Промышленная сеть для поддержки АСУ

Время одного обращения маркера через всех активных участников называется временем обращения маркера. С помощью устанавливаемого заданного времени обращения маркера Ttr (Time Target Rotation) определяется максимально разрешенное время обращения маркера.

Логическое маркерное кольцо

Мастера (Masters) - активные участники Адр.: 2

Пассивные участники (Slaves)

Рис. Метод обмена маркером (токеном)

Метод Master-Slave

Если логическое маркерное кольцо состоит только из одного активного и нескольких пассивных участников, то это соответствует “чистой” системе Master-Slave (рис.1.17).

Метод Master-Slave делает возможным мастеру (активному участнику), который имеет право прямой передачи, опрашивать назначенных ему Slaves (пассивных участников). Мастер при этом имеет возможность принимать сообщения от Slave, и соответственно, передавать. Типичная стандартная шинная конфигурация PROFIBUS-DP базируется на этом методе управления шиной. Активная станция (DP-Master) обменивается в циклической последовательности данными с пассивными станциями (DP-Slaves).

Master (активный участник) Slave'ы (пассивные участники)

Шинные параметры

Безупречное функционирование сети PROFIBUS достигается только тогда, когда установленные шинные параметры соответствуют друг другу. Шинные параметры, заданные для одного участника, должны устанавливаться для каждого другого участника сети, так что они идентичны во всей сети. В целом шинные параметры зависят от выбранной скорости передачи и задаются соответствующим инструментом проектирования. Изменения этих наборов параметров должно проводиться только опытным персоналом.

Все шинные параметры описывают таким образом времена, которые должны точно соответствовать друг другу. Единицей для измерения этих параметров является tBIT (time_Bit). Один tBIT - это время передачи по шине одного бита и называется также временем передачи бита. Это время зависит от скорости передачи и вычисляется следующим образом:

tBIT = 1/скорость передачи (бит/c)

Например, для скорости передачи 12 Мбит/с время передачи бита - 83 ns, а для скорости передачи 1,5 Мбит/c - 667 ns.

Резюме:

PROFIBUS (PROcess FIeld BUS) - это наиболее мощная сеть полевого уровня, которая может быть использована для большинства практических применений. Эта сеть отвечает требованиям международных стандартов IEC 61158 и EN 50170.

PROFIBUS объединяет технологические и функциональные особенности последовательной связи полевого уровня. Она позволяет объединять разрозненные устройства автоматизации в единую систему на уровне датчиков и приводов.

PROFIBUS использует обмен данными между ведущим и ведомыми устройствами. Требования пользователей к получению открытой, независимой от производителя системе связи, базируется на использовании стандартного протокола PROFIBUS.

Одни и те же каналы связи сети PROFIBUS допускают одновременное использование нескольких протоколов передачи данных:

PROFIBUS-FMS: универсальный протокол для решения задач по обмену данными между и\нтеллектуальными сетевыми устройствами (контроллерами, компьютерами/программаторами, системами человеко-машинного интерфейса) на полевом уровне.

PROFIBUS-DP: протокол, ориентированный на обеспечение скоростного обмена данными между системами автоматизации (ведущими DP-устройствами) и устройствами распределенного ввода-вывода (ведомыми DP-устройствами). Протокол характеризуется минимальным временем реакции и высокой стойкостью к воздействию внешних электромагнитных полей.

PROFIBUS-PA: протокол обмена данными с оборудованием полевого уровня, расположенным в обычных или Ex-зонах (зонах повышенной опасности). Протокол отвечает требованиям международного стандарта IEC 61158-2.

Все оборудование, выпускаемое A&D SIEMENS для сети PROFIBUS, сертифицировано организацией пользователей PROFIBUS (PNO). Наличие этих сертификатов гарантирует надежную работу оборудования SIEMENS в сетевых структурах PROFIBUS.

PROFIBUS является открытой сетью полевого уровня. Свыше 500 крупных мировых производителей выпускает оборудование с встроенным интерфейсом PROFIBUS-DP. SIEMENS оказывает техническую поддержку всем производителям, выпускающим оборудование для PROFIBUS.

Поддержка оказывается в форме технических консультаций, поставки специализированных микросхем или интерфейсных модулей.

Каналы связи

В зависимости от требований, предъявляемых к сети PROFIBUS, для передачи данных могут использоваться различные виды каналов связи.

Электрические каналы связи

Электрические каналы связи выполняются экранированной витой парой. Для прокладки линий связи может использоваться множество кабелей для различных условий эксплуатации. Большинство из этих кабелей поддерживает технологию быстрого соединения (Fast Connect).

Оптические каналы связи

Оптические каналы связи PROFIBUS могут выполняться стеклянными или пластиковыми оптоволоконными кабелями, предназначенными для различных условий эксплуатации.

Инфракрасные каналы связи

Применение модуля ILM позволяет осуществлять передачу информации по инфракрасным каналам на расстояние до 15м.

Комбинированные системы

В составе одной сети PROFIBUS может использоваться комбинированное сочетание различных каналов связи.

PROFINET

Новый открытый коммуникационный стандарт PROFINET (IEC 61158) устраняет указанные недостатки и существенно расширяет функциональные возможности обмена данными и охватывает широкий спектр требований по использованию Ethernet в системах автоматизации.

PROFINET ориентирован на организацию системно-широкого обмена данными между всеми иерархическими уровнями управления предприятием. Он существенно упрощает вопросы проектирования систем промышленной связи, распространяет использование IT стандартов на полевой уровень управления, позволяет использовать существующие каналы связи и сетевые компоненты Ethernet, а также дополнять эти сети специализированными компонентами. PROFINET обеспечивает поддержку всех существующих стандартных механизмов обмена данными через Ethernet параллельно с обменом данными между системами автоматизации в реальном масштабе времени.

Особенности промышленных сетей PROFINET

Вариант сети Industrial Ethernet для систем автоматизации, стандартизованный как PROFINET, был разработан компанией Siemens с целью унификации полевых сетей (Fieldbus) для построения систем, работающих в реальном времени со скоростью связи до 100 Мбит/c в жёстких промышленных условиях эксплуатации.

Спецификация стандарта предусматривает взаимодействие PROFINET с другими сетями (PROFIBUS, Interbus, DeviceNet и т.д.) с помощью шлюзов.

Средой передачи могут быть медные провода и оптоволокно. Возможно применение в сети PROFINET разных топологий (линейной, кольцевой, «звезда», «дерево»). В линейной сети коммутатор устанавливают ближе к приборам или даже встраивают вместе с процессором в устройство. Для каждого устройства выделяется свой коммутатор для управления конвейерными передачами. Кольцевая топология, используемая для повышения надёжности, может включать две сети со встречным направлением передачи. Коммутаторы могут быть соединены радиально или по произвольной топологии.

Особенности кабельной связи в промышленных сетях PROFINET связаны с жёсткими условиями эксплуатации оборудования. В сети PROFINET используются экранированные витые медные пары проводов длиной до 100 м и с характеристическим сопротивлением 100 Ом (100Base-TX), со свойствами не хуже тех, что соответствуют категории 5 и классу D (ISO/IEC 11801).

Каждое удалённое устройство подключают через активный компонент, образуя узел в сети.

Для разных приложений стандарт PROFINET определяет три уровня производительности: PROFINET NRT PROFINET RT, PROFINET IRT.

PROFINET NRT с временем цикла более 100 мс не поддерживает режим реального времени и предназначен в основном для автоматизации отдельных технологических процессов. PROFINET RT используется в случаях с более высокими требованиями к времени цикла (более 10 мс), например в системах автоматизации предприятия. Самым высоким требованиям по производительности отвечает PROFINET IRT (время цикла менее 1 мс), основной областью его применения является управление комплексными приводными системами.

Ethernet для автоматизации приборных систем измерения

На основе стандарта Ethernet разработан новый отраслевой стандарт LXI (2004 г.).

Рис. Промышленный 18-портовый управляемый коммутатор EKI-7656C для сетей Gigabit Ethernet

Спецификация LXI предназначена для измерительных систем и призвана заменить прежний приборный байтовый интерфейс с разделяемой средой связи. Сети приборов на основе архитектуры LXI предложил консорциум производителей контрольно-измерительных систем, одним из главных инициаторов выступила компания Agilent Technologies. Широкое использование преимуществ сетевых протоколов в последовательной сети небольшого количества приборов позволяет отказаться от аппаратных секций и перейти к прямому подключению компактных приборов с интерфейсом LXI к портам коммутаторов и маршрутизаторов или использовать адаптеры для связи с существующими стандартными приборными системами. Стандарт LXI охватывает физические требования, протоколы, интерфейсы и запуск процессов в сети. Различают 3 класса LXI-приборов: A, B, C. Класс C является базовым, приборы этого класса обладают функциями обнаружения и конфигурации сети, имеют Web-интерфейс и соответствуют физическим требованиям стандарта. Приборы класса B имеют дополнительные возможности запуска по локальной сети и поддержки синхронизации. Класс A удовлетворяет требованиям классов C и B с дополнением в виде аппаратной шины синхронизации с низкой задержкой передачи (эта шина обеспечивает максимально возможную скорость отклика на событие запуска).

Физический уровень интерфейса LXI создан для обеспечения гибкости связи приборов в сети. Он позволяет соединять настольные приборы по передней панели, настенные приборы и встраиваемые модули без передней панели. В отличие от существующих устройств типа PXI/VXI устройства с таким сопряжением могут иметь любые размеры и приобретают самодостаточность. Каждое устройство имеет источник питания, систему запуска, защиту и интерфейс. Стандартом допускаются версии сети 10 и 100 Мбит/c, но рекомендуется сеть Gigabit Ethernet с автоматическим выбором скорости передачи и с автоматическим распознаванием полярности кабеля сети. Каждый прибор в сети должен иметь постоянный сетевой MAC-адрес и IP-адрес с возможностью динамической конфигурации в сети по протоколу DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol). Устройства должны легко идентифицироваться в сети с помощью протокола сетевого обследования.

Пример комбинированной сети из нескольких колец HIPER-Ring

Точность установки времени допускает джиттер менее 100 нс. Устройства могут передавать информацию и данные о времени без использования компьютера, занятого задачами обработки данных в реальном времени. Дополнительная шина в устройствах класса A может соединять устройства по схеме последовательной цепи или «звезды» (или их комбинации).

Выводы:

Каналы связи и топологии сети

Для организации обмена данными между системами автоматизации в сети PROFINET могут использоваться электрические (витые пары), оптические и беспроводные каналы связи Ethernet. В зависимости от вида используемых каналов для построения сети может использоваться различный набор сетевых компонентов. Обеспечивается поддержка всех топологий, характерных для сети Industrial Ethernet: линейных, кольцевых, древовидных.

Сетевые компоненты

Для построения сетей PROFINET концерн SIEMENS предлагает широкую гамму активных и пассивных сетевых компонентов, а также коммуникационного программного обеспечения и инструментальных средств проектирования. Большинство сетевых компонентов PROFINET может использоваться и в сетях Industrial Ethernet.

Пассивные сетевые компоненты

Пассивные PROFINET компоненты включают в свой состав электрические (витые пары 2х2) и оптические кабели, а также соединительные устройства различного назначения. Для большинства электрических пассивных компонентов поддерживается технология FastConnect, позволяющая выполнять быстрый и безошибочный монтаж сети. Все соединительные устройства выполнены с учетом требований стандарта PROFINET. Данные для заказа пассивных сетевых компонентов приведены в листе "Стандарт Industrial Ethernet".

Активные сетевые компоненты

Активные PROFINET компоненты представлены широкой гаммой коммутаторов серии SCALANCE X200/X200IRT/Х400. Модули серии SCALANCE X позволяют конфигурировать линейные, звездообразные и кольцевые структуры сетей Industrial Ethernet/ PROFINET, использовать для передачи данных оптические и электрические каналы связи, поддерживают технологию коммутируемых сетей, позволяют использовать обмен данными в реальном масштабе времени, в том числе, и с тактовой синхронизацией. Более подробная информация о коммутаторах данной серии приведена в листе "Промышленные коммутаторы SCALANCE".

Технологические компоненты

Технологические компоненты для PROFINET представлены специализированными микросхемами ERTEC 400, а также комплектами разработки, позволяющими специалистам различных фирм выполнять проектирование, макетирование и наладку интерфейсной части собственной аппаратуры управления, предназначенной для работы в сетях PROFINET.

В настоящее время наиболее ярко прослеживаются два направления использования сетей PROFINET:

-построение систем распределенного ввода-вывода (PROFINET IO) и

-построение модульных систем управления с распределенным интеллектом - PROFINET CBA (Component Based Automation).

В зависимости от функционального назначения в сети PROFINET могут использоваться различные механизмы обмена данными, различный состав аппаратуры, различные инструментальные средства проектирования.

Решения на основе PROFINET

В настоящее время наиболее ярко прослеживаются два направления использования сетей PROFINET: построение систем распределенного ввода-вывода (PROFINET IO) и построение модульных систем управления с распределенным интеллектом - PROFINET CBA (Component Based Automation).

В зависимости от функционального назначения в сети PROFINET могут использоваться различные механизмы обмена данными, различный состав аппаратуры, различные инструментальные средства проектирования.

Различия между разными типами сетей

Размещено на www.allbest.ru