Загрузка...

Обзор полевых шин (Field Bus)


Полевая шина – это совокупность коммуникационных методов функционально и пространственно распределенных измерительно-управляющих систем, основанных на серийном соединении – Serial Link.

Серийное соединение – это коммуникационная технология нижнего уровня, основанная на принципе побитовой передачи информации является протокол V.24 (RS-232). Он содержит 2 провода и позволяет устанавливать связь на расстоянии до 15 м. Для организации связи между несколькими компьютерами использовании принцип цепочного подключения daisy chain. Он основан на наличии в устройстве дух разъемов: входного и выходного. Сочетая распознавание своего уникального адреса с функциями магистрального усилителя, одни компорт может общаться с несколькими десятками устройств имеющих подобную пару разъемов.

В попытках увеличения расстояния между отдельными абонентами наиболее удачными решениями были линии с низковольтным дифференциальным протоколом передачи (LVDT).

Протокол физического уровня среды передачи был стандартизован как RS422. Недорогие МКС приемопередатчиков этого уровня преобразовывают сигнал RS232 в сигнал RS422 в так называемых прозрачном режиме, не ощутимом для пользователя и программиста. Протокол обеспечивает соединение 2-х абонентов по двухпроводной магистрали на дистанции 1300 м со скоростями до 64 кбит/с. Двухпроводная магистраль RS422 способна работать в полудуплексном синхронном и асинхронном режимах, а 4-проводная схема, предусматривая стандарт RS422 – в полнодуплексном режиме.

Следующим шагом в развитии полевых шин стала двухпроводная система RS485 – многоадресная реализация RS422 сочетающая способ передачи и дальность RS422 с возможностью подключения до 256 устройств по схеме магистраль с отводами.

Подобная схема подключения проще и дешевле цепочечной, требующей двух разъемов на устройстве.

Оба способа являются популярными среди инженеров по АСУТП, т.к. позволяет собрать очень недорогую распределенную систему измерений и контроля (DCS) на базе обычного COM-порта.

Спецификация сетей DCS заключается в двух основных моментах: 1) в надежности и предсказуемости информационных посылок; 2) в отсутствии объемных информационных пакетов, свойственных высоко ранговым сетям.

В конце концов работа через медленных контроллер СОМ-порта (ограничение скорости 115 кбит/с) была отменена и преобраз-ль RS232/RS485 был заменен на непосредственное базирование передатчиков RS485 на системной магистрали. По существу произошло появление ПШ как сетевой технологии уровня промышленной автоматики.

На европейском и международном уровне спецификации полевых шин отвечает документ IEC SC65/WG6. Практически сегодняшняя спецификация технологии ПШ FF построена на базе двух технологий: ProgiBus и WorldFIP. Определим требования к FF:

1. Физически уровень среды передачи как можно дешевле. Самая распространенная среда – 2 провода (витая пара). Основной магистральный низкоуровневый протокол соответствует стандарту RS485 – технологии обеспеченной микроэлектронной базой.

2. Возможность работы, как с битовой информацией, так и в пакетном режиме, т.е. много протокольность.

3. Автоматическая реконфигурация при изменении состава сети или выходе из строя ее узлов. Сюда можно включить и расширенную авто диагностику, а также «горячую замену».

4. Повышенная безопасность сети и ее компонентов. Поскольку пространство покрываемые ПШ измеряется в километрах, опасность высоких напряжений из-за различий потенциалов и электромагнитных наводок становится весьма реальной. Минимальный порог устойчивости к высоким напряжением составляет 1.5 кВ, а максимальный – 5 кВ. Коммуникации и разьемы должны соответствовать нормам искро-безопасности и взрыво-защищенности, а с др. стороны надежно защищены от превратностей погоды, в том числе от электромагнитных бурь. Магистрали и соединения д.б. в том числе защищены от «дурака» (Fool Proof).

5. Не обязательно, но желательное качество – способность нести безопасное напряжения для питания оконечных узлов (интеллектуальная розетка).

6. С точки зрения производительности ПШ делится на 2 категории: 1) низкоскоростные – для нижних уровней. Спецификация: FF-H1 (до 34 кбит/с); 2) высокоскоростная: FF-H2 (до 10 мбит/с)

Структурная схема организации ИУС предприятия

Корпоративная сеть.

Обзор полевых шин (Field Bus)

С точки зрения применения коммуникаций в автоматизации различают 4 уровня:

1. битовые сенсоры – окончание всей системы АСУТП, датчики, актуаторы (исполнительные механизмы). Информационные посылки занимают длину от 1 до нескольких бит.

2. устройства – в отличии от 1 уровня здесь присутствуют логические устройства управления или отображения, либо операторские интерфейсы. В состав посылок здесь включены закодированные сообщения объемом в несколько байт.

3. управление – это уровень, работающий как с закодированными посылками, так и с полным сетевым сервисом. Здесь собирается и анализируется информация снизу, вырабатываются решения тактического плана, возвращаемые устройством нижнего уровня для исполнения.

4. бизнес-уровень – это уровень стратегического управления, не отвечающий за оперативные и тактические решения.

Загрузка...