10. Локальные промышленные сети и интерфейсы (1245068), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Такое может случитьсялибо при отсоединении ПР от линии, либо при отсутствии в линии активных ПД, когда не задается уровень.Чтобы в этих ситуациях избежать выдачи ошибочных сигналов на приемник UART, необходимо на входах AB гарантировать разность потенциалов UАВ> +200мВ. Это смещение при отсутствии входных сигналов обеспечивает на выходе приемника логическую "1", поддерживая, таким образом, уровень стопового бита.О выборе протокола связи. Основная задача в организации протокола - заставить все устройства различать управляющие байты и байты данных.
К примеру, ведомое устройство, получая по линии поток байтов,должно понимать, где начало посылки, где конец и кому она адресована. Протоколов существует множество иможно придумать еще больше, но лучше пользоваться наиболее употребительными из них. Одним из стандартных протоколов последовательной передачи является MODBUS, его поддержку обеспечивают многиепроизводители ПРК.По природе интерфейса RS-485 устройства не могут передавать одновременно - будет конфликт передатчиков. Следовательно, требуется распределить между устройствами право на передачу. Отсюда основноеделение: централизованный (одномастерный) обмен и децентрализованный (многомастерный).В централизованной сети одно устройство всегда ведущее (Master). Оно генерирует запросы и команды остальным - ведомым устройствам (Slave), которые могут передавать только по команде ведущего.
Какправило, обмен между ведомыми идет только через ведущего, хотя для ускорения обмена можно организоватьпередачу данных от одного ведомого к другому по команде ведущего.В децентрализованной сети роль ведущего может передаваться от устройства к устройству либо понекоторому алгоритму очередности, либо по команде текущего ведущего к следующему.
При этом ведомое10устройство может в своем ответе ведущему передать запрос на переход в режим ведущего и ожидать разрешения или запрета.Рассмотрим еще некоторые ЛПСProfibus (Process Field Bus) - это общее название открытой высокоскоростной ЛПС. Она широко распространена в управлении промышленным оборудованием, т.к. позволяет объединять разрозненные устройства автоматизации в единую систему на уровне датчиков и приводов.В Profibus используется гибридный метод доступа в структуре Master/Slaveи децентрализованнаяпроцедура передачи маркера. Сеть может состоять из 122 узлов, из которых 32 могут быть Master-узлами. Адрес 0 зарезервирован для режима широкого вещания. Общая схема Profibus-сети представлена на рис.10.Рис.
10. Сеть ProfibusМаркерMaster-узлыSlave-узлы135249Profibus678Она состоит из ведущих и ведомых узлов.Ведущий узел может контролировать шину, то есть может передавать сообщения, когда он имеет правона это (т.е. когда у него есть маркер).Ведомый узел может лишь распознавать полученные сообщения или передавать данные после соответствующего запроса.Маркер циркулирует в логическом кольце, состоящем из ведущих устройств.
Если сеть состоит толькоиз одного ведущего, то маркер не передаётся (в таком случае в чистом виде реализуется системаMaster/Slave).Сеть в минимальной конфигурации может состоять либо из двух ведущих, либо из одного ведущего иодного ведомого устройства.В среде Master-узлов по возрастающим номерам узлов передается маркер, который предоставляет право ведения циклов чтения/записи на шине. Все циклы строго регламентированы по времени, организованапродуманная система тайм-аутов.
Протокол хорошо разрешает разнообразные коллизии на шине.При передаче данных обнаружение и исправление ошибок ведется на основе хеммингова расстояния 4,т.е. могут быть обнаружены 3 ошибочных бита, а один бит может быть восстановлен.Выделяются следующие протоколы: Profibus-FMS, Profibus-DP, Profibus-PA.Profibus-FMS. Основное назначение - передача больших объемов данных со средней скоростью (циклшины менее 100 мс).Profibus-DP - упрощенный протокол для высокоскоростной передачи коротких сообщений, используется на нижнем (датчиковом) уровне управления (цикл шины менее 10 мс), решение задач в реальном времени. DP-протокол позволяет организовать одномастерную (один Master и до 126 Slaves) и многомастернуюконфигурацию (несколько Master'ов и Slaves).Profibus-PA (Process Automation) - это расширение DP-протокола в части технологии передачи, основанной не на RS-485 (ориентирован на технологию передачи во взрывоопасных средах).
Он может использоваться в качестве замены старой 4-20 мА-технологии связи. Для коммутации устройств нужна всего одна витая пара, которая может одновременно использоваться и для информационного обмена, и для запитыванияустройств.С помощью Profibus устройства разных производителей могут работать друг с другом без специальных интерфейсов.Физический уровень - отвечает за характеристики физической передачи (электрическая сеть на основеэкранированной ВП; оптическая сеть на основе ВОК; инфракрасная сеть). Скорость передачи по ней можетварьироваться от 9,6 Кбит/с до 12 Мбит/с.Канальный уровень - определяет протокол доступа к шине, реализуемый на втором уровне (ProfibusFDL) в виде процедур доступа с помощью маркера.Прикладной уровень - отвечает за прикладные функции.На одном физическом канале одновременно могут работать устройства Profibus всех трех типов.
Рабочая скорость передачи может быть выбрана в диапазоне 9,6-12000 Кбит/с.Технические характеристики ЛПС Profibus (табл. 4) обеспечивают ей широкое применение.Достоинства: простая установка (двухпроводные линии), высокая скорость передачи данных (до 12Мбит/с), разнообразие топологий сети (шина, кольцо, звезда), реализуется с использованием любого процессора, имеющего асинхронный последовательный интерфейс.11Таблица 4.Основные характеристики сети ProfibusПрототип интерфейсаRS-485 (1-2 витые пары)Физический интерфейсЭкранированная витая пара или оптоволокноТопологияШина, кольцо, звездаДлина линии/Число повторителей200 - 1200 м без повторителей / до 3 повторителейМаксимальная длина линииДо 4,8 км с 3 повторителями – при использовании ВП, до 22 км – при использовании ВОКСкорость передачи (зависит отдлины линии между 2 узлами)Основной протокол доступа9,6; 19,2; 90 Кбит/с – до 1,2 км; 187,5 Кбит/с – до 1 км;500 Кбит/с – до 400 м; 1,5 Мбит/с – до 200 м; 12 Мбит/с - для ВОКПередача маркераМаксимальное число узловДо 127, из которых 32 могут относиться к ведущимСпособ передачи сигналаПолудуплексный асинхронныйФормат кадра информацииСтартовый бит, 8 бит данных, бит четности, стоповый битIndustrial Ethernet (промышленная Ethernet).
Технология Ethernet постепенно расширяет свое влияние в области автоматизации промышленных процессов и, по сути, превращается в основу следующего поколения сетей промышленной автоматики, интегрированных с офисными информационными сетями. Четкоеразделение информационных систем и систем промышленной автоматизации становится все более условным,а значительное внимание, уделяемое производителями Ethernet и стандартным сетевым протоколам, говорит отом, что информационные технологии начинают играть в области промышленной автоматизации определяющую роль.Современные требования к высокой пропускной способности коммуникационных каналов, к использованию открытых стандартов и к возможности межсетевой интеграции сделали технологию Ethernet основойдля построения телекоммуникационной инфраструктуры не только в условиях офиса, но и в жестких условияхна промышленных предприятиях.
Активное коммуникационное оборудование стандарта Industrial Ethernetразработано для применения в жестких условиях эксплуатации, предъявляющих особые требования к функциональным характеристикам и надежности техники.Развитие технологии и улучшение характеристик во многих случаях позволяет эффективно использовать ее в качестве промышленной сети. Благодаря повышенной пропускной способности, высокопроизводительным устройствам коммутации и маршрутизации, решению проблемы детерминизма, эта открытая технология становится сильным конкурентом другим промышленным локальным сетям и шинам.
Как показываютнезависимые исследования, архитектура Industrial Ethernet не уступает распространенным промышленнымсетям по большинству характеристик, в том числе по гарантированному времени доставки сообщений.Industrial Ethernet применяют:- для обмена данными между ПРК и системами человеко-машинного интерфейса;- реже для обмена между ПРК;- незначительно, для подключения к контроллерам удаленного оборудования (ДЧ и ИМ).Процедура доступа - CSMA/CD. Однако этот метод сдерживает ее применение, делает невозможнымгарантию обмена короткими данными (единицы байт) с высокой частотой.Новый стандарт ProfiNet, включающий в себя Ethernet, как подмножество, устраняет эти недостатки(засчет дополнения стека протоколов обеспечивает временную синхронизацию сети).В последнее время ЛПС Ethernetшироко применяется при автоматизации зданий и в областях, не требующих высокой надёжности.Дополнение стека протоколов TCP/IP протоколом RFC 1006 обеспечивает регулярную и частую передачу по сети небольших объемов информации, что характерно для обмена данными между ПРК.
C помощьюспециальных коммутаторов можно организовать кольцевую топологию, которая при обрыве восстанавливаетсвязь.Отличия от обычного Ethernet:1) удовлетворяет специфическим требованиям промышленности (усиленное экранирование кабелей,стойкость к агрессивным средам и т.
п.);2) обеспечивает связь с подвижными объектами (гибкие кабели, беспроводная связь);3) обеспечивает регулярную и частую передачу по сети небольших объемов информации, чтохарактерно для обмена данными между ПРК;4) возможна организация кольцевой топологии, восстанавливающей связь при обрыве.ЛПС ASI (Actuator Sensor Interface) - интерфейс с датчиками (ДЧ) и исполнительными механизмами(ИМ). Задача этой сети - связать в единую информационную структуру устройства самого нижнего уровняраспределенной системы, а именно: ДЧ и разнообразные ИМ, имеющие соответствующий сетевой интерфейс.Т.е. она должна увязывать в сеть не только ПРК.
Однако эта увязка должна удовлетворять всем современным12требованиям по надежности и открытости, предъявляемые к любой ЛПС. Сеть ASI эти задачи решает. С еепомощью можно строить системы, в которых ДЧ и ПРК связаны одной сетью. Причем ASI имеет шлюзы вдругие промышленные сети: ProfiBus, InterBus-S и другие (рис. 11).Это сеть для дискретных датчиков малой производительности.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
