Коммуникационные протоколы в сетях электроснабжения реферат

Обновлено: 04.07.2024

Address Resolution Protocol (ARP) – протокол нижнего уровня в Ethernet -сетях, используемый для отображения MAC-адресов в IP -адреса.

GPRS (General Packet Radio Service) - протокол беспроводной связи уровня связывания данных, широко используемый в мобильной связи ( GSM ) и "понимающий" структуру IP -пакетов.

IP-адрес – адрес компьютера в сети TCP/IP, имеющий вид: a.b.c.d (все четыре числа – в диапазоне от 0 до 255).

TCP/IP (Transmission Control Protocol / Internet Protocol) – наиболее распространенное семейство протоколов сетевого и транспортного уровня, используемых в Интернете, основанное на IP-адресах компьютеров.

UDP/IP (Universal Datagram Protocol / Internet Protocol) – асинхронный транспортный протокол для IP -сети, обеспечивающий обмен датаграммами переменной длины.

Wi-Fi (IEEE 802.11x) – семейство протоколов уровня связывания данных для беспроводной радиосвязи в локальных сетях.

Датаграмма – байтовый массив , посылаемый по IP -сети с помощью протокола UDP/IP.

Масштабируемость (scalability) – требование к организации сети, согласно которому, распределенная система должна легко адаптироваться к любому увеличению числа запросов.

Прозрачность (transparency) – требование к организации сети, согласно которому распределенная система должна быть представлена пользователю как обычная централизованная система.

Распределенная хеш-таблица (Distributed Hash Table - DHT) – метод ускоренного взаимодействия между подмножеством узлов IP – сети, основанный на использовании хеш-функций .

Сетевой протокол –набор команд (операций) для взаимодействия узлов в сети.

Сетевой уровень (network layer) – уровень сетевых протоколов стандарта ISO , обеспечивающий соединение и маршрутизацию пакетов в коммуникационной сети , включая обработку адресов исходящих пакетов, декодирование адресов входящих пакетов и поддержку информации для маршрутизации для соответствующего ответа для изменения уровней загрузки.

Точка доступа (access point) – предоставляемый провайдером мобильной связи шлюз , используемый для маршрутизации GPRS- пакетов.

Уровень презентаций (presentation layer) – уровень сетевых протоколов стандарта ISO , инкапсулирующий различие в форматах между различными системами в сети, включая преобразования символов и полудуплексную ( дуплексную) связь (эхо-вывод).

Уровень приложений (application layer) – самый высокий уровень модели сетевых протоколов стандарта ISO ,. взаимодействующий с запросами на передачу файлов пользовательского уровня, протоколами удаленных входов и передачи электронной почты, а также со схемами распределенных баз данных .

Уровень сеансов (session layer) – уровень сетевых протоколов стандарта ISO , реализующий сеансы (sessions), или протоколы коммуникации между процессами.

Устойчивость к ошибкам (fault tolerance) – требование к организации сети, согласно которому распределенная система должна продолжать функционировать в случае ошибок.

Физический уровень (physical layer) – уровень сетевых протоколов стандарта ISO , соответствующий механическим и электрическим сетевым устройствам для передачи сигналов.

Краткие итоги

Согласно стандартной модели ISO , коммуникационные протоколы в сетях подразделяются на следующие уровни (снизу вверх): физический уровень , уровень связывания данных, сетевой уровень , транспортный уровень , уровень сеансов , уровень презентаций, уровень приложений.

Для ускорения доступа к подмножествам TCP / IP – сетей используются распределенные хеш-таблицы.

Требования к проектированию сетей – прозрачность для пользователей, устойчивость к ошибкам и масштабируемость . Для предоставления сетевых услуг используются кластеры компьютеров, функционирующие с точки зрения сетевого клиента как одна машина.

Протокол GPRS используется для беспроводной связи в IP -сети и обеспечивает быструю обработку IP -пакетов. Использует протоколы и серверы мобильной связи GSM и точки доступа, предоставляемые провайдерами мобильной связи. Скорость доступа сравнима со скоростью обычного модема.

Wi-Fi – семейство протоколов беспроводной радиосвязи в локальных сетях со скоростью 10-50 мегабит в секунду в пределах точки доступа (200-250 м). Wi-MAX – развитие Wi-Fi путем покрытия высокоскоростными сетями Wi-Fi территории города, региона или государства. Скорость связи – до 100 МБит / с.

Для контроллерных сетей наоборот характерна передача больших объемов данных за большие расстояния.

Стандарт Modbus предусматривает применение физического интерфейса RS-485, RS-422 или RS-232. Наиболее распространенным для организации промышленной сети является 2-проводной интерфейс RS-485. Для соединений точка-точка может быть использован интерфейс RS-232 или RS-422.

Разновидности Modbus

Достоинства и недостатки Modbus

Слово PROFIBUS получено из сокращений PROcess FIeld BUS, что приблизительно переводится как "промышленная шина для технологических процессов". Стандарт Profibus был первоначально принят в Германии в 1987 году, затем, в 1996 году, он стал международным.

PROFIBUS – семейство протоколов, обеспечивающих комплексное решение коммуникационных проблем предприятия. К ним относятся протоколы Profibus DP, Profibus FMS и Profibus PA.

PROFIBUS DP ориентирован на обеспечение скоростного обмена данными между системами автоматизации и устройствами распределённого ввода-вывода. Характеризуется наиболее быстрым обменом данными с устройствами, подключенными к сети, и высокой стойкостью к воздействию внешних электромагнитных полей.

PROFIBUS FMS – протокол обмена данными между компьютерами и контроллерами. Предоставляет большую гибкость при передаче больших объемов данных, но проигрывает протоколу DP в популярности вследствие своей сложности.

Так как Profibus FMS и DP используют один и тот же физический уровень, то они могут работать в общей сети.

В Profibus PA данные передаются с помощью уровней тока +9 мА и -9 мА. Используется манчестерский код. Скорость передачи составляет 31,25 кбит/с, в качестве линии передачи используется витая пара в экране или без него. Один сегмент сети может содержать до 32 устройств. Максимальная длина кабеля достигает 1,9 км.

Канальный уровень PROFIBUS DP

в процессе коммуникации между ведущими устройствами необходимо обеспечить выполнение каждым из них своей задачи в течение заранее определенного интервала времени;
взаимодействие ведущих устройств (контроллеров) с ведомыми должно происходить максимально быстро.

Каждому мастеру в сети назначаются свои ведомые устройства. В методе "ведущий/ведомый" процедуру коммуникации с ведомыми устройствами выполняет мастер, который обладает маркером. На время обладания маркером мастер становится ведущим также по отношению к другим мастерам, т.е. может выполнять с ними коммуникацию типа "мастер-мастер".

Достоинства и недостатки PROFIBUS

однокабельное соединение устройств и небольших подсетей;
широкие возможности по обработке данных;
обеспечение искробезопасности;
скоростной обмен на уровне контроллеров;
большая длина соединений;

Протокол CAN

высокая скорость передачи (до 10 Гбит/с) и соответствие требованиям жесткого реального времени при высоком быстродействии;
простота интеграции с Internet и Intranet;
простота интеграции с офисными сетями;
наличие большого числа специалистов по обслуживанию Ethernet;
по-настоящему открытые решения;
возможность организации многомастерных сетей;
неограниченные возможности по организации сетей самых разнообразных топологий;
широкое применение в офисных сетях, что обеспечило экономическую эффективность технической поддержки стандарта со стороны международных организаций по стандартизации;
появление коммутаторов, решивших проблему недетерминированности Ethernet.

Недостатки Ethernet

FOUNDATION fieldbus

использование стандартного физического интерфейса с проводной сетью связи,
подача питания по шине на устройства, находящиеся на одной проводной паре,
обеспечение искробезопасности.

Преимущества FF

Недостатки FF

Сравнение протоколов

Наиболее простым и наиболее распространенным в мире и России сетевым протоколом является Modbus, популярность которого объясняется простотой как для разработчиков, так и потребителей, а также низкой стоимостью реализации. Однако отсутствует возможность использования во взрывоопасных зонах.

Очень эффективным и широко применяемым протоколом является Profibus, однако его распространенность объясняется, в первую очередь, мощным брендом "Siemens".

Наиболее продуманным, универсальным и многообещающим протоколом является Foundation Fieldbus, однако высокая стоимость мешают его быстрому распространению.

Для передачи крупных объемов данных наиболее подходящими являются протоколы на основе промышленного Ethernet.

Все эти стеки, кроме SNA на нижних уровнях – физическом и канальном, – используют одни и те же хорошо стандартизованные протоколы Ethernet, Token Ring, FDDI и ряд других, которые позволяют задействовать во всех сетях одну и ту же аппаратуру. Зато на верхних уровнях все стеки работают по своим протоколам. Эти протоколы часто не соответствуют рекомендуемому моделью OSI разбиению на уровни. В частности, функции сеансового и представительного уровня, как правило, объединены с прикладным уровнем. Такое несоответствие связано с тем, что модель OSI появилась как результат обобщения уже существующих и реально используемых стеков, а не наоборот.

Содержание

Прикрепленные файлы: 1 файл

Компьютерные сети.doc

Содержание

Стандартные стеки коммуникационных протоколов……………………4-11

Важнейшим направлением стандартизации в области вычислительных сетей является стандартизация коммуникационных протоколов. В настоящее время в сетях используется большое количество стеков коммуникационных протоколов. Наиболее популярны следующие стеки:

Стандартные стеки коммуникационных протоколов

Стек OSI

Следует четко различать модель OSI и стек OSI. Если модель OSI является концептуальной схемой взаимодействия открытых систем, то стек OSI представляет собой набор вполне конкретных спецификаций протоколов.

В отличие от других стеков протоколов, стек OS1 полностью соответствует модели OSI, он включает спецификации протоколов для всех семи уровней взаимодействия, определенных в этой модели. На нижних уровнях стекО51 поддерживает Ethernet, Token Ring, FDDI, протоколы глобальных сетей, Х.25 и ISDN, – то есть использует разработанные вне стека протоколы нижних уровней, как и все другие стеки. Протоколы сетевого, транспортного и сеансового уровней стека OSI специфицированы и реализованы различными производителями, но распространены пока мало. Наиболее популярными протоколами стека OSI являются прикладные протоколы. К ним относятся: протокол передачи файлов FTAM, протокол эмуляции терминала VTP, протоколы справочной службы Х.500, электронной почты Х.400 и ряд других.

Протоколы стека OSI отличаются сложностью и неоднозначностью спецификаций. Эти свойства стали результатом общей политики разработчиков стека, стремившихся учесть в своих протоколах все случаи и все существующие технологии. К этому нужно еще добавить и последствия большого количества политических компромиссов, неизбежных при принятии международных стандартов по такому злободневному вопросу, как построение открытых вычислительных сетей.

Из-за своей сложности протоколы OSI требуют больших затрат вычислительной мощности центрального процессора, что делает их наиболее подходящими для мощных машин, а не для сетей персональных компьютеров.

Стек OSI – независимый от производителей международный стандарт. Его поддерживает правительство США в своей программе GOSIP, в соответствии с которой все компьютерные сети, устанавливаемые в правительственных учреждениях США после 1990 года, должны или непосредственно поддерживать стек OSI, или обеспечивать средства для перехода на этот стек в будущем. Тем не менее, стек OSI более популярен в Европе, чем в США, так как в Европе осталось меньше старых сетей, работающих по собственным протоколам. Большинство организаций пока только планируют переход к стеку OSI, и очень немногие приступили к созданию пилотных проектов. Из тех, что работают в этом направлении, можно назвать Военно-морское ведомство США и сеть NFSNET. Одним из крупнейших производителей, поддерживающих OSI, является компания AT&T, ее сеть Stargroup полностью базируется на этом стеке.

Стек TCP/IP был разработан по инициативе Министерства обороны США более 20 лет назад для связи экспериментальной сети ARPAnet с другими сетями как набор общих протоколов для разнородной вычислительной среды. Большой вклад в развитие стека TCP/IP, который получил свое название от популярных протоколов IP и TCP, внесли специалисты из университета Беркли, реализовавшие протоколы стека в версии ОС UNIX. Популярность этой операционной системы привела к широкому распространению протоколов TCP, IP и других протоколов стека. Сегодня этот стек используется для связи компьютеров всемирной информационной сети Internet, а также в огромном количестве корпоративных сетей.

Стек TCP/IP на нижнем уровне поддерживает все популярные стандарты физического и канального уровней: для локальных сетей – это Ethernet, Token Ring, FDDI, для глобальных – протоколы работы на аналоговых коммутируемых и выделенных линиях SLIP, PPP, протоколы территориальных сетей Х.25 и ISDN.

Основными протоколами стека, давшими ему название, являются протоколы IP и TCP. Эти протоколы в терминологии модели OSI относятся к сетевому и транспортному уровням, соответственно. IP обеспечивает продвижение пакета по составной сети, a TCP гарантирует надежность его доставки.

За долгие годы использования в сетях различных стран и организаций стек TCP/IP вобрал в себя большое количество протоколов прикладного уровня. К ним относятся такие популярные протоколы, как протокол пересылки файлов FTP, протокол эмуляции терминала telnet, почтовый протокол SMTP, используемый в электронной почте сети Internet, гипертекстовые сервисы службы WWW и многие другие.

Сегодня стек TCP/IP представляет собой один из самых распространенных стеков транспортных протоколов вычислительных сетей.

Действительно, только в сети Internet объединено около 10 миллионов компьютеров по всему миру, которые взаимодействуют друг с другом с помощью стека протоколов TCP/IP.

Стремительный рост популярности Internet привел и к изменениям в расстановке сил в мире коммуникационных протоколов – протоколы TCP/IP, на которых построен Internet, стали быстро теснить бесспорного лидера прошлых лет – стек IPX/SPX компании Novell. Сегодня в мире общее количество компьютеров, на которых установлен стек TCP/IP, превысило количество компьютеров, на которых работает стек IPX/SPX, и это говорит об изменении отношения администраторов локальных сетей к протоколам, используемым на настольных компьютерах, так как именно на них раньше почти везде работали протоколы компании Novell, необходимые для доступа к файловым серверам NetWare. Процесс продвижения стека TCP/IP на лидирующие позиции в любых типах сетей продолжается, и сейчас в комплекте поставки любой промышленной операционной системы обязательно имеется программная реализация этого стека.

Хотя протоколы TCP/IP неразрывно связаны с Internet, и каждый из многомиллионной армады компьютеров Internet работает на основе этого стека, существует большое количество локальных, корпоративных и территориальных сетей, непосредственно не являющихся частями Internet, в которых также используются протоколы TCP/IP. Чтобы отличать эти сети от Internet, их называют сетями TCP/IP или просто IP-сетями.

Поскольку стек TCP/IP изначально создавался для глобальной сети Internet, он имеет много особенностей, которые обеспечивают ему преимущество перед другими протоколами, когда речь заходит о построении сетей, включающих глобальные связи. В частности, очень полезным свойством, благодаря которому этот протокол может применяться в больших сетях, является его способность фрагментировать пакеты. Действительно, сложная составная сеть часто состоит из сетей, построенных на совершенно разных принципах. В каждой из этих сетей может быть установлена собственная величина максимальной длины единицы передаваемых данных (кадра). В таком случае при переходе из одной сети, имеющей большую максимальную длину, в другую, с меньшей максимальной длиной, может возникнуть необходимость разделения передаваемого кадра на несколько частей. Протокол IP стека TCP/IP эффективно решает эту задачу.

Другой особенностью технологии TCP/IP является гибкая система адресации, позволяющая более просто по сравнению с другими протоколами аналогичного назначения включать в интерсеть (объединенную или составную сеть) сети других технологий. Это свойство также способствует применению стека TCP/IP для построения больших гетерогенных сетей.

В стеке TCP/IP очень экономно используются возможности широковещательных рассылок. Это свойство просто необходимо при работе на медленных каналах связи, характерных для территориальных сетей.

Однако платой за преимущества здесь оказываются высокие требования к ресурсам и сложность администрирования IP-сетей. Для реализации мощных функциональных возможностей протоколов стека TCP/IP требуются большие вычислительные затраты. Гибкая система адресации и отказ от широковещательных рассылок приводят к наличию в IP-сети различных централизованных служб типа DNS, DHCP и т. п. Каждая из этих служб упрощает администрирование сети и конфигурирование оборудования, но в то же время сама требует пристального внимания со стороны администраторов.

Можно приводить и другие доводы за и против, однако факт остается фактом – сегодня TCP/IP самый популярный стек протоколов, широко используемый как в глобальных, так и в локальных сетях.

К параметрам контроллеров, характеризующим их способность взаимодействовать с другими устройствами системы управления, относятся:

- количество и разнообразие портов в процессорных модулях;

- широта набора интерфейсных модулей и интерфейсных процессоров;

- скорость обмена данными и протяженность каналов связи.

Сетевая архитектура системы управления

Как показано на рис. 1, система управления технологическим процессом представляет собой многоуровневую структуру.

Устройства верхнего уровня (компьютеры, концентраторы) на своем уровне обмениваются большими объемами информации. Эта информация защищена механизмами подтверждений и повторов на уровне протоколов взаимодействия. Пересылаемый массив данных может быть доступен не только центральному устройству, но и другим узлам сети этого уровня. Это означает, что сеть является равноправной (одноранговой), т. е. определяется моделью взаимодействия peer-to-peer (равный с равным). Время доставки информации не является доминирующим требованием к этой сети (речь идет о жестком реальном времени).

Сети, обеспечивающие информационный обмен на этом уровне, называют информационными сетями. Наиболее ярким представителем сетей этого уровня является Ethernet с протоколом TCP/IP.

Рис. 1. Сетевая архитектура системы управления

Сети, обеспечивающие информационные обмен между контроллерами, датчиками и исполнительными устройствами, часто объединяются под общим названием "промышленные сети" (Fieldbus дословно переводится как "полевая сеть").

Их можно разделить на два уровня:

а) управляющие промышленные сети, решающие задачи сбора и обработки данных на уровне промышленных контроллеров, управления технологическим процессом;

б) полевые сети или шины, задачи которых сводятся к опросу датчиков и управлению работой разнообразных исполнительных устройств.

На сегодняшний день спектр протоколов для обоих этих классов промышленных сетей (управляющие и полевые) довольно широк. CAN, FIP, Profibus, ControlNet, DH+, Modbus, Modbus plus, Genius, DirectNet, DeviceNet, Interbus, SDS, ASI, HART, FF и еще несколько десятков протоколов присутствуют сегодня на рынке промышленных сетей. Каждая из сетей имеет свои особенности и области применения.

Управляющие сети

Класс задач, решаемых этими сетями, сводится к автоматизации конкретных технологических процессов. Отсюда вытекают и соответствующие требования:

- скорость передачи, удовлетворяющая задачам реального времени;

- объем передаваемых данных;

- допустимое количество узлов;

- помехозащищенность и т. п.

Протоколы управляющих сетей

Сегодняшняя ситуация на рынке промышленных управляющих сетей - это ControlNet, PROFIBUS, Modbus, Modbus Plus, DH+, DirectNet, FIPIO, Remote I/O и многие другие сети. Это сети уровня контроллеров и традиционного ввода/вывода (модульного). Каждая из них имеет свои особенности и области применения.

Протокол MODBUS можно назвать наиболее распространенным в мире. Для работы со своими устройствами его используют десятки фирм. Протокол привлекает простотой логики и независимостью от типа интерфейса (RS-232C, RS-422, RS-485 или же токовая петля 20 мА).

Протокол работает по принципу Master/Slave (ведущий-ведомый). Конфигурация на основе этого протокола предполагает наличие одного Master-узла и до 247 Slave-узлов. Только Master инициирует циклы обмена данными. Существует два типа запросов:

- запрос/ответ (адресуется только один из Slave-узлов);

- широковещательная передача (Master через выставление адреса 0 обращается ко всем остальным узлам сети одновременно).

Рис. 2 Взаимодействия контроллеров SCADAPack/Slaves

На рис. 2 приведен пример взаимодействия контроллеров SCADAPack/Slaves через интерфейс RS-485, используя стандартный протокол обмена Modbus. Для связи контроллеров SCADAPack с рабочей станцией через сеть Ethernet использован модуль/шлюз Ethernet 5905.

Протокол PROFIBUS (PROcess FIeld BUS) разработан в Германии. Стандарт протокола описывает уровни 1, 2 и 7 OSI-модели.

Протокол PROFIBUS-FMS появился первым и был предназначен для работы на так называемом цеховом уровне. Здесь требуется высокая степень функциональности, и этот критерий важнее критерия скорости. Основное его назначение - передача больших объемов данных.

В задачах управления, требующих реального времени, на первое место выдвигается такой параметр, как продолжительность цикла шины. Реализация протокола PROFIBUS-DP дает увеличение производительности шины (например, для передачи 512 бит данных, распределенных по 32 станциям, требуется всего 6 мс).

Протокол PROFIBUS-DP поддерживается устройствами разных производителей. Для контроллеров компании Siemens этот протокол является основным (рис. 3). Некоторые контроллеры семейств S7-300 и S7-400имеют встроенный порт PROFIBUS-DP, другие взаимодействуют с сетью посредством коммуникационных процессоров.

Рис. 3 Протокол PROFIBUS-DP

Полевые шины

В последние годы проявилась тенденция применения в системах управления технологий сквозного сетевого доступа: от мощных супервизорных компьютеров и многофункциональных контроллеров до интеллектуальных полевых устройств (датчики, исполнительные устройства и т. п.). При этом такая связь должна удовлетворять всем современным требованиям по функциональности, надежности и открытости. Рассмотренные ниже полевые шины предназначены для непосредственного взаимодействия с устройствами полевого уровня.

Полевые шины (шины уровня датчиков и исполнительных устройств) должны удовлетворять двум требованиям. Во-первых, необходимо передавать данные в соответствии с жестким временным регламентом. Во-вторых, объем данных должен быть минимальным, чтобы обеспечить работоспособность сети в критические по нагрузкам моменты. Сеть уровня датчиков обеспечивает непосредственный интерфейс между реальным технологическим процессом и промышленными контроллерами.

Передаваемую в такой сети информацию можно разделить на два основных типа: данные о процессе и параметрические данные. Оба типа данных принципиально различны и предъявляют к коммуникационной системе разные требования.

Данные о процессе имеют явно выраженный циклический характер. Более того, для реализации задач автоматического управления необходимо, чтобы опрос каналов и выдача команд на управление проводились через регламентируемые интервалы времени. Это так называемое требование детерминированности коммуникационной системы. Благодаря небольшому объему передаваемых данных системы промышленной связи способны действительно удовлетворять временным требованиям со стороны реальных процессов.

Параметрические данные необходимы как для отображения текущего состояния сетевых устройств (интеллектуальных), так и их перепрограммирования. В противоположность данным о процессе параметрическая информация не имеет циклического характера. Доступ к ней реализуется по запросу, в ациклическом режиме. Передача параметрических данных требует и реализует методы специальной защиты, а также механизмов подтверждений. Комплексный параметрический блок для интеллектуальных устройств занимает от нескольких десятков байт до нескольких сотен килобайт. В сравнении с быстро меняющимися данными временные требования для передачи параметров можно считать некритичными. В зависимости от типа устройств и протяженности сети требования по времени простираются от нескольких сотен миллисекунд до нескольких минут.

Протоколы полевых шин

SDS (Smart Distributed System) - система ввода/вывода с распределенной логикой, предложенная компанией Honeywell для построения сетей, объединяющих периферийные устройства различных производителей (рис.4).

Эта сеть позволяет работать с такими устройствами ввода/вывода, как концевые выключатели, фотоэлектрические и бесконтактные датчики, позиционеры, и осуществлять обмен информацией на высоких скоростях.

одна и та же сеть для контроллеров и источников информации;
питание осуществляется по проводам сетевого кабеля;
диагностика на уровне физических устройств;
время прохождения данных по сети может достигать 0.1 мс.

Рис. 4 SDS (Smart Distributed System) - система ввода/вывода с распределенной логикой

Периферийные устройства подключаются к мастер-модулю SDS обычным 4-х проводным кабелем (рис. 4). Таким образом, модуль SDS заменяет стандартные модули ввода/вывода, обеспечивая подключение 64 дискретных входов или выходов (распределенный ввод/вывод). В каркас процессора DL405 (Koyo) можно устанавливать до 8 ведущих модулей SDS (до 512 адресатов на процессор).

Первые продукты, работающие по технологии ASI, вышли на рынок 1993 году. Сегодня эта технология поддерживается рядом известных фирм: Allen-Bradley, Siemens, Schneider Electric и др.

Основная задача этой сети – связать в единую информационную структуру устройства нижнего уровня автоматизируемого процесса (фотоэлектрические датчики, исполнительные устройства, реле, контакторы, емкостные переключатели, приводы, стартеры и т.п.) с системой контроллеров. Это подтверждается и названием сети - ASI (Actuator Sensor Interface).

ASI - интерфейс позволяет через свои коммуникационные линии не только передавать данные, но и подводить питание (24 VDC) к датчикам и исполнительным устройствам. Здесь используется принцип последовательной передачи на базовой частоте. Информационный сигнал модулируется на питающую частоту.

К одному контроллеру можно подключить до 31 устройства. Протяженность сегмента ASI-шины может достигать 100м. За счет репитеров длину сети и число узлов можно увеличивать. Топологией ASI-сети может быть шина, звезда, кольцо или дерево с циклом опроса 31 узла 5 мс.

Основной кабель представляет собой плоский (не экранированный и не витая пара) двужильный кабель, использующийся одновременно для основного питания (24 VDC) датчиков и исполнительных механизмов и для последовательной передачи двоичной информации сбора данных с устройств, подключенных к шине.

Некоторые контроллерыподдерживают модули мастера шины ASI, которые управляют передачей данных между различными компонентами шины ASI и действует как точка подключения шины к управляющему (host) контроллеру.

Контроллер в такой сети играет роль мастера, а периферийные устройства - подчиненных.

Максимальный объем данных с одного ASI-узла – 4 бита.

На рис. 5 контроллеры Micro (Schneider Electric) взаимодействуют с полевыми устройствами по шине ASI. Функции ведущего обеспечиваются интерфейсным модулем SAZ 10.

Рис. 5 Взаимодействие контроллера Micro (Schneider Electric) с полевыми устройствами по шине ASI

HART - протокол. Очень перспективным технически и выгодным экономически является взаимодействие интеллектуальных приборов с контроллерами через цифровую полевую шину. Это исключает искажение низковольтных аналоговых сигналов в цепях связи контроллеров с датчиками, существенно уменьшает расходы на кабельную продукцию, позволяя к одной шине подключать несколько приборов. Такую возможность предоставляет HART-протокол.

Протокол HART (Highway Addressable Remote Transducer), разработанный фирмой Rosemount Inc. в середине 80-х годов, реализует известный стандарт BELL 202 FSK, основанный на технологии 4 – 20 мА.

Стандарт BELL 202 FSK - это кодировка сигнала методом частотного сдвига для обмена данными на скорости 1200 Бод. Сигнал накладывается на аналоговый измерительный сигнал 4—20 мА.

- синхронный: пассивные узлы непрерывно предают свои данные мастер-узлу (время обновления данных в мастер-узле - 250 - 300 мс).

Основные параметры HART-протокола:

- длина полевой шины - 1.5 км;

- скорость передачи данных - 1.2 Кб/с;

- число приборов на одной шине - до 16.
HART-протокол позволяет:

- проводить удаленную настройку датчиков на требуемый диапазон измерения через полевую шину;

- не подводить к датчикам отдельные линии электропитания и не иметь в них блоков питания (электропитание реализуется от блоков питания контроллеров через полевую шину);

- увеличить информационный поток между контроллером и приборами

Fieldbus Foundation - некоммерческая организация (создана в 1994 году), которая объединяет более 120 ведущих мировых поставщиков и конечных пользователей систем управления технологическими процессами и автоматизации производства.

Fieldbus представляет собой локальную сеть (ЛВС), обладающую возможностью распределять управление по всей сети. Управление процессом включает в себя различные функции: конфигурирование, калибровку, мониторинг, диагностику, а также регистрацию событий, происходящих в различных узлах производственной системы.

Foundation Fieldbus имеет 2 физических уровня:

1) физический уровень H1 FF (медленный), обеспечивающий рабочую скорость 31,25 Кбит/с;

2) физический уровень H2 FF (быстрый), обеспечивающий рабочую скорость до 1 Мбит/с.

Наиболее распространенная топология полевой шины FF - шинная (рис.6) и древовидная.

Читайте также: