Лекция 9ВР (1088294), страница 2
Текст из файла (страница 2)
В силу техтребований, которые предъявляются к системам SCADA, спектр ихфункциональных возможностей определен и реализован практически во всехпакетах. Перечислим основные возможности и средства, присущие всемсистемам и различающиеся только техническими особенностями реализации:- автоматизированная разработка, дающая возможность создания ПОсистемы автоматизации безреального программирования;- средства сбора первичной информации от устройств нижнего уровня;- средства управления и регистрации сигналов об аварийных ситуациях;- средства хранения информации с возможностью ее постобработки (какправило, реализуется черезинтерфейсы к наиболее популярным базам данных);- средства обработки первичной информации;- средства визуализации информации в виде графиков, гистограмм и т.п.;- возможность работы прикладной системы с наборами параметров,рассматриваемых как "единоецелое" ("recipe" или "установки").CAN- технология.
Принципы построения производственныхсетей.Необходимо отметить, что CAN-технология является достаточносложной, многокомпонентной, быстроразвивающейся современнойтехнологией, на освоение которой уходит несколько человеко-лет взависимости от глубины ее освоения. Оптимальный алгоритм освоения,правильный выбор информационных ресурсов застрахует вас отситуации, когда вы выберете компонент, который снимается спроизводства, спецификацию, которую никто больше не поддерживаетили поставщика, который поставляет несертифицированные (а значит,«условно работоспособные») программные или аппаратные средства.Понимание этих особенностей CAN-технологии привело к созданию в1991 году некоммерческой международной организации CAN inAutomation (CiA).
CiA ставит перед собой две основные задачи. Перваязадача — научно-техническая. Она включает в себя координацию вмировом масштабе работ по разработкам и внедрению CAN-технологий,обмен информацией между разработчиками, выпуск целостных иправильных спецификаций, участие в работе международных инациональных стандартизирующих организаций, выпуск учебнометодической литературы и проведение школ, семинаров иконференций по тематике, связанной с CAN. Решением этой задачизанимается технический комитет CiA.Введение в протокол CANПромышленнаясетьреальноговремениCANпредставляетсобой сеть с общей средой передачи данных.
Это означает, что всеузлы сети одновременно принимают сигналы передаваемые пошине. Невозможно послать сообщение какому-либо конкретномуузлу. Все узлы сети принимают весь трафик передаваемый пошине.Однако,CAN-контроллерыпредоставляютаппаратнуювозможность фильтрации CAN-сообщений.Каждый узел состоит из двух составляющих. Это собственноCAN контроллер, который обеспечивает взаимодействие с сетью иреализует протокол, и микропроцессор (CPU).Рис.
1. Топология сети CAN.CAN контроллеры соединяются с помощью дифференциальнойшины, которая имеет две линии - CAN_H (can-high) и CAN_L (canlow),покоторымпередаютсясигналы.Логическийнольрегистрируется, когда на линии CAN_H сигнал выше, чем налинии CAN_L. Логическая единица - в случае когда сигналыCAN_H и CAN_L одинаковы (отличаются менее чем на 0.5 В).Использование такой дифференциальной схемы передачи делаетвозможным работу CAN сети в очень сложных внешних условиях.Логический ноль - называется доминантным битом, а логическаяединица-рецессивным.Этиназванияотражаютприоритетлогической единицы и нуля на шине CAN.
При одновременнойпередачевшинулог.нуляиединицы,нашинебудетзарегестрирован только логический ноль (доминантный сигнал), алогическая единица будет подавлена (рецессивный сигнал).Типы сообщений сети CAN.Данные в CAN передаются короткими сообщениями-кадрамистандартногоформата.ВCANсуществуютчетыретипасообщений:•Data Frame•Remote Frame•Error Frame•Overload FrameData Frame - это наиболее часто используемый тип сообщения. Онсостоит из следующих основных частей:•поле арбитража (arbitration field) определяет приоритетсообщения в случае, когда два или более узлов одновременнопытаются передать данные в сеть. Поле арбитража состоит всвою очередь из:oдля стандарта CAN-2.0A, 11-битного идентификатора +1 бит RTR (retransmit)oдля стандарта CAN-2.0B, 29-битного идентификатора +1 бит RTR (retransmit)Следует отметить, что поле идентификатора, несмотря насвое название никак не идентифицирует само по себе ни узелв сети, ни содержимое поля данных.
Для Data кадра бит RTRвсегда выставлен в логический ноль (доминантный сигнал).•поле данных (data field) содержит от 0 до 8 байт данных•поле CRC (CRC field) содержит 15-битную контрольнуюсумму сообщения, которая используется для обнаруженияошибок•слот подтверждения (Acknowledgement Slot) (1 бит), каждыйCAN-контроллер, который правильно принял сообщениепосылает бит подтверждения в сеть. Узел, который послалсообщение слушает этот бит, и в случае если подтверждениене пришло, повторяет передачу. В случае приема слотаподтверждения передающий узел может быть уверен лишь втом, что хотя бы один из узлов в сети правльно принял егосообщение.Рис.
2. Data frame стандарта CAN 2.0A.RemoteFrame-этоDataFrameбезполяданныхисвыставленным битом RTR (1 - рецессивные бит). Основноепредназначение Remote кадра - это инициация одним из узлов сетипередачи в сеть данных другим узлом. Такая схема позволяетуменьшить суммарный трафик сети. Однако, на практике RemoteFrame сейчас используется редко (например, в DeviceNet RemoteFrame вовсе не используется).Error Frame - это сообщение которое явно нарушает форматсолобщения CAN. Передача такого сообщения приводит к тому,что все узлы сети регистрируют ошибку формата CAN-кадра, и всвоюочередьавтоматическипередаютвсетьErrorFrame.Результатом этого процесса является автоматическая повторнаяпередача данных в сеть передающим узлом.
Error Frame состоит изполя Error Flag, которое состоит из 6 бит одинакового значения (итаким образом Error frame нарушает проверку Bit Stuffing, см.ниже), и поля Error Delimiter, состоящее из 8 рецессивных битов.Error Delimiter дает возможность другим узлам сети обнаруживError Frame послать в сеть свой Error Flag.Overload Frame - повторяет структуру и логику работы Errorкадра, с той разницей, что он используется перегруженным узлом,который в данный момент не может обработать поступающеесообщение, и поэтому просит при помощи Overload-кадра оповторной передаче данных. В настоящее время Overload-кадрпрактически не используется.Контроль доступа к среде передачи (побитовый арбитраж).Поле арбитража CAN-кадра используется в CAN для разрешенияколлизий доступа к шине методом не деструктивного арбитража.Сутьметоданедеструктивногоарбитражазаключаетсявследующем.
В случае, когда несколько контроллеров начинаютодновременную передачу CAN кадра в сеть, каждый из нихсравнивает, бит, который собирается передать на шину с битом,который пытается передать на шину конкурирующий контроллер.Если значения этих битов равны, оба контроллера передаютследующий бит. И так происходит до тех пор, пока значенияпередаваемых битов не окажутся различными. Теперь контроллер,который передавал логический ноль (более приоритетный сигнал)будет продолжать передачу, а другой (другие) контроллер прервётсвою передачу до того времени, пока шина вновь не освободится.Конечно, если шина в данный момент занята, то контроллер неначнет передачу до момента её освобождения.Рис.
3. Побитовый арбитраж на шине CAN.Методы обнаружения ошибок.CAN протокол определяет пять способов обнаружения ошибок всети:•Bit monitoring•Bit stuffing•Frame check•ACKnowledgement Check•CRC CheckBit monitoring - каждый узел во время передачи битов в сетьсравнивает значение передаваемого им бита со значением битакоторое появляется на шине. Если эти значения не совпадают, тоузел генерирует ошибку Bit Error. Естественно, что во времяарбитража на шине (передача поля арбитража в шину) этотмеханизм проверки ошибок отключается.Bit stuffing - когда узел передает последовательно в шину 5 битсодинаковымзначением,противоположнымтозначением.ондобавляетПринимающиешестойузлыбитсэтотдополнительный бит удаляют.
Если узел обнаруживает на шинебольше 5 последовательных бит с одинаковым значением, то онгенерирует ошибку Stuff Error.FrameCheck-некоторыечастиCAN-сообщенияимеютодинаковое значение во всех типах сообщений. Т.е. протокол CANточно определяет какие уровни напряжения и когда должныпоявляться на шине. Если формат сообщений нарушается, то узлыгенерируют ошибку Form Error.ACKnowledgement Check - каждый узел получив правильноесообщение по сети посылает в сеть доминантный (0) бит. Если жеэтого не происходит, то передающий узел регистрирует ошибкуAcknowledgement Error.CRC Check - каждое сообщение CAN содержит CRC сумму, икаждый принимающий узел подсчитывает значение CRC длякаждого полученного сообщения. Если подсчитанное значениеCRC суммы, не совпадает со значением CRC в теле сообщения,принимающий узел генерирует ошибку CRC Error.Механизм ограничения ошибок (Error confinement).Каждый узел сети CAN, во время работы пытается обнаружитьодну из пяти возможных ошибок.
Если ошибка обнаружена, узелпередает в сеть Error Frame, разрушая тем самым весь текущийтрафиксетиостальные(передачуузлыиприемобнаруживаюттекущегоErrorсообщения).FrameиВсепринимаютсоответствующие действия (сбрасывают принятое сообщение).Кроме того, каждый узел ведет два счетчика ошибок: TransmitError Counter (счетчик ошибок передачи) и Receive Error Counter(счетчикошибокприема).Этисчетчикиувеличиваютсяилиуменьшаются в соответствие с несколькими правилами. Самиправила управления счетчиками ошибок достаточно сложны, носводятся к простому принципу, ошибка передачи приводит кувеличениюTransmitErrorсчетчикаувеличиваетсчетчикReceiveErrorнана8,1,ошибкалюбаяприемакорректнаяпередача/прием сообщения уменшают соответствующий счетчикна 1. Эти правила приводят к тому, что счетчик ошибок передачипередающего узла увеличивается быстрее, чем счетчик ошибокприемапринимающихузлов.Этоправилосоответствуетпредположению о большой вероятности того, что источникомошибок является передающий узел.Каждый узел CAN сети может находится в одном из трехсостояний.
Когда узел стартует он находится в состоянии ErrorActive. Когда, значение хотя бы одного из двух счетчиков ошибокпревышает предел 127, узел переходит в состояние Error Passive.Когда значение хотя бы одного из двух счетчиков превышаетпредел 255, узел переходит в состояние Bus Off.УзелнаходящийсявсостоянииErrorActiveвслучаеобнаружения ошибки на шине передает в сеть Active Error Flags.Active Error Flags сотстоит из 6 доминантных бит, поэтому всеузлы его регистрируют. Узел в состоянии Passive Error передает всеть Passive Error Flags при обнаружении ошибки в сети.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
