Учебное пособие по интерфейсам систем промышленной автоматизации (1015600), страница 22
Текст из файла (страница 22)
Этот язык позволяет производителям HART-устройстводнозначно описывать свойства и возможности устройств. Описание на языкеDDL осуществляется в текстовом формате, а затем переводится компилятором вдвоичную форму (DD). Полученный двоичный образ HART-устройства можетбыть загружен, например, в портативный HART-терминал или в ПК, где соответствующее прикладное программное обеспечение, предназначенное для конфигурирования и наладки HART-устройств, прочтя этот образ, сможет настроиться наработу с соответствующим устройством. Можно сказать, что описание на языкеDDL является своего рода «драйвером» HART-устройства, который ко всему прочему программно совместим с любым прикладным программным обеспечением,предназначенным для работы с HART-протоколом.Многие фирмы-производители HART-устройств предлагают специальноепрограммное обеспечение как для их конфигурирования, так и для их встраиванияв систему управления.
Оно позволяет использовать в полной мере возможностисовременных интеллектуальных датчиков и исполнительных механизмов, а такжеобеспечивает их удобное конфигурирование и диагностику.AS-interfaceОсновная задача сети AS-interface – связать в единую информационнуюструктуру устройства самого нижнего уровня распределённой системы автоматизации, а именно: датчики и разнообразные исполнительные механизмы, имеющиесоответствующий сетевой интерфейс. Название сети раскрывает её предназначение: Actuator/Sensor Interface (ASI, AS-i) – интерфейс с исполнительными механизмами и датчиками. Протокол ориентируется в первую очередь на подключениедискретных датчиков и исполнительных механизмов.Впервые ASI-протокол вышел на рынок в конце 1989 года и уже сегодняподдержан рядом известных фирм: IFM, Limberg, Siemens, Pepperl+Fuchs, AllenBradley.
Существует и одноименная ассоциация по поддержке этой сети – ASI[42].AS-интерфейс является открытой промышленной сетью нижнего уровня систем автоматизации, которая предназначена для организации связи с датчиками иисполнительными устройствами в соответствии с требованиями европейскихнормативов EN 50295 и международного стандарта МЭК 62026-2 [43].В существовавших ранее решениях для подключения дискретных датчиков иисполнительных механизмов к управляющему устройству использовалось множе110ство кабельных соединений (жгут), так как каждое такое устройство подключалось к модулю ввода-вывода управляющего устройства отдельной парой проводников. При этом затраты на приобретение кабельной продукции, на её монтаж иэксплуатацию были очень велики.
AS-интерфейс позволяет решить задачу подключения датчиков и исполнительных механизмов к системе управления на основе построения сети с использованием одного двухжильного кабеля, с помощьюкоторого обеспечивается как питание всех сетевых устройств, так и опрос датчиков и выдача команд на исполнительные механизмы.При наличии в системе специальных модулей AS-интерфейс позволяет подключать к системе управления обычные широко распространённые на рынке датчики и исполнительные механизмы. Следующим шагом в развитии сетевых технологий на базе AS-интерфейса стало включение интегральных микросхем ведомого устройства непосредственно в электронную часть датчиков и исполнительных механизмов.
Для таких интеллектуальных устройств становится возможнойреализация удалённого параметрирования и диагностики без использования дополнительных связей.Гибкость управления системой достигается за счёт применения различныхведущих устройств. Функции ведущих устройств могут выполнять программируемые логические контроллеры, промышленные компьютеры или модули связис сетями более высокого уровня — MODBUS, Interbus, CAN, PROFIBUS, DeviceNet.Передача данныхВ качестве среды передачи используется пара обычных проводников.
Площадь поперечного сечения каждого проводника, равная 1,5 мм2, установленастандартом. При таком сечении гарантируется питающий ток 2 А, таким образом,ведомые устройства могут питаться непосредственно от шины AS-интерфейса.Оболочка кабеля AS-интерфейса имеет специальный профиль в виде трапеции с выступом (рис.
4.5), исключающий возможность неправильного подключения сетевых компонентов. Желтый плоский кабель стал своего рода рыночнымзнаком AS-интерфейса. Большая часть сетевых компонентов подключается к кабелю методом прокалывания изоляции, и сделать это можно практически в любойточке соединительного кабеля, что обеспечивает гибкость сетевой архитектуры исокращает сроки монтажа. Наряду с профилированным кабелем используется икруглый кабель, ориентированный на специальные модули.Если для исполнительных механизмов требуется дополнительное питание,например постоянное напряжение 24 В, то можно применить аналогичный профилированный кабель черного цвета, который также использует технологию про111калывания.
Для напряжений более 30 В, в частности для 220 В переменного тока,используется кабель с оболочкой красного цвета.5.Рис. 4.5. Поперечное сечение кабеля AS-интерфейса и способ подключения устройствСкорость передачи данных ограничена до 167 кбит/с. Для кодирования данных используется манчестерский код, в котором логические единица и нуль кодируются восходящим и нисходящим фронтом сигнала в середине битового интервала. Такой тип кодирования снижает влияние на ASI-кабель внешних возмущений.Подключение устройств и топологияЛокальная вычислительная система низкого уровня на базе AS-интерфейсаможет иметь только одно ведущее устройство. По спецификации AS-интерфейсаверсии 2.0, к ведущему устройству можно подключить 31 ведомое устройство.Каждое ведомое устройство может иметь до 4 входов/выходов.AS-интерфейс использует метод доступа к ведомым устройствам, основанный на их циклическом опросе.
При опросе системы, состоящей из 31 ведомогоустройства, время цикла составляет 5 мс. Таким образом, не позднее чем черезкаждые 5 мс каждый датчик или исполнительный механизм системы будет опрошен ведущим устройством.Каждый узел ASI-сети должен иметь специальную интерфейсную микросхему с поддержкой ASI-протокола. AS-интерфейс позволяет передавать как данные,так питающую нагрузку к узлам сети, поскольку существует большое число фотоэлектрических и индуктивных датчиков, которые потребляют небольшую мощность и могут питаться непосредственно от сети. Упрощённо ASI-сеть может выглядеть, как на рис. 4.6.Топология сети AS-интерфейса может быть произвольной (рис. 4.7). Отсутствие терминаторов шины позволяет даже «закольцевать» среду передачи.
Един112ственное, что необходимо учитывать – это ограничение общей длины кабеля –100 м. Под общей длиной понимается сумма длин всех ветвей сегмента сети, обслуживаемого одним ведущим устройством. Специальный расширитель позволяет удлинить кабель или разделить ветвь на группы. Если требуется большая длинакабеля, то можно использовать до двух повторителей, что обеспечит надёжное соединение при суммарной протяжённости линий связи до 300 м.
При этом необходимо учитывать, что каждый сегмент требует отдельного источника электропитания.Для сетевых устройств должны использоваться только специальные источники, предназначенные для работы с AS-интерфейсом.6.7.Рис. 4.6. Пример ASI-структурыРис. 4.7. Топология сети AS-интерфейсаФорматы пакетов данныхПротокол AS-интерфейса (рис. 4.8) состоит из запроса ведущего устройства,паузы ведущего устройства, ответа ведомого устройства и, соответственно, паузыведомого устройства.1138.Рис.
4.8. Структура протокола AS-интерфейсаВсе запросы ведущего устройства имеют длину 14 бит, все ответы ведомогоустройства занимают 7 бит. При этом период времени передачи одного бита составляет 6 мкс. Пауза ведущего устройства может занимать по времени от 3 до 10тактов передачи бита. Если ведомое устройство было синхронизировано, то естьприняло сообщение ведущего устройства и ответило, то это позволяет начать передачу ответа ведомого устройства через 3 такта. Если ведомое устройство не было синхронизировано, например, это первый запрос в адрес данного ведомогоустройства или запрос после воздействия помехи, то требуется на два такта больше, чем это было необходимо в первом случае. Если ведущее устройство после 10тактов не приняло стартовый бит ответа ведомого устройства, можно сделать заключение, что ответ не проходит, и ведущее устройство может послать следующий запрос, например, ведомому устройству с более высоким адресом.Дополнительную информацию о назначении и состоянии битов запроса ведущего устройства и ответа ведомого устройства содержат табл.
4.5 и 4.0.5.Таблица 4.5.Биты запроса ведущего устройстваОбозначениеНазваниеПоясненияУказывает начало запроса ведущего устройства:STСтартовый бит0 – действительный стартовый бит, 1 – не допускаетсяОбозначает тип запроса:SBУправляющий бит0 – запрос данных, параметра, адреса, 1 – командаA0…A4АдресАдрес вызываемого ведомого устройства (5 разрядов)5 информационных разрядов, соответствующих типуD0…D4Данныезапроса (параметр, команда)PBБит чётностиСумма всех «1» в запросе должна быть чётнойУказывает конец запроса ведущего устройства:EBКонечный бит0 – не допускается, 1 – признак конечного битаВ табл.
4.7 представлены некоторые запросы и команды ведущего устройстваспецификации 2.0. Полный список команд и запросов AS-интерфейса можно найти в [44].Бит D4 (см. табл. 4.7) запроса ведущего устройства определяет, какую именно информацию содержит запрос ведущего устройства (SB=0): если D4 равен ну114лю, то информационные разряды запроса (D3–D0) содержат значения, которыенужно установить на дискретных выходах ведомого устройства, а если D4 равенединице, то информационные разряды запроса (D3–D0) содержат значения конфигурационных параметров устройства.6.Таблица 4.0.Биты ответа ведомого устройстваОбозначениеНазваниеПоясненияУказывает начало запроса ведущего устройства:STСтартовый бит0 – действительный стартовый бит, 1 – не допускается4 информационных разряда, указывают, например,D0…D3Данныепараметр, установленный порт ввода-вывода, статусведомого устройстваPBБит чётностиСумма всех «1» в запросе должна быть чётнойУказывает конец запроса ведущего устройства:EBКонечный бит0 – не допускается, 1 – признак конечного бита7.Допустимые запросы ведущего устройства5 адресных5 разрядовST SBразрядовинформацииЗапрос данных00A4 A3 A2 A1 A0 0 D3 D2 D1 D0Записать параметр00A4 A3 A2 A1 A0 1 D3 D2 D1 D0Присвоение адреса000 0 0 0 0 A4 A3 A2 A1 A0Другие командыСброс01A4 A3 A2 A1 A0 1 1 1 0 0Удалить адрес01A4 A3 A2 A1 A0 0 0 0 0 0Считать конфигурацию ввода01A4 A3 A2 A1 A0 1 0 0 0 0выводаСчитать идентификационный код01A4 A3 A2 A1 A0 1 0 0 0 1Считать статус01A4 A3 A2 A1 A0 1 1 1 1 0Таблица 4.7.PBEBPBPBPB111PBPB11PB1PBPB11Микросхема ведомого устройстваДля того чтобы электронная часть ведомого устройства, могла быть встроенанепосредственно в датчик или исполнительное устройство, она должна быть компактной и, кроме того, дешёвой.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
