10. Локальные промышленные сети и интерфейсы (1245068)
Текст из файла
10. Локальные промышленные сети и интерфейсыРазвитие микропроцессорной техники способствовало переходу к архитектуре распределенных системуправления (РСУ):- ряд функций стал реализовываться вне центрального процессора - в датчиках (ДЧ), исполнительныхмеханизмах (ИМ) и т.д., которые стали превращаться в коммуникационные устройства.«Интеллектуализация» такого оборудования и появление цифровых интерфейсов привели к новымвидам коммуникаций - локальным сетям, функционирующим на нижнем уровне системы.Сети на уровне устройств, физически связанных с объектом управления (ОУ), имеют отличительныепризнаки и их называют локальными промышленными сетями (ЛПС). В переводной литературе - “полеваяшина” (Fieldbus).ЛПС - это цифровые, двунаправленные, многоточечные, последовательные коммуникационные сети,обеспечивающие:1) передачу данных; 2) настройку и диагностику оборудования системы; 3) питание ДЧ и ИМ;4) передачу данных между ДЧ и ИМ, минуя программируемые промышленные контроллеры (ПРК); 5) связимежду ДЧ, ИМ, ПРК, и верхними уровнями системы; 6) связи между ПРК и системами человеко-машинногоинтерфейса (ИФ) и др.В целом, ЛПС – это физический способ объединения устройств и протокол их взаимодействия.
Онинепосредственно связаны с зоной, где работают ПРК, ДЧ и ИМ. По сравнению с подключением оборудованияк ПРК отдельными линиями (рис. 1,а) применение ЛПС (рис. 1,б) обеспечивает новые возможности:1) снижаются расходы на кабель и его прокладку; 2) увеличивается допустимое расстояние до подключаемых ДЧ и ИМ; 3) упрощается управление сетью ДЧ и ИМ; 4) упрощается модификация системы приизменении типа ДЧ, протокола, взаимодействия, добавлении устройств ввода-вывода (ВВ); 5) позволяют дистанционно настраивать ДЧ и проводить их диагностику.Однако при обрыве кабеля теряется возможность получать данные и управлять не одним, а несколькими устройствами, а для повышения надёжности приходится резервировать каналы связи.ПРК…..ПрямоеподключениеДатчики,исполнительныемеханизмыи др.
устройстваСетеваяструктураПРК…..а)б)…..Рис. 1. Схемы подключения оборудования к ПРК (программируемому промышленному контроллеру):а) отдельными линиями; б) посредствомЛПСВ целом, применение технологии ЛПС смещает интеллект на нижние уровни систем, позволяет решать ряд несложных задач управления и контроля не прибегая к средствам более высоких уровней.Пассивные ранее устройства теперь могут воспринимать команды, выполнять диагностику, сообщатьо состояниях, ошибках, обеспечивать функции самонастройки.Специфические требования к ЛПС: 1) жесткая детерминированность поведения; 2) обеспечение реального масштаба времени; 3) использование недорогих СПД при больших расстояниях (например, витая пара); 4) повышенная надежность передачи данных в среде с высоким уровнем электромагнитных помех; 5)наличие специальных высоконадежных механических соединительных компонентов.Ключевые требования - детерминированность поведения (все возможные события в сети могутбыть заранее четко определены), и повышенная надежность передачи данных.Задача ЛПС состоит в организации физической и логической связи ДЧ с системным интеллектом, ролькоторого выполняют ПРК или промышленные компьютеры таким образом, чтобы информация с этого уровнябыла доступна верхним уровням системы.К ЛПС относятся, например:Modbus/RS-485 - простая, дешёвая и широко распространённая ЛПС;Промышленный Ethernet - вариант Ethernet для применения в промышленности;1HART (Highwey Addresable Remote Transducer – магистральный адресуемый удаленный преобразователь) - дляаналоговых датчиков и их настройки;AS-Interface (Actuator Sensor Interface - интерфейс датчиков и исполнительных устройств) - длядискретных датчиков);CAN (Control Area Network - локальная сеть контроллеров) - для транспорта и машиностроения;ProfiBus (PROcess FIield Bus – открытая промышленная сеть) — Profi Bus DP, Profi Bus FMS, Profi Bus PA;- и другие.Основные компоненты ЛПС: Топология; Физическая СПД; Метод доступа к СПД; Программноеобеспечение.Система управления сложными объектами реализуется в общем случае на основе иерархии ЛПС, приэтом обычно различают 2 уровня: уровень датчиков и уровень управления.Задачи уровня датчиков (Sensor/actuator level): объединение простых устройств: ДЧ, ИМ и др.устройств, имеющих специальную интерфейсную микросхему; обеспечение высокоскоростной передачи коротких сообщений.Длина сегмента сети обычно порядка 100 м, число узлов – несколько десятков, объем передаваемыхданных за цикл – от одного до нескольких десятков байт.Примеры этих сетей: ASI, Interbus-S, Profibus DP, HART.Задачи уровня управления (Fieldlevel) – объединение ПРК для сбора, обработки информации и управления объектами.
Такие ЛПС могут обращаться к серверу за соответствующими ресурсами. Сеть может объединять сотни узлов и обеспечивать передачу больших объемов данных.Примеры этих сетей: Profibus FMS, Bitbus и Ethernet.Рассмотренные сетевые уровни связываются посредством мостов между собой и с верхними уровнями системы. Сравнительные характеристики ЛПС на этих уровнях приведены в табл.1.Табл. 1. Сравнительные характеристики ЛПС различных уровнейОсновные критерииУровень датчиковУровень управленияРасширение сетиВремя циклаОбъем передаваемых данных за циклДоступ к шинедо 100 мот 1 мс до 1 сот 1 до 8 байтсвободныйот 100 м до 1 кмот 10 мс до 10 сот 8 байт до нескольких сотен байтфиксированный/свободныйСовременной тенденцией в организации ЛПС на нижнем уровне является обеспечение передачи нетолько данных, но и питания для оконечных устройств (AS-interface, HART, InterBus и др.).Большинство ЛПС поддерживают физический, канальный и прикладной уровни OSI-модели.Физический уровень обеспечивает необходимые механические, функциональные и электрические характеристики для установления, поддержания и размыкания соединения.Канальный уровень (передачи данных) гарантирует передачу данных между устройствами, управляетне только сетевым доступом, но также механизмами защиты и восстановления данных в случае ошибок припередаче.Прикладной - обеспечивает непосредственную поддержку прикладных процессов и программ пользователя и управление взаимодействием этих программ с различными объектами сети.Как исключение, в ЛПС LonWorks реализуются все семь уровней OSI-модели.Методы доступа к СПД:1) Централизованный (“ведущий/ведомый” – “master/slave”), предполагающий наделение одного изузлов правами ведущего (master), другие - ведомые (slave).
Master определяет порядок и время доступа ведомых к шине, инициирует циклы обмена данными с ведомыми. Сообщения могут передаваться только одномуузлу или всем узлам одновременно. В последнем случае это широковещательный режим, не требующий адресации каждого узла. При отказе ведущего узла обмен по шине приостанавливается. Такой метод используется, как правило, на нижнем уровне управления – уровне ПРК, ДЧ, ИМ.2) Децентрализованный - предполагает наделение правами ведущего группы узлов сети. Функции ведущего в этом случае могут передаваться от одного узла к другому.
Используется 2 варианта такого доступа:а) метод передачи маркера; б) множественный доступ с контролем несущей и обнаружением конфликтов(коллизий ).В методе передачи маркера право доступа к шине (маркер) передается циклически от одного узла сети к другому. Узел, получивший маркер, становится ведущим.
Метод, как правило, используется в распределенных сетях с большой загрузкой шины.2При множественном методе доступа к шине право мастера имеет в равной степени каждый узел.Это право реализуется случайным образом (рассмотрено ранее). Такой метод доступа наиболее широко используется при относительно низкой загрузке магистрали передачи данных.Стандарты интерфейсов (ИФ) последовательной передачи данныхНаличие в составе современных ПРК портов последовательного ввода-вывода (в частности, RS-232,RS-422, RS-485, токовая петля 20 мА и другие) позволяет решать широкий круг задач, в том числе:- осуществлять связь встроенных микроконтроллерных систем с верхними уровнями систем управления (ИФ RS-232 и RS-485);- осуществлять связь с внешними по отношению к микроконтроллеру периферийными интегральнымисхемами, а также с датчиками физических величин с последовательным выходом (ИФ I2C, SPI, а также нестандартные протоколы обмена);- обеспечение интерфейса связи с локальными сетями ПРК.Названные интерфейсы отличаются: а) режимом передачи данных (синхронный или асинхронный),б) форматом кадра, в) временными диаграммами сигналов на линиях.Число линий, по которым происходит передача, обычно равно двум (I2C, RS-232, RS-485) или трем(SPI, некоторые нестандартные протоколы).Последовательные интерфейсы RS-232 и RS-485 на сегодняшний день остаются одними из самыхраспространенных в промышленном оборудовании.Следует отметить, что среди различных типов последовательных портов сложился "де-факто" стандарт модуля UART (Universal Asynchronous Receiver-Transmitter - универсальный асинхронный приемопередатчик).
Предназначен для связи с другими цифровыми устройствами. Преобразует заданный наборданных в последовательный вид так, чтобы было возможно передать их по однопроводной цифровой линиидругому аналогичному устройству. Метод преобразования хорошо стандартизован и широко применялся вкомпьютерной технике. UART может представлять собой отдельную микросхему или являться частью большой интегральной схемы, часто встраивается в микроконтроллеры.При этом большинство модулей UART кроме асинхронного режима обмена, способны также реализовать режим синхронной передачи данных.В асинхронном режиме они позволяют реализовать протокол обмена для RS-232, RS-422, RS-485,в синхронном - нестандартные протоколы обмена, и в некоторых моделях интерфейса SPI.UART - полнодуплексный интерфейс, т.е. ПР и ПД могут работать одновременно, независимо друг от друга.По умолчанию ПД устанавливает на линии единичный/высокий уровень.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
