Реферат шины и сети

Обновлено: 05.07.2024


Лекции


Лабораторные


Справочники


Эссе


Вопросы


Стандарты


Программы


Дипломные


Курсовые


Помогалки


Графические

Доступные файлы (1):

Реферат полевые шины.doc

Данный реферат посвящен обзору стандартов полевых шин.
Содержание

1.2 Протокол PROFIBUS 6

1.3 Протокол FOUNDATION FIELDBUS 8


  1. Выбор ключевых параметров 11

  2. Сравнительный анализ 12

Библиографический список 14

Промышленные сети передачи данных – это базовый элемент для построения современных АСУ ТП. Появление промышленных коммуникационных протоколов положило начало внедрению территориального распределенных систем управления, способных охватить множество технологических установок, объединить целые цеха, а иногда и заводы. Сегодня сфера промышленных коммуникаций развиваются семимильными шагами: известно более 30 стандартов коммуникационных сетей, специально адаптированных для промышленного применения, каждый год появляются новые прогрессивные технологии передачи данных. Это неудивительно, ведь именно коммуникационные сети в большей степени определяют качество, надежность и функционал АСУ ТП в целом.

Сети передачи данных входящие в состав АСУ ТП можно условно разделить на два класса:

- Полевые шины ( ^ Field Buses );

- Сети верхнего уровня (операторского уровня, Terminal Buses);

Но нам необходимо рассмотреть полевые шины.

Главной функцией полевой шины является обеспечение сетевого взаимодействия между контроллерами и удаленной периферией (например, узлами ввода/вывода). Помимо этого, к полевой шине могут подключаться различные контрольно-измерительные приборы (Field Devices), снабженные соответствующими сетевыми интерфейсами. Такие устройства часто называют интеллектуальными (Intelligent Field Devices), так как они поддерживают высокоуровневые протоколы сетевого обмена.

Как уже было отмечено, существует множество стандартов полевых шин, наиболее распространенные из которых приведены ниже:

- Profibus DP

- Profibus PA

- Foundation Fieldbus

- Modbus RTU

- HART

Несмотря на нюансы реализации каждого из стандартов (скорость передачи данных, формат кадра, физическая среда), у них есть одна общая черта – используемый алгоритм сетевого обмена данными, основанный на классическом принципе Master-Slave или его небольших модификациях.


  • Полевые шины, построенные на базе оптоволоконного кабеля. Преимущества использования оптоволокна очевидны: возможность построения протяженных коммуникационных линий (протяженностью до 10 км и более); большая полоса пропускания; иммунитет к электромагнитным помехам; возможность прокладки во взрывоопасных зонах. Недостатки: относительно высокая стоимость кабеля; сложность физического подключения и соединения кабелей.

    • Полевые шины, построенные на базе медного кабеля. Как правило, это двухпроводной кабель типа “витая пара” со специальной изоляцией и экранированием. Преимущества: удобоваримая цена; легкость прокладки и выполнения физических соединений. Недостатки: подвержен влиянию электромагнитных наводок; ограниченная протяженность кабельных линий; меньшая по сравнению с оптоволокном полоса пропускания [2].

    1. Описание основных стандартов полевых шин

    1.1 ^ HART-протокол (Highway Addressable Remote Transducer – Адресуемый Дистанционный Магистральный Преобразователь), разработан фирмой Fisher Rosemount Inc.

    За одну посылку один узел другому может передать до 4 технологических переменных, а каждое HART-устройство может иметь до 256 переменных, описывающих его состояние.

    Метод контроля корректности передаваемых данных основан на получении подтверждения.


    Рис. 1.1.1 Форма сигнала передачи

    Метод формирования физических сигналов и среда передачи данных HART протокола соответствует физическому уровню OSI модели протоколов.

    Синусоидальные модуляции накладываются на сигнал постоянного тока. Среднее значение синусоидального сигнала равно нулю. Поэтому, несмотря на прохождение цифровых данных, к сигналу 4…20 мА никакая компонента постоянного тока не добавляется. Следовательно, существующие аналоговые приборы продолжают работать как обычно – низкочастотная фильтрация эффективно отбрасывает коммуникационный сигнал.

    Такой выбор частот для формирования сигналов и скорости передачи данных соответствует американскому стандарту BELL 202, одной из нескольких частот, используемых для посылки цифровой информации по телефонным сетям. В результате, сюда подходят широко распространенные модемные платы на интегральных схемах.

    В HART протоколе определяется, что главные устройства (ведущая система управления или ручной коммуникатор) передают сигнал в виде напряжения, в то время как подчиненные (первичные) устройства передают токовый сигнал. Токовый сигнал преобразуется в соответствующее напряжение с помощью сопротивления нагрузки контура. Следовательно, все устройства должны использовать такие приемники, схемы которых способны принимать напряжение [4,2].
    1.2 Протокол ^ PROFIBUS ( PROcess Field BUS) разработан совместно группой немецких компаний: Siemens, Bosch, и Klockner-Moeller.



    Рис. 1.2.1 Обобщенная схема сети PROFIBUS

    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, организована продуманная система тайм-аутов. Протокол хорошо разрешает разнообразные коллизии на шине. Настройка всех основных временных параметров определяется пользователем.

    При передаче данных обнаружение и исправление ошибок ведется на основе хеммингова расстояния 4, то есть в любой посылке данных 3 ошибочных бита будет обнаружено, а один бит может быть восстановлен [1].

    1.3 Сеть ^ FOUNDATION FIELDBUS родилась в результате сотрудничества двух ведущих американских ассоциаций - ISP и WorldFIP. В 1994 году появилась ассоциация Fieldbus Foundation, продвигающая на рынке и обеспечивающая поддержку сети Foundation Filedbus (FF). После многолетних безуспешных попыток разработать универсальную промышленную сеть, предпринятых ведущими комитетами по стандартизации IEC и ISA, ассоциация Fieldbus Foundation пришла к синтезированному решению с использованием наработок из разных источников под общим названием Foundation Fieldbus.

    Максимальное число узлов составляет 240 на сегмент (поддерживается до 65000 сегментов), длина соединения до 1900 метров (для ^ H1).

    клиент/сервер (Client/Server );

    издатель/подписчик (Publisher/Subscriber);

    уведомление о событиях (Event Notification).

    Сеть Foundation Fieldbus может быть использована в качестве полной замены аналогового стандарта токовой петли 4. 20 мА.

    Основная область применения этой сети - самый нижний уровень распределенной системы автоматизации с обвязкой устройств, работающих во взрывоопасных средах и использующих сеть, как для информационного обмена, так и для собственной запитки [3,2].
    1.4 Протокол ^ MODBUS разработан фирмой Modicon (в настоящее время входит в группу Schneider Electric) для сбора данных контроллерами Modicon. Специальный физический интерфейс для него не определен, однако чаще других используется интерфейс RS-485.


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

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

    • чтение/запись битов и битовых последовательностей;

    • чтение/запись регистров;

    • функции диагностики;

    • программные функции;

    • функции управления списком опроса;

    • функция сброса.


    2. Выбор ключевых параметров

    Сравнение технических характеристик основных протоколов полевых шин представлено в таблице 2.1

    Таблица 2.1 Технические характеристики основных протоколов полевых шин


    Таблица 2.1 (Окончание)

    3. Сравнительный анализ

    Хоть все сравниваемые протоколы и поддерживают цифровой обмен данными, между ними существует множество различий по архитектуре функциям и уровню совместимости.

    К примеру, HART является самым дешевым и ко всему прочему работать по данному протоколу могут устройства очень большого количества компаний, обеспечивается высокая помехозащищенность, но скорость обмена данными очень мала и при этом в большинстве случаев каждому компоненту сети участвующему в обмене – передаче данных необходим HART-модем, к тому же сложно обеспечивать взрывозащиту.

    В настоящее время происходит замена аналогового стандарта 4-20 мА на цифровой, и на первый план выходят стандарты PROFIBUS и ^ FOUNDATION FIELDBUS.

    Архитектура FOUNDATION FIELDBUS, несомненно, обладает рядом преимуществ перед PROFIBUS. Вне всякого сомнения, FOUNDATION FIELDBUS — более открытый протокол, разработанный и поддерживаемый организацией, в состав которой входит большинство крупнейших производителей аппаратно-программных средств для промышленной автоматизации. И, напротив, контроль над PROFIBUS осуществляется одной компанией. Хотя технология PROFIBUS, вероятно, сможет удовлетворить потребности большого числа пользователей в ближайшем будущем, эта технология, несомненно, является устаревшей по сравнению с открытой, постоянно совершенствующейся технологией ^ FOUNDATION FIELDBUS .

    Читайте также: