Учебное пособие по интерфейсам систем промышленной автоматизации, страница 30

Используютидентификаторы с низким приоритетом и применяются обычно для конфигурирования устройств и целей диагностики. Значение сообщения содержится в поледанных.При необходимости передачи данных длиной более 8 байт применяется механизм фрагментации. В зависимости от потребностей обмена и возможностеймодулей, сеть предлагает три способа организации взаимодействия устройств: ведущий-ведомый (master-slave), мультимастерный (multi-master) или равноправный(peer-to-peer). Пересылки данных могут инициироваться путём опроса, циклически или по изменению их значения.

Максимальное число узлов в сети DeviceNet –64.В сеть могут быть подключены устройства двух типов: устройства, работающие как независимые менеджеры сообщений, способные устанавливать равноправные соединения с другими модулями (peer-to-peer) и ведомые устройства,требующие меньшей длины кода и производительности управляющего микроконтроллера, которые не могут произвольно выбирать путь соединения, и их объектысоединения конфигурируются при включении устройства.Для обеспечения взаимодействия устройств разных производителей в рамкахединой сети, стандарт DeviceNet, подобно многим протоколам верхнего уровня,определяет ряд профилей устройств. Формированием библиотек профилей занимаются специальные группы (Special Interest Groups) ассоциации ODVA.SDS (Smart Distributed System)SDS (Smart Distributed System, «умная» распределённая система) – разработка компании Honeywell Inc.

[61]. Наряду со стандартом DeviceNet, SDS представляет собой ещё одно недорогое и законченное решение для сетевого управленияинтеллектуальными датчиками и исполнительными механизмами от промышленного контроллера в системах промышленной автоматизации [55].По степени завершённости от спецификаций физической среды до прикладного уровня, ориентировке на снижение стоимости, SDS-стандарт напоминаетDeviceNet.Шинная топология представляет собой линейную шину (магистраль) с короткими отводами. Определены два базовых типа кабельной разводки.

При сборке магистрали сети применяется 4-хпроводной кабель с максимальной токовой150нагрузкой 8 А и 5-контактный разъёмы Mini. Для подключения физических устройств к сети используется 4-хпроводной кабель на 3 А, и 4-контактный разъёмMicro без отдельного контакта для экрана кабеля.В сети SDS допускается и обычная проводная разводка с использованием открытых клеммных соединителей. Всеми типами кабельной разводки и соединителей, также как и в сети DeviceNet, предусмотрено подведение питающего напряжения к узлам.

Предельные значения длин магистрали и отводов сети SDS в зависимости от скоростей (их четыре) передачи приведены в табл. 4.19.19. Таблица 4.19.Предельные значения длин магистрали и отводов сети SDSМаксимальная длинаСкорость передачи,Максимальная длинаМаксимальноемагистрали, мкбит/сотводов, мколичество узлов22,810000,33291,45000,964182,82501,864457,21253,664Сообщения, циркулирующие в сети SDS, носят название APDU (Applicationlayer Protocol Data Unit, блоки данных протокола прикладного уровня). APDUсообщение представляет собой CAN-фрейм стандартного формата (расширенныйформат фрейма в SDS-сети не применяется), каждый элемент которого имеет своёсобственное назначение.

APDU-сообщение имеет две формы: укороченную (неиспользуется при передаче данных и содержит в поле DLC нули) и длинную.При необходимости передачи последовательностей данных более шести байтов используется фрагментированный формат (до 64 фрагментов по четыре байта)длинной формы APDU-сообщения.Укороченная форма APDU-сообщения используется в следующих сервисахприкладного уровня:• Change of State (OFF, ON, OFF ACK, ON ACK) – обнаружение изменениясостояния логического устройства;• Write (ON State, OFF State, ON State ACK, OFF State ACK) –управление состояниями логического устройства.К сервисам, использующим длинную форму APDU, относятся:• Channel – сервис, обеспечивающий как широковещательный канал соединения (multicast), так и равноправный (peer-to-peer);• Connection – открытие/закрытие индивидуальных типов соединения;• Read– чтение атрибутов объектов устройства;• Write – изменение атрибутов объектов устройства;151• Action – команда объекту устройства выполнить действие;• Event – сигнализация о событии объектом устройства.Сеть SDS всегда требует наличия единственного мастера-менеджера сети какминимум на этапе включения для выполнения автонастройки скорости передачимодулей.

В процессе работы сети допускается наличие нескольких мастеров нашине, но они должны функционировать в пределах своих адресных доменов, апри включении сети только один из них может брать на себя функцию сетевогоменеджера для автонастройки скорости устройств.PROFIBUSВ 1987 году для немецкой промышленности был разработан и принят стандарт DIN E 19245 PROFIBUS (PROcess FIeld BUS – полевая шина для управленияпроцессами).

В 1996 году этот стандарт стал международной нормой EN 50170[62].Говоря о PROFIBUS, необходимо иметь в виду, что под этим общим названием понимается совокупность трёх различных, но совместимых протоколов:PROFIBUS-DP, PROFIBUS-FMS и PROFIBUS-PA.Архитектура протоколов PROFIBUS базируется на модели взаимодействияоткрытых систем, в ней реализованы уровни 1,2 и 7.PPOFIBUS-DPPROFIBUS-DP (Distributed Periphery – распределённая периферия) описываетуровни 1 и 2 модели ВОС, а также пользовательский интерфейс.

Уровни с 3 по 7не используются. Благодаря такой архитектуре достигается быстрая передачаданных. Утилита прямого доступа к данным (Direct Data Link Mapper) организуетдоступ к уровню 2. В основу пользовательского интерфейса положены необходимые пользовательские функции, а также системные и аппаратно-зависимые функции различных типов PROFIBUS-DP-приборов. Этот профиль протоколаPROFIBUS оптимизирован для быстрого обмена данными специально для коммуникаций между системами автоматизации и децентрализованной периферией наполевом уровне.PROFIBUS-FMSВ PROFIBUS-FMS применяются уровни 1,2 и 7.

Пользовательский уровеньсостоит из двух слоёв: FMS (Fieldbus Message Specification – спецификация шинных сообщений) и LLI (Lower Layer Interface – интерфейс с нижним уровнем).FMS содержит пользовательский протокол и предоставляет в распоряжениекоммуникационные службы. LLI реализует различные коммуникационные связии создаёт для FMS аппаратно-независимый доступ к уровню 2.152PROFIBUS-FMS применяется для обмена данными между контроллерами икомпьютерами. FMS-сервисы обеспечивают бóльшую гибкость при передачебольших объёмов данных. Профили PROFIBUS-DP и PROFIBUS-FMS применяютодинаковую технику передачи и единый протокол доступа к шине и поэтому могут работать через общий кабель.PROFIBUS-PAПрофиль PROFIBUS-PA (Process Automation – автоматизация процессов)применяет расширенный PROFIBUS-DP-протокол передачи данных.

ПротоколPROFIBUS-PA обеспечивает надёжность передачи данных и питание полевыхприборов через шину. Приборы PROFIBUS-PA могут подключаться в сетьPROFIBUS-DP с помощью специальных устройств PROFIBUS-PA-Links.PROFIBUS-PA – специальная концепция, позволяющая подключать к общейшине датчики и исполнительные механизмы, находящиеся во взрывоопасной зоне.Физический уровень для DP/FMS на базе RS-485В качестве основного способа организации сети PROFIBUS-DP/FMS рассматривается объединение устройств с помощью экранированной витой пары.

Нафизическом уровне PROFIBUS используется симметричная передача данных постандарту EIA/TIA RS-485 (также обозначается H2). По концам шинного сегментаустанавливаются терминаторы (рис. 4.21). В табл. 4.20 приведена максимальнодопустимая длина провода (длина сегмента) системы PROFIBUS. Эта длина зависит от скорости передачи. Внутри сегмента может быть до 32 узлов.21.Рис.

4.21. Структура шинного сегмента RS-48515320.Максимальная длина сегмента в зависимости от скоростиСкорость передачи, кбит/с9,6 – 187,55001500Длина сегмента, м1000400200Таблица 4.20.12000100Для подключения большего количества узлов нужно использовать несколькошинных сегментов, которые соединяются друг с другом через повторители (усилители мощности). Повторитель усиливает уровень передаваемого сигнала. Из-завременных задержек и искажений двоичный сигнал может, согласно EN 50170,проходить максимум три повторителя, которые работают как усилители мощности и включены последовательно.

На практике, однако, повторитель-соединительреализуется как восстановитель сигнала. Поэтому число повторителей, которыеможно включить последовательно, зависит от их конструкции. Так, например,можно последовательно включить до девяти повторителей фирмы Siemens типа6ES7 972-0AA00-0XA0, таким образом, длина сети может быть увеличена в 10раз, по сравнению с табл. 4.20.В качестве стандарта для подключения узлов к шине в нормах PROFIBUSEN 50170 рекомендуется 9-и штырьковый разъём D-Sub.

На узлах сети устанавливается розеточная часть разъёма, на шинный кабель – вилка разъёма.Шинные провода данных с обеих сторон замкнуты на согласованные нагрузки – пассивные терминаторы (см. рис. 4.21). Благодаря этим сопротивлениям устанавливается безопасный потенциал покоя на проводах шины, когда участникине обмениваются сообщениями (потенциал покоя между телеграммами). Шинныетерминаторы встроены почти во все стандартные разъёмы PROFIBUS и могутбыть активизированы с помощью переключателей.Протокол реализует асинхронную, полудуплексную передачу данных с использованием NRZ-кодирования. Данные передаются побайтно, внутри11-тиразрядного кадра (старт-бит, 8 битов данных, бит чётности, стоп-бит; старший бит передаётся первым).Физический уровень для DP/FMS на базе световодовПомимо использования передачи электрических сигналов, в стандартеPROFIBUS предусмотрено использование оптической передачи – передачи данных с помощью световодов. Световодная техника устойчива к электромагнитнымпомехам и обеспечивает гальваническую развязку между участниками сети.

Благодаря простой технике подключения световодов, специальным пластиковым световодам, эта техника пришла на полевой уровень. Длина линии связи может бытьдо 15 км при стеклянных световодах и до 80 м при пластиковых.Для подключения узлов к световоду применяются различные модули:154• модуль-преобразователь интерфейса (OLM, Optical Link Module) похож наповторитель RS-485. Имеет два функционально разделенных электрических канала и выходы для одного или двух оптических каналов.