(с. 46-52)

Аннотация. Рассмотрено построение высокоскоростной промышленной сети реального времени на основе программируемой логической интегральной схемы для задач управления станками и промышленными роботами. Дан сравнительный анализ производительности реализованного протокола на базе Ethernet и промышленных протоколов других ведущих производителей.

Ключевые слова: сеть передачи данных; программируемая логическая интегральная схема; система на кристалле; протокол на основе Ethernet; промышленная сеть; система управления движением; киберфизическая система.

Zelensky A. A., Shadrin N. G., Abdullin T. K., Kharkov M. A.
HIGH-SPEED INDUSTRIAL REAL-TIME NETWORK OF CYBERPHYSICAL SYSTEMS
(pp. 46-52)

Abstract. The construction of a high-speed industrial real-time network based on FPGA (Field-Programmable Gate Array) for the control of machines and industrial robots is considered. A brief comparative analysis of the performance of the implemented Ethernet-based Protocol with industrial protocols of other leading manufacturers is made. The aim of the research and development of its own industrial automation Protocol was to reduce the dependence on third-party real-time protocols based on Ethernet for controlling robots, machines and technological equipment. In the course of the study, the requirements for the network of the motion control system of industrial equipment were analyzed. In order to synchronize different network nodes and provide short exchange cycle time, an industrial managed switch was developed, as well as a specialized hardware controller for processing Ethernet packets for end devices, presented as a IP-core. A key feature of the developed industrial network is that the data transmission in it is completely determined, and the exchange cycle time for each of the network devices can be configured individually. High efficiency and performance of implemented network devices became possible due to the use of hardware solutions based on FPGAs. All solutions described in the article as part of a modular digital system have been successfully tested in the control of machines and industrial robot. The results of field tests show that the use of FPGAs and soft processors with specialized peripheral IP-blocks can significantly reduce the tact of managing industrial equipment through the use of hardware computing structures, which indicates the promise of the proposed approach for solving industrial automation tasks.

Keywords: Data transmission network; FPGA; System on a chip; Ethernet-based protocol; Industrial network; Motion control system; Cyberphysical system.

+ - Информация об авторах (About the Authors) Click to collapse

Рус

А. А. Зеленский, Н. Г. Шадрин, Т. Х. Абдуллин, М. А. Харьков (Московский государственный технологический университет «СТАНКИН», Москва, Россия) E-mail: Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript

Eng

A. A. Zelensky, N. G. Shadrin, T. K. Abdullin, M. A. Kharkov (Moscow State University of Technology “STANKIN”, Moscow, Russia) E-mail: Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript

+ - Библиографический список (References) Click to collapse

Рус

1. Лопухов И. Сети Real-Time Ethernet: от теории к практической реализации // Современные технологии автоматизации. 2010. № 3. С. 8 – 17.
2. Никишечкин П. А. Повышение уровня открытости системы ЧПУ путем разработки многоцелевого канала взаимодействия ее основных компонентов [Электронный ресурс] // XII Всерос. совещание по проблемам управления ВСПУ–2014, Москва 16 – 19 июня 2014 г. М., 2014. С. 4630 – 4638. URL: https://docplayer.ru/371457-Povyshenie-urovnya-otkrytosti -sistemy-chpu-putem-razrabotki-mnogocelevogo-kanala-vzaimodeystviya-ee-osnovnyh-komponentov.html (дата обращения: 04.10.2019).
3. Промышленный Ethernet. Факты. Сравнение систем. 5 основных технологий. Вып. 1 [Электрон. ресурс]. URL: https://entas.ru/sites/default/files/epsg_ sravnenie_protokolov.pdf (дата обращения: 04.10.2019).
4. Avalon Interface Specifications [Электрон. ресурс]. URL: https://www.intel.com/content/www/us/en/programmab-le/documentation/nik1412467993397.html (дата обращения: 04.10.2019).
5. Модульная SGDMA [Электрон. ресурс]. URL: https://fpgawiki.intel.com/wiki/SGDMA (дата обращения: 04.10.2019).
6. Высокопроизводительная система числового программного управления на базе программируемых логических интегральных схем / А. А. Зеленский и др. // Вестник ВГТУ. 2018. № 5. С. 8 – 11.
7. Распределенная система управления электроавтоматикой станков, промышленных роботов и автоматизированных комплексов на основе высокопроизводительного интерфейса связи / М. А. Харьков и др. // Вестник МГТУ «СТАНКИН». 2018. № 1. C. 91 – 95.

Eng

1. Lopuhov I. (2010). Real-Time Ethernet Networks: From Theory to Practical Implementation. Sovremennye tekhnologii avtomatizatsii, (3), pp. 8 – 17. [in Russian language]
2. Nikishechkin P. A. (2014). Increasing the openness of the CNC system by developing a multipurpose channel for the interaction of its main components. XII All-Russian meeting on control problems. Moscow. [in Russian language]
3. Industrial Ethernet. Facts. Comparison of systems. 5 core technologies, Vol. 1. Available at: https://entas.ru/sites/default/files/epsg_ sravnenie_protokolov.pdf (Accessed: 04.10.2019). [in Russian language]
4. Avalon Interface Specifications. Available at: https://www.intel.com/content/www/us/en/programmab-le/documentation/nik1412467993397.html (Accessed: 04.10.2019).
5. Modular SGDMA. Available at: https://fpgawiki.intel.com/wiki/SGDMA (Accessed: 04.10.2019).
6. Zelenskiy A. A., Har'kov M. A., Ivanovskiy S. P., Abdullin T. H. (2018). High-performance numerical control system based on programmable logic integrated circuits. Vestnik VGTU, (5), pp. 8 – 11. [in Russian language]
7. Har'kov M. A., Ivanovskiy S. P., Zelenskiy A. A., Abdullin T. H. (2018). Distributed control system for electrical automation of machines, industrial robots and automated complexes based on high-performance communication interface. Vestnik MGTU «Stankin», (1), pp. 91 – 95. [in Russian language]

+ - Заказать электронную версию статьи (Purchase digital version of a single article) Click to collapse

Рус

Статью можно приобрести в электронном виде (PDF формат).

Стоимость статьи 350 руб. (в том числе НДС 18%). После оформления заказа, в течение нескольких дней, на указанный вами e-mail придут счет и квитанция для оплаты в банке.

После поступления денег на счет издательства, вам будет выслан электронный вариант статьи.

Для заказа скопируйте doi статьи:

10.14489/vkit.2019.11.pp.046-052

и заполните форму

Отправляя форму вы даете согласие на обработку персональных данных.

Eng

This article is available in electronic format (PDF).

The cost of a single article is 350 rubles. (including VAT 18%). After you place an order within a few days, you will receive following documents to your specified e-mail: account on payment and receipt to pay in the bank.

After depositing your payment on our bank account we send you file of the article by e-mail.

To order articles please copy the article doi:

10.14489/vkit.2019.11.pp.046-052

and fill out the form