Учебное пособие по интерфейсам систем промышленной автоматизации (1015600), страница 23
Текст из файла (страница 23)
Это возможно только при использовании специализированных микросхем с высокой степенью интеграции.Через интегральную микросхему ведомого устройства двоичные датчики иисполнительные устройства подключаются к сети AS-интерфейса. Специализированная микросхема (ASI Chip, ASIC) обеспечивает датчик или исполнительное115устройство электропитанием от сети, распознает переданную от ведущего устройства информацию и посылает в ответ собственные данные.Возможны два способа использования таких микросхем:• микросхема может быть встроена прямо в датчик или исполнительное устройство, в результате чего получается устройство с интегрированнымAS-интерфейсом (рис. 4.9);• микросхема может быть встроена в специальный модуль таким образом,что к модулю можно подключать обыкновенный датчик или исполнительное устройство, которые при этом становятся устройствами с внешним AS-интерфейсом(рис.
4.10).9.Рис. 4.9. Схема датчика или исполнительного устройства с интегрированным AS-интерфейсом10.Рис. 4.10. Схема модуля связи сети AS-интерфейса с датчиками и исполнительнымимеханизмами без встроенных микросхем ведомого устройства116Основным производителем микросхем для AS-интерфейса является компания AMS (Austria Microsystems), выпускающая микросхемы ASI3+ и SAP4.Четыре возможные точки подключения к порту данных микросхемы ведомогоустройства (D0–D3, рис. 4.9, 4.10) могут быть сконфигурированы как входы, выходы и двунаправленные порты (входы/выходы). Конфигурирование выполняетсяпроизводителем AS-устройства и не может быть изменено в процессе эксплуатации.В основном режиме работы AS-интерфейса ведомые устройства периодическиопрашиваются с помощью команды «Запрос данных» (Data Request).
При посылкезапроса ведущее устройство указывает, какие значения нужно установить на дискретных выходах ведомого устройства. При этом, если какой-то из портов данныхсконфигурирован как вход, то переданное для него значение игнорируется. Приответе, ведомое устройство передаёт значения входов, подключённых к соответствующим портам. Для портов, к которым подключены выходы, передаваемыезначения не определены (это могут быть нули или единицы).Например, для устройства на рис. 4.10 порты D0 и D1 сконфигурированы каквходы, а порты D2 и D3 – как выходы. Пусть также рассматриваемое ведомоеустройство имеет адрес 1110 (010112).
Тогда запрос с командой включить оба исполнительных устройства будет выглядеть так (см. табл. 4.7):0 0 01011 01100 1 1а ответ (если на выходе первого датчика установлен логический нуль, а на выходевторого – логическая единица) будет следующим:0 0010 1 1С помощью команды «Записать параметр» (табл. 4.7) ведомое устройствополучает от ведущего 4 бита данных, соответствующих значениям параметров.С их помощью можно управлять особыми функциями ведомого устройства.Спецификация AS-интерфейса версии 2.1Весной 2000 года появилась новая спецификация AS-интерфейса версии 2.1.Количество ведомых устройств в одной сети увеличено до 62 за счёт разделенияадресного пространства ведущего сетевого устройства на две подобласти: А и В.Ведомые устройства версии 2.0 стали называться стандартными, а устройстваверсии 2.1 – устройствами с расширенным режимом адресации.В стандартном режиме адресации ведомое устройство могло иметь до 4 входов/выходов.
Так называемые A/B-устройства (устройства, адресуемые в соответствии со спецификацией версии 2.1) могут иметь до 4 входов или до 3 выходов.Другие технические данные системы на базе AS-интерфейса приведены втабл. 4.8.1178.Таблица 4.8.Технические данные системы на базе AS-интерфейсаСпецификацияСпецификацияПараметрверсии 2.0версии 2.1ТопологияМагистральная, древовидная, звездообразная и др.Число ведомыхДо 31До 62устройствДо 4 датчиков иДо 4 датчиков иЧисло подключаемых4 ИМ на одно3 ИМ на однодатчиков и исполниведомое устройство.ведомое устройство.тельных механизмовДо 124 датчиков иДо 248 датчиков и(ИМ)124 ИМ на одно186 ИМ на одноведущее устройствоведущее устройствоМаксимальная протяБез повторителей – до 100 мжённость линии связиС повторителями – до 300 мДвухжильный кабель (2х1,5мм2) специального профиля безЛиния связиэкрана, невитой, для одновременной передачи данных и питанияЭлектропитаниеЧерез шину AS-интерфейса: 2,8А (ном.), 8А (макс.) / 29,5…31,6 ВСкорость передачиДо 53 кбит/с при общей пропускной способности 167 кбит/сданныхОдноадресное сообщение ведущего устройства с прямым ответомСтруктура сообщенийведомого устройстваВремя цикла приНе превышает 5 мс31 ведомом устройстве (задержка на одно ведомое устройство – порядка 0,15 мс)Время цикла при 62–Не превышает 10 мс.ведомых устройствахИдентификация ошибок и повторный запрос со стороны ведущегоКоррекция ошибокустройстваМетод доступаЦиклический опрос (сканирование) ведомых устройствДля того, чтобы обеспечить совместимость на одной шине устройств спецификации 2.0 и 2.1, формат пакета запроса остался неизменен, а подобласть адресного пространства A или B определяется значением бита D3 в запросе/командеведущего устройства (рис.
4.8, табл. 4.7). Тогда, на передачу информации от ведущего устройства остаётся только три бита (D2–D0), этим и объясняется уменьшенное количество исполнительных устройств, которые можно подключить к ведомому устройству.Если в AS-интерфейсе версии 2.1 используются только ведомые устройстваодной подобласти адресного пространства (А или В), то время цикла опроса непревышает 5 мс, как и в версии 2.0. В случае использования всего адресного пространства, доступного для версии 2.1, ведомые устройства подобластей А и В обслуживаются по очереди: в первом цикле производится опрос ведомых устройств118подобласти А, во втором — подобласти В, и в такой последовательности циклический процесс опроса повторяется далее. Таким образом, в этом случае суммарное время обслуживания всех ведомых устройств не превышает 10 мс.Обслуживание ведомых А/B-устройств способны выполнять только ведущиесетевые устройства, поддерживающие спецификацию версии 2.1.
Устройства, неподдерживающие данную версию, способны обслуживать не более 31 ведомогоустройства (подобласть адресного пространства А).4.2. ПРОТОКОЛЫ СИСТЕМНОГО УРОВНЯModbusЭтот протокол разработан фирмой Modicon Gould Inc., ныне Schneider Electric [45, 46] для построения промышленных распределённых систем управления.Специальный физический интерфейс для него не определён. Поэтому на физическом уровне протокола Modbus может использоваться любой байториентированный протокол: RS-232C, RS-422, RS-485 или же токовая петля.Протокол MODBUS работает по принципу «Master – Slave», или «ведущий –ведомый». Конфигурация на основе этого протокола предполагает наличие одного ведущего устройства и до 247 ведомых устройств. Каждому ведомому устройству на этапе конфигурирования сети присваивается уникальный адрес устройства в диапазоне от 1 до 247.
Только ведущее устройство инициирует циклы обменаданными (транзакции). Существует два типа транзакций:• запрос/ответ (адресуется только одно из ведомых устройств);• широковещательная передача (ведущее устройство, используя нулевой адрес, обращается ко всем остальным узлам сети одновременно без квитирования).Таким образом, каждая транзакция содержит один кадр запроса и один кадрответа, либо один кадр широковещательной передачи.Некоторые характеристики протокола Modbus фиксированы.
К ним относятся формат кадра, последовательность кадров, обработка ошибок коммуникации иисключительных ситуаций, и выполнение функций.Другие характеристики выбираются пользователем. К ним относятся типсредства связи, скорость обмена, проверка на чётность, число стоповых бит, и режим передачи (ASCII или RTU). Параметры, выбираемые пользователем, устанавливаются (аппаратно или программно) на каждом устройстве. Эти параметрыустанавливаются одинаковыми для всех устройств сети Modbus и не могут бытьизменены во время работы системы.Режим передачи определяет структуру отдельных блоков информации в сообщении и системы счисления, используемой для передачи данных. В системе119Modbus существуют два режима передачи.
Оба режима обеспечивают одинаковую совместимость при связи с ведомыми устройствами. Режим выбирается в зависимости от объединяемого с помощью сети Modbus оборудования. Для каждойсети Modbus должен использоваться только один режим. Смешивание режимов недозволительно. Режимы делятся на ASCII (American Standard Code for InformationInterchange – Американский стандартный код обмена информацией) и RTU (Remote Terminal Unit – модуль удалённого терминала). Основные характеристикирежимов ASCII и RTU представлены в табл. 4.9.9.ХарактеристикаСистема кодированияТаблица 4.9.Характеристики режимов ASCII и RTUASCII (7-бит)RTU (8-бит)Используются ASCII символы8-битовая двоичная система0–9,A–FЧисло бит на символ:– стартовый бит;– биты данных;1– бит чётности;– стоповые биты.Контрольная суммаModbus-кадра17вкл./выкл.1 или 2LRC (Longitudinal RedundancyCheck – продольный контрольпо избыточности)1младший бит передаётся первым18вкл./выкл.1 или 2CRC-16 (Cyclical RedundancyCheck – контроль с помощьюциклического избыточного кода)Символы ASCII удобнее использовать при отладке, поэтому этот режим удобен для компьютеров, программируемых на языке высокого уровня.
Режим RTUобеспечивает более компактный размер кадров, что позволяет сократить длительность транзакции.В режиме RTU данные передаются в виде восьмиразрядных двоичных символов. В режиме ASCII каждый RTU-символ сначала делится на две четырехразрядных части (старшая и младшая), значение каждой цифры представляется одной 16-тиразрядной цифрой, а затем ASCII-символы этих 16-тиразрядных цифриспользуются при формировании сообщения. В результате каждый RTU символпредставляется двумя ASCII символами, которые могут принимать значения 0–9 иA–F.
Их коды (3016 – 3916 и 4116 – 4616 соответственно) лежат в основной (нижней)части ASCII-таблицы, что позволяет использовать только семь бит для передачикаждого байта (самый старший восьмой бит всегда будет равен нулю, а значит егоможно не передавать).ASCII режим использует в два раза больше символов, чем RTU режим, нодекодирование и управление данными – легче. К тому же, в режиме RTU символы120сообщения должны передаваться непрерывным потоком.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
