благодаря чему переадресация может быть выполнена в любой момент: до начала монтажных работ, в процессе их осущствления и после ввода системы в эксплуатацию.

Максимальное время цикла опроса составляет 5-10 мс, то есть сравнимо с циклом отработки программы в контроллере. Благодаря этому сети на базе AS - интерфейса активно применяются в распределенных АСУ ТП реального времени, например в системах управления конвейерными производствами. Первоначально AS-интерфейс был ориентирован на работу исключительно с бинарными данными, поэтому длина информационной посылки рекордно малая - всего 4 бита. Тем не менее, новая редакция спецификации AS -интерфейса позволяет подключать к сети аналоговые датчики и поворотные шифраторы. Сети на базе AS - интерфейса отличаются экономичностью и очень большим выбором средств комплексирования с другими ЦПС. AS-интерфейс позволяет через свои коммуникационные линии передавать не только данные, но и запитывать датчики по одной паре проводов. Здесь используется принцип последовательной передачи на базовой частоте. Информационный сигнал модулируется на питающую частоту.

Шина AS-i разрабатывалась для применения в небольших системах с устройствами цифрового ввода/вывода. Самая известная особенность шины AS-i ее плоский желтый кабель (специальный неэкранированный двухпроводный кабель с трапециевидным профилем). Подключение к кабелю осуществляется методом монтажа с прорезанием изоляции; тем самым устраняется необходимость в дорогих тройниках и применении сложных разъемов. Устройство просто прижимается к кабелю и соединение установлено. Этот кабель позволяет подключать датчики, устанавливаемые на подвижных частях механизмов. Наряду с плоским кабелем в ASI может использоваться и самый обычный осветительный шнур, никаких неприятностей в этом случае, как правило, не бывает.

Локальная вычислительная система нижнего уровня на базе AS-интерфейса (рис. 3.2) может иметь только одно ведущее устройство (master). До недавнего времени к нему можно было подключить 31 ведомое устройство (slave) с 4 входами и 4 выходами каждое, что в совокупности дает 248 линий ввода/вывода. По новой спецификации версии 2.1 стандарта на AS-интерфейс, появившейся весной 2000 года, количество ведомых устройств в одной сети увеличено до 62 за счёт разделения адресного пространства ведущего сетевого устройства на две подобласти: А и В. Сеть допускает объединение до 31 подчиненного устройства. Так называемые A/B - устройства (устройства, адресуемые в соответствии со спецификацией версии 2.1) могут иметь до 4 входов и 3 выходов.

 
 

 


Рис. 3.2. Связь оконечных устройств с AS – интерфейсом

Рис. 3.2. Связь оконечных устройств с AS – интерфейсом

Введение новой версии стандарта позволило еще более увеличить экономическую привлекательность АСУ ТП на базе AS-интерфейса за счет увеличения количества подключаемых устройств на один сегмент и, соответственно, уменьшения накладных расходов на точку ввода-вывода. Нетрудно видеть, что применение master-устройства с двумя AS-интерфейсами дает возможность контролировать почти 1000 точек ввода-вывода, а объединение двух и более таких устройств сетью верхнего уровня позволяет охватить сетью AS-интерфейса сколь угодно сложный технологический участок. Важно отметить, что новая версия спецификации обратно совместима с изначальной версией 2.0, то есть сети, созданные на основе «старой» спецификации, могут расширяться «новыми» узлами и «новые» master-узлы могут взаимодействовать со «старыми» slave-устройствами. ОСНОВНЫЕ КМПОНЕНТЫ

AS-интерфейс использует метод доступа к ведомым устройствам, основанный на их циклическом опросе (polling). При опросе системы, состоящей из 31 ведомого устройства, время цикла составляет 5 мс. Таким образом, не позднее чем через каждые 5 мс каждый датчик или исполнительный механизм системы будет опрошен ведомым устройством. Если в AS- интерфейсе версии 2.1 используются только ведомые устройства подобласти адресного пространства А или В, то время цикла опроса также не превышает 5 мс. В случае использования всего адресного пространства, доступного для данной версии, ведомые устройства подобластей А и В обслуживаются по очереди: в первом цикле производится опрос ведомых устройств подобластиА, 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 ведущие сетевые устройства, поддерживающие спецификацию версии 2.1. Устройства, не поддерживающие данную версию, способны обслуживать не более 31 ведомого устройства (под область адресного пространства А).

Топология сети AS-интерфейса очень проста и позволяет подключать ведомые устройства по схемам «шина», «звезда», «кольцо» или «дерево». Единственный пункт, который 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 длина кабеля, то можно использовать до двух повторителей (рис. 3.3; 3.4), что обеспечит надежное 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.

Рис. 3.3. Топология сети AS-интерфейса с двумя повторителями

Рис. 3.4. Топология сети AS-интерфейса с повторителем и удлинителем

Типичные области применения AS-i: в основном в сборочных, сварочных и транспортировочных агрегатах. Используется для однокабельного соединения многовходовых блоков датчиков, интеллектуальных датчиков, пневматических вентилей, коммутаторов и индикаторов. Чаще всего данная шина используется для подключения датчиков приближения, фотоэлементов, концевых выключателей, вентилей и индикаторов в системах типа упаковочных линий и транспортировочных агрегатах.

 

 

Тенденция в построении распределенных систем автоматизации имеет явное стремление использовать технологии сквозного сетевого доступа. Система должна увязывать в сеть не только контроллеры, но уже желательно и датчики. Но эта увязка должна удовлетворять всем современным требованиям по надежности и открытости, предъявляемые к любой промышленной сети. Сеть AS-i эти задачи решает. С ее помощью можно строить системы, в которых датчики и контроллеры связаны одной сетью.

AS-i имеет шлюзы в другие промышленные сети: PROFIBUS, INTERBUS-S и другие (см. рис. 3.5 а). На рисунке 3.5 (б) показан пример применения спецификации AS-i.

       
 
   


А) б)

Рисунок 3.5. Пример комбинироованной сети (а) и пример ASI-структуры (б)

Interbus

Спецификация Interbus была разработана фирмой Phoenix Contact в 1984 году и быстро завоевала прочные позиции в сфере распределенных АСУ ТП благодаря целому ряду интересных структурных решений. Прежде всего следует отметить максимальное расстояние, которое может охватывать эта ЦПС, — до 13 километров. Для сетей, физический уровень которых основан на стандарте RS-485, этот показатель

просто феноменальный, и обеспечивается он благодаря ретрансляции сигнала в каждом узле. Максимальное количество узлов 512, расстояние между узлами до 400 метров, используемый кабель Belden 3119A. Узлы-ретрансляторы образуют основу топологии Interbus, оконечные же устройства подключаются к дополнительным кольцевым сегментам, в которых питающее напряжение передается вместе с данными.

Доступ к среде передачи данных в Interbus организован по принципу суммирующего фрейма и обеспечивает гарантированное время передачи информации. Таким образом, Interbus является хорошим решением для унифицированной автоматизации производства, компоненты которого территориально разнесены на большое расстояние.

 

PROFIBUS

Самой широко используемой в Европе и США промышленной шиной для систем автоматизации и контроля является PROFIbus (PROcess FIeldbus). Сегодня, говоря о PROFIBUS, необходимо иметь ввиду, что под этим общим названием понимается совокупность трех отдельных протоколов: PROFIBUS-FMS, PROFIBUS-DPи PROFIBUS-PA. Все три варианта протокола используют общий канальный уровень (уровень 2 OSI-модели). Разработано фирмой Siemens в начале 90-х годов. Это

коммуникационная сеть полевого уровня и уровня отдельных производственных участков, базирующаяся на стандарте EN 50170–1–2 и использующая гибридный метод доступа к шине (маркерное кольцо между активными узлами и "ведущий - ведомый" между активными и пассивными узлами). Средой передачи может являться витая пара, которая может одновременно использоваться и для информационного обмена, и для запитывания устройств. В качестве среды передачи может использоваться волоконно-оптический кабель или беспроводная среда.

На одном физическом канале (RS 485 или оптоволоконном) одновременно могут работать устройства PROFIBUS всех трех типов. Каждый назначается для своей задачи: FMS- для передачи больших объемов информации; DP- для решения задач реального времени; PA - для опасного производства.

Взаимодействие узлов в сети PROFIBUS определяется моделью «Master-slave».Master сегмента последовательно опра­шивает подключенные узлы и выдает команды в соответствии с заложенной в него технологической программой. Протокол обмена данными гарантирует определенное время цикла опроса в зависимости от скорости обмена и числа узлов в сегменте, что позволяет применять PROFIBUS в системах реального времени. Он может использоваться в распределенных системах как с одним, так и с несколькими мастер - узлами, допуская подключение к шине до 128устройств.

Для удовлетворения требования детерминированного метода доступа к среде передачи с гарантированным временем реакции при построении даже простых систем управления в PROFIBUS комбинируется два метода доступа к среде передачи. Децентрализованному методу передачи маркера (принцип Token-Passing) может быть подчинен централизованный метод "Master-Slave". Поэтому в PROFIBUS различается два класса узлов. Активные узлы (Master) находятся в логическом кольце, в котором от узла к узлу циклически передается право доступа к шине маркером (рис. 5.1). Кроме того, каждый активный узел знает своих соседей (предшественника и последователя). Протокол поддерживает автоматическое включение и выключение активных узлов из логического кольца и обрабатывает ситуации ошибок (например: потерю маркера, ошибки передачи маркера и т.д.). Активный узел может обращаться к шине только в том случае, если у него есть маркер. Пассивные узлы не могут самостоятельно обращаться к шине, а только отвечают на запросы активных узлов, которые в данный момент обладают маркером.
 
Рисунок 5.1. Архитектура PROFIBUS
     

 

На нижнем уровне применяется сеть PROFIBUS-DP, обеспечивающая высокоскоростной обмен данными с оконечными устройствами. Это протокол, разработанный специально для поддержания критичного ко времени доставки обмена информацией между распределенными интеллектуальными узлами ввода/вывода на нижних иерархических уровнях системы PROFIbus.

Протокол физического уровня соответствует стандарту RS-485. Скорость обмена прямо зависит от длины сетевого сегмента и варьируется от 100 кбит/с на расстоянии 1200 метров до 12 Мбит/сна дистанции до 100 метров.

Во взрывоопасных зонах используется PROFIBUS-PA, основанная на стандарте физического уровня IEC 61158-2. Сегмент PROFIBUS-PA может иметь длину до 1900 метров со скоростью обмена между узлами 31,25 кбит/с. Применяемый кабель - Belden 3077. PROFIbus-PA обычно применяется в системах автоматизации "влажных" химических и нефтеперерабатывающих отраслей, где из соображений безопасности необходима низковольтная и малоточная логика. Это, по сути, PROFIbus-DP, с теми же протоколами, но в иной физической реализации. Сегменты PROFIBUS-PA подключаются к PROFIBUS-DP через разделительные мосты.

 
 

 

 


 

Рисунок 5.2. Возможная схема обмена информацией на разных уровнях
 
 
 
 
 
PROFIBUS-FMS.Это универсальное решение для задач взаимодействия на верхнем (цеховом) уровне и промышленном (field) уровне иерархии промышленных связей Для выполнения экстенсивных связных задач с произвольными или периодическими среднескоростными передачами данных службы Спецификаций Сообщений Fieldbus (FMS - Fieldbus Message Specification) предлагают широкий диапазон функциональности и гибкости. С помощью PROFIBUS обмениваться информацией могут компоненты автоматизации любых разновидностей. Через один и тот же интерфейс могут связываться друг с другом Программируемые Логические Контроллеры (PLC), Персональные Компьютеры (PC), панели оператора и наблюдения и даже датчики и силовые приводы. PROFIBUS - это наиболее признанная из открытых шин промышленного применения (Fieldbus), обладающая широким диапазоном приложений (Рис.5.2). ОткрытостьPROFIBUS гарантирует, что устройства, приобретенные от различных поставщиков, могут осуществлять связь друг с другом без необходимости применения интерфейсов-адаптеров. 6. CAN CAN (Сntroller Аrea Network) — сеть промышленных контроллеров, представляющая собой последовательную магистраль, обеспечивающую увязку в сеть "интеллектуальных" устройств ввода/вывода, датчиков и исполнительных устройств некоторого механизма или даже предприятия. Характеризуется протоколом последовательной связи, обеспечивающим возможность нахождения на магистрали нескольких ведущих устройств, осуществляющих передачу данных в реальном масштабе времени с высокой помехоустойчивостью и коррекцию ошибок. Область применения - от высокоскоростных сетей до мультиплексной связи в электронике, машинных блоках управления, датчиках, и т.д., со скоростями передачи данных до 1 Мбод. В основе идеологии CAN лежит семиуровневая модель OSI/ISO. Всякий раз, когда шина свободна, любой узел может начинать передавать сообщение. Если два или больше узлов начали передавать сообщения одновременно,     то конфликт доступа к шине решается поразрядным арбитражем, использующим идентификатор. Механизм арбитража гарантирует, что ни информация, ни время не будут потеряны. В CAN в качестве основного критерия для разбора коллизий, для принятия решения, кому отдать эфир, используется приоритет сообщений. Каждому типу сообщения приоритет присваивается во время проектирования системы и динамически изменяться не может. Приоритет выражается двоичным значением идентификатора: чем число меньше, тем выше приоритет. Сеть CAN способна различать сбои и отказы. Если произошел отказ, то отказавшее устройство отключается от сети. Постоянно ведётся работа по созданию и стандартизации спецификаций протоколов верхнего уровня — HLP (Higher Level Protocol) для CAN-сетей. Как правило, большинство существующих на сегодня CAN HLP имеет сжатую трехуровневую архитектуру, включающую два базовых уровня (физический, часто дополненный более конкретными спецификациями, и канальный) CAN-протокола и прикладной. Сервисы промежуточных уровней либо отсутствуют, либо включены в него. К настоящему времени известно уже более четырех десятков CAN HLP. Среди подобного многообразия CAN HLP наибольшее распространение, в особенности в системах промышленной автоматизации, получили четыре. Это CAL/CANopen, CAN Kingdom, Device Net и SDS(Smart Distributed System). Функционально они предлагают принципиально схожие решения, отличающиеся деталями реализации. Принцип передачи данных в CAN часто, но не всегда, называют CSMA/BA (Collision Sense Multiple Access/Bitwise Arbitration). Из первой части названия следует, что он относится к категории CSMA (Carrier Sense, Multiple Access), где предполагается разделение доступа к носителю путем его прослушивания. Успех Ethernet сделал популярным другой вариант CSMA — с обнаружением коллизий CSMA/CD (Collision Detect). Вторую же часть названия CSMA/BA можно перевести как «побитный арбитраж»; в этом красивом способе разрешения коллизий и заключается специфика CAN. Для разделения доступа к носителю в CAN разработан простой и вместе с тем очень надежный механизм доставки сообщений. Следует выделить несколько основополагающих идей этого механизма. • Данные предаются квантованными сообщениями стандартного формата (телеграммами), поэтому исключаются все обычные сложности, присущие пакетной передаче с переменной длиной пакетов. Каждое сообщение включает только одно значение некоторого физического параметра, например, скорость вращения вала или температуру жидкости, назовем это типом сообщения, и идентификатор типа. • Априорно предполагается, что количество станций и количество разных типов сообщений относительно невелики; в конечном счете, они ограничены технологической сложностью объекта управления. При таком допущении можно построить безадресную и абсолютно децентрализованную систему, где ни один передатчик не связан в своей работе с другими. Иными словами, имеет место, на первый взгляд, полная анархия, каждый котроллер пытается передать данные тогда, когда считает это необходимым, заботясь вовсе не о том, кто будет приемником. Его задача — передать. Поэтому все приемники вынуждены принимать все сообщения и отбирать по идентификатору только те, которые соответствуют их функциональной задаче. Скажем, система управления зажиганием принимает сообщения о скорости вращения двигателя и игнорирует данные о работе кондиционера. Оказывается, что для реализации такой дисциплины обмена достаточно иметь всего четыре разных формата сообщений, называемых в данном случае фреймами. На сайте www.kvser.se можно обнаружить удачные метафоры того, что могли бы сказать контроллеры, обращаясь в сеть. Data Frame - фрейм передачи данных: «Привет всем, вот данные с идентификатором Х, получите». Remote Transmission Request Frame или просто Remote Frame - фрейм запроса данных: «Привет всем, а может ли кто-нибудь выслать данные с идентификатором Х?» Error Frame - служебный фрейм ошибки: «Стоп, начнем все с начала». Overload Frame - служебный фрейм перегрузки контроллера: «Я очень занят, подождите чуть-чуть».
Начав передачу, станция не прерывает слушание эфира, в частности она отслеживает и контролирует процесс передачи текущей предаваемой телеграммы, посланной ей самой.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Interbus спецификация занимает прочные позиции в сфере распределенных АСУ ТП благодаря целому ряду интересных структурных решений. Доступ к среде передачи данных в Interbus организован по принципу суммирующего фрейма и обеспечивает гарантированное время передачи информации. Interbusявляется хорошим решением для унифицированной автоматизации производства, компоненты которого территориально разнесены на большое расстояние.

PROFIBUS - семейство ЦПС, обеспечивающее комплексное решение коммуникационных проблем предприятия. На нижнем уровне применяется сеть PROFIBUS - DP, обеспечивающая высокоскоростной обмен данными с оконечными устройствами. Протокол обмена данными гарантирует определенное время цикла опроса в зависимости от скорости обмена и числа узлов в сегменте что позволяет применять PROFIBUS в системах реального времени. На более высоком уровне применяется сеть PROFIBUS-FMS, ориентированная на обеспечение информационного обмена одноранговых устройств. Во взрывоопасных зонах используется сеть PROFIBUS-PA, основанная на стандарте физического уровня IEC 61158-2.

 

Foundation Fieldbus ориентирована на обеспечение одноранговой связи между узлами без центрального ведущего устройства. Этот подход даёт возможность реализовать системы управления, распределенные не только физически, но и логически, что во многих случаях позволяет повысить надежность и живучесть АСУ ТП. По многим параметрам эта система схожа с PROFIBUS-PA.

 

 

Многих специалистов по автоматизации широта выбора в этой области несколько смущает. Промышленных шин сейчас существует не менее десятка, и потому у пользователей невольно возникает вопрос: какая сеть лучше? когда же эта неразбериха, наконец, закончится?

 

На самом деле, какая-то единственная шина лучшей никогда не будет, поскольку невозможно удерживать первенство абсолютно во всех областях. Всегда будет существовать множество решений, каждое со своими достоинствами и недостатками. Однако если вам будут хорошо известны все особенности каждого из этих решений, все его "за" и "против", у вас будет возможность сделать обоснованный вывод. Иными словами, вы сможете выбрать одну или две шины, которые окажутся лучшими для вашего конкретного случая.

 

 

 






Дата добавления: 2016-08-23; просмотров: 1418; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ


Поиск по сайту:

Воспользовавшись поиском можно найти нужную информацию на сайте.

Поделитесь с друзьями:

Считаете данную информацию полезной, тогда расскажите друзьям в соц. сетях.
Poznayka.org - Познайка.Орг - 2016-2021 год. Материал предоставляется для ознакомительных и учебных целей.
Генерация страницы за: 0.029 сек.