Учебное пособие по интерфейсам систем промышленной автоматизации (1015600), страница 14
Текст из файла (страница 14)
Естественно, эти принципы были оформлены в виде стандартов,описывающих правила взаимодействия подключаемых устройств – стандартыпромышленных сетей. Промышленные сети также называют полевыми сетями(дословный перевод термина fieldbus из иностранной литературы). Их выделяют вотдельную группу, чтобы не путать с локальными вычислительными сетями, которые также могут использоваться в составе системы промышленной автоматизации, но для решения совсем других задач.70Вообще, в системах промышленной автоматизации выделяют пять уровней(рис.
3.2):I. Ввод/вывод (В/В) (Input/Output – I/O). На данном уровне «работают» устройства связи с объектом (УСО). К ним относятся датчики, исполнительные устройства и устройства удалённого сбора данных (УУСД).II. Управление вводом/выводом. Управление вводом/выводом чаще всегоосуществляется программируемыми логическими контроллерами (ПЛК). Крометого, имеется целый класс устройств – интеллектуальные датчики и интеллектуальные исполнительные механизмы, которые реализуют в себе функции первого ивторого уровней.III.
Диспетчерское управление и сбор данных (Supervisory Control and DataAcquisition – SCADA). Этот и следующие уровни реализуются с помощью программного обеспечения. Обычно программное обеспечение SCADA-систем исполняется на компьютерах, стоящих непосредственно в цехах. Часто это промышленные и панельные рабочие станции с повышенной надёжностью.IV. Управление процессом производства. На этом уровне работают системыавтоматизации управленческой и финансово-хозяйственной деятельности.V. Планирование ресурсов предприятия (уровень стратегического управления).Первые три уровня относят к автоматизированным системам управлениятехнологическими процессами (АСУ ТП), последние два – к автоматизированнымсистемам управления предприятием (АСУП).В настоящее время вместо понятия АСУП используется более точное понятие «интегрированные системы планирования ресурсов предприятия» (EnterpriseResource Planning Systems – ERP-системы).
Под ними понимают системы, в которых функционально объединяются существовавшие ранее как автономные системы для решения задач автоматизации учёта и управления производством, финансами, снабжением и сбытом, кадрами и информационными ресурсами. Техническую базу современных ERP-систем, использующих преимущественно распределённую архитектуру клиент-сервер, составляют серверы и рабочие места пользователей, объединённые локальными вычислительными сетями [32]. На российском рынке наиболее известными ERP-системами являются системы «1С», «Парус».При разработке систем промышленной автоматизации решаются и аппаратные, и программные задачи: первый и частично второй уровень составляют аппаратную базу для программного обеспечения верхних слоев.71V уровеньIV уровеньСервер,СУБДЛокальная вычислительная сетьIII уровеньПромышленная рабочаястанцияПромышленная сетьII уровеньПЛКПЛКУУСДИДI уровеньДДДИМТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙПРОЦЕССД – датчик; ИМ – исполнительный механизм; ИД – интеллектуальный датчик; УУСД – устройствоудалённого сбора данных; ПЛК – программируемый логический контроллер; СУБД – системауправления базой данных2.Рис.
3.2. Типовая структура системы управления предприятиемЧтобы повысить скорость устранения неполадок и монтажа оборудования вцелом, каждое из устройств использующихся для построения АСУ ТП, относят ктому или иному уровню, для которого определены стандарты сопряжения с другими уровнями. Так для сопряжения I и II уровней определены стандартные уровни напряжения для дискретных сигналов и стандартные диапазоны изменения напряжения и тока для аналоговых. Для взаимодействия устройств II уровня междусобой, а также с устройствами III уровня используется промышленная сеть, реализующая тот или иной стандарт организации сети. Для взаимодействия III, IV иV уровней используются стандарты, определяющие протоколы обмена междуразными программами, а также способы доступа к информации, хранящейся в базе данных.3.3.
ОСНОВНЫЕ СЕТЕВЫЕ ТОПОЛОГИИОбъединение нескольких устройств в одну сеть подразумевает, что все устройства имеют доступ к среде передачи и руководствуются общими для всех узлов данной сети правилами обмена информацией – протоколом. В качестве среды72передачи могут использоваться различные конструкции электрических кабелей –витая пара и коаксиальный кабель, оптические кабели со стеклянными или пластиковыми волокнами, радиоканал.В зависимости от используемой среды передачи, могут применяться различные сетевые топологии – способы сетевого объединения устройств. Помимо топологии физического соединения узлов с помощью среды передачи необходимоотдельно рассматривать способ управления доступом к среде передачи.
В зависимости от того, какая топология используется на физическом уровне, возможныразличные способы организации управления доступом [33].Топология «звезда»В данной топологии вся информация передаётся через некоторый центральный узел. Каждое устройство имеет свою собственную среду соединения с центральным узлом. Все периферийные узлы могут обмениваться друг с другомтолько через центральный узел. Преимущество этой структуры в том, что никтодругой не может влиять на среду передачи. С другой стороны, центральный узелдолжен быть исключительно надёжным устройством.Топология «кольцо»В кольцевой структуре информация передаётся от узла к узлу по физическому кольцу. Приёмник получает данные и передаёт их вместе со своей квитанциейподтверждения следующему устройству в сети.
Когда начальный передатчик получает свою собственную квитанцию, это означает, что его информация былакорректно получена адресатом.Отказ в работе хотя бы одного узла приводит к нарушению работы кольца, а,следовательно, и к остановке всех передач. Чтобы этого избежать, необходимовключать в сеть автоматические переключатели, которые берут на себя инициативу, если узел перестал работать. То есть, они позволяют включать/выключать отдельные узлы без прерывания нормальной работы сети.Топология «шина»В шинной структуре все устройства подсоединены к общей среде передачиданных или шине. По концам шины устанавливаются согласующие сопротивления – терминаторы, предотвращающие отражение сигнала от конца шины.
В отличие от «кольца» и «звезды» адресат получает свой информационный пакет безпосредников.Преимущества шинной топологии заключаются в простоте организации сетии низкой стоимости. Недостатком является низкая устойчивость к повреждениям – при любом обрыве кабеля вся сеть перестает работать, а поиск повреждениявесьма затруднителен.73Управление доступом к среде передачиЧаще всего, при организации промышленных сетей используется шинная топология, которая требует жесткой регламентации доступа к среде передачи (протокол доступа). Существует два метода регулирования такого доступа, известногоещё под термином «шинный арбитраж»:• «фиксированный мастер» (централизованный контроль шины): доступ кшине контролируется центральным узлом – мастер-узлом;• «плавающий мастер» (децентрализованный контроль шины): благодарясобственному интеллекту каждое устройство само определяет регламент доступак шине.В случае централизованного контроля за доступом к шине выделяется узел справами мастера (master, ведущее устройство, шинный контроллер).
Право инициировать циклы чтения/записи на шине имеет только мастер-узел. Он адресуеткаждого пассивного участника (slave, ведомое или подчинённое устройство),обеспечивает их данными и запрашивает у них данные. Если вдруг мастер «сломался», то и циклы обмена по шине останавливаются.Именно по этой причине децентрализованный контроль с переходящимифункциями мастера от одного узла сети к другому получил наибольшее вниманиеи развитие. Здесь права мастера назначаются группе устройств сети.
Широкоприняты и используются две модели децентрализованного доступа:• модель случайного доступа к шине (CSMA/CD);• модель с передачей маркера (Token Passing Model).Случайный метод доступа к шине (CSMA/CD)Известным механизмом управления сетью шинной конфигурации являетсяметод множественного доступа с контролем несущей и обнаружением конфликтов (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection, CSMA/CD).
Широко известна реализация этого метода – спецификация Ethernet.Все узлы шины имеют право передавать данные. Каждый из них постояннопрослушивает шину. Если шина свободна, любой из участников сети может занять шину под свой цикл передач. В том случае, когда несколько узлов претендуют на шину одновременно, это приводит к так называемому конфликту (коллизии), и тогда все «претенденты снимают свою заявку».Затем каждый из участников включает генератор случайных чисел, которыйзадаёт случайный интервал ожидания до следующего момента запроса шины.Метод CSMA/CD получил широкое распространение в офисных системах инаиболее эффективен в условиях относительно низкой общей загрузки канала пе-74редачи данных (менее 30%). В условиях большей загрузки канала выгоднее использовать сети, реализующие модель с передачей маркера.Метод передачи маркера (The Token Passing Method)В этом методе маркер (token), специальный пакет данных, владелец которогоимеет право инициировать циклы обмена по сети, передаётся от узла к узлу по логическому кольцу.Этот метод предлагает каждому участнику сети «справедливое» разделениесетевых ресурсов в соответствии с их запросами.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
