Реферат - Промышленные протоколы передачи данных - файл n1.doc

Реферат - Промышленные протоколы передачи данных
Скачать все файлы (896.4 kb.)

Доступные файлы (3):
n1.doc73kb.24.11.2012 16:18скачать
n2.ppt994kb.09.01.2013 17:01скачать
n3.docx99kb.24.11.2012 21:22скачать

n1.doc


  1. Титульный

Здравствуйте………

Наибольшее распространение в АСУ ТП получили распределенные системы, элементы которых (контроллеры, модули ввода-вывода) разнесены в пространстве, независимы друг от друга, но взаимодействуют между собой для выполнения общей задачи. Основой для построения распределенных систем сбора данных и управления является промышленная сеть.

  1. Понятие промышленных сетей

Промышленными сетями называют сети, обеспечивающие коммуникацию (или другими словами обмен информацией) между устройствами, входящими в состав автоматизированной системы (то есть компьютерами, контроллерами, датчиками и разнообразными исполнительными устройствами).

  1. Особенности промышленных сетей

Промышленные сети отличаются от офисных следующими свойствами:

  1. Уровни промышленных сетей

В зависимости от области применения весь спектр промышленных сетей можно разделить на два уровня:

Иногда полевые сети называют сетями низовой автоматики.

  1. Сравнение уровней промышленных сетей

Для полевых сетей характерна передача небольшого объема данных на небольшие расстояния за короткое время.

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

На сегодняшний день существуют десятки разнообразных промышленных сетей. Но в данном докладе будут приведены характеристики наиболее известных из них.

  1. HART

Стандарт HART был разработан в 1980 году фирмой Rosemount, которая позже сделала его открытым. Он охватывает уровень датчиковых сетей и находит применение для связи контроллера с датчиками и измерительными преобразователями, электромагнитными клапанами, для связи с искробезопасным оборудованием.

Модулированный цифровой сигнал, позволяющий получить информацию о состоянии датчика или осуществить его настройку, накладывается на токовую несущую аналоговой токовой петли уровня 4-20 мА.

  1. Достоинства HART

Основными достоинствами HART-протокола являются:

  1. Недостатки HART

Недостатки:

  1. Modbus

Протокол Modbus является самым распространенным в мире. В России Modbus по распространенности конкурирует только с Profibus.

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.

Протокол Modbus предполагает, что только одно ведущее устройство (контроллер) и до 247 ведомых (модулей ввода-вывода) могут быть объединены в промышленную сеть. Обмен данными всегда инициируется ведущим. Ведомые устройства никогда не начинают передачу данных, пока не получат запрос от ведущего. Ведомые устройства также не могут обмениваться данными друг с другом. Поэтому в любой момент времени в сети Modbus может происходить только один акт обмена.

  1. Разновидности Modbus

Разновидностями Modbus являются протоколы Modbus Plus - многомастерный протокол с кольцевой передачей маркера и Modbus TCP, рассчитанный на использование в сетях Ethernet и интернет.

  1. Достоинства и недостатки Modbus

Преимуществами Modbus являются отсутствие необходимости в специальных интерфейсных контроллерах, простота программной реализации и элегантность принципов функционирования. Все это снижает затраты на освоение стандарта. Высокая степень открытости протокола обеспечивается также полностью бесплатными текстами стандартов, которые можно скачать с сайта.

Основным недостатком Modbus является сетевой обмен по типу "ведущий/ведомый", что не позволяет ведомым устройствам передавать данные по мере их появления и поэтому требует интенсивного опроса ведомых устройств ведущим.

  1. PROFIBUS

Протокол PROFIBUS

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.

PROFIBUS PA – протокол обмена данными с оборудованием полевого уровня. Использует физический уровень, который обеспечивает питание сетевых устройств через шину, благодаря чему может быть использован во взрывоопасных зонах.

  1. Физический уровень PROFIBUS

На физическом уровне Profibus DP и FMS чаще всего используют стандарт RS-485 при скорости передачи до 12 Мбит/с и с размерами сегментов сети до 32 устройств. Количество устройств можно увеличить с помощью повторителей интерфейса. Так же возможно использование оптоволокна.

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.

Несколько лет назад для Profibus была разработана модификация интерфейса RS-485 для взрывоопасных зон, которая получила название "RS-485-IS". Существенным ее отличием является наличие резисторов, ограничивающих ток в линии до значений, установленных стандартом на искробезопасные электрические цепи.

  1. Канальный уровень PROFIBUS DP

Протокол канального уровня обеспечивает выполнение следующих важных требований:

В сети Profibus для доступа ведущих устройств к сети используется метод передачи маркера. В этом методе сеть имеет логическую топологию кольца (т. е. кольца на уровне адресов устройств) и каждое ведущее устройство получает доступ к сети только при получении маркера. Маркер выполняет роль арбитра, который предоставляет устройству право доступа. По истечении определенного времени это устройство должно передать маркер следующему ведущему устройству, которое получает доступ также на время, пока маркер находится у него. Таким образом, каждому ведущему устройству выделяется точно заданный интервал времени. Этот интервал может быть установлен при конфигурировании системы.

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".

Profibus имеет также широковещательный режим работы, когда ведущее устройство посылает сообщение "всем", не ожидая уведомления о получении, и многоабонентский режим, когда ведущее устройство посылает одно и то же сообщение сразу нескольким участникам сети.

  1. Достоинства и недостатки PROFIBUS

К основным достоинствам PROFIBUS относится:

Недостатком PROFIBUS является относительно высокая цена дополнительного оборудования.

  1. Протокол CAN

CAN представляет собой комплекс стандартов для построения распределенных промышленных сетей, который использует последовательную передачу данных в реальном времени с очень высокой степенью надежности и защищенности.

CAN характеризуется следующими основными свойствами:

  1. Недостатки CAN

К недостаткам можно отнести сравнительно высокую стоимость CAN-устройств, отсутствие единого протокола прикладного уровня, а также чрезмерную сложность и запутанность протоколов канального и прикладного уровня, изложенных в стандартах.

  1. Промышленный Ethernet

Промышленный Ethernet – это международный стандарт организации обмена данными между программируемыми контроллерами и системами человеко-машинного интерфейса на основе Etehrnet.

Внедрению Ethernet в промышленность способствовали следующие его качества:

  1. Недостатки Ethernet

Недостатком промышленного Ethernet является повышенная по сравнению с другими промышленными шинами чувствительность к электромагнитным помехам и относительно высокая цена: Ethernet модули ввода-вывода в среднем в 2 раза дороже аналогичных Modbus-устройств. Также к недостатку Ethernet относится значительный уровень "накладных расходов" в протоколах TCP/IP, которые рассчитаны на пересылку данных больших объемов. Если же устройство пересылает всего 8 байт, что типично для АСУ ТП, то полезная информация в протоколе составляет всего 11%, поскольку каждый пакет TCP/IP содержится 68 байт служебной информации. Однако это часто можно скомпенсировать большой пропускной способностью сети.

  1. FOUNDATION fieldbus

Полевая шина FOUNDATION fieldbus является полностью цифровой последовательной двунаправленной коммуникационной системой со скоростью обмена 31,25 Кбит/с, с помощью которой обмениваются данными такие полевые устройства, как датчики, приводы и контроллеры. Она представляет собой локальную вычислительную сеть для приборов, используемых в автоматическом управлении технологическим процессом, со встроенными возможностями распределения управляющих приложений по всей сети.

Foundation Fieldbus сохраняет все достоинства «токовой петли», такие как:

Применение технологии fieldbus в жизненном цикле системы управления позволяет достигнуть существенных преимуществ.

  1. Преимущества FF

Технология Fieldbus позволяет передавать множество переменных из каждого прибора в управляющую систему в обоих направлениях. Высокое разрешение и отсутствие искажений достигается использованием полностью цифровой системы связи.

При обнаружении нештатных ситуаций или при необходимости проведения профилактического технического обслуживания устройства Fieldbus могут передать соответствующие сообщения оперативно-технологическому и обслуживающему персоналу.

Полева шина Fieldbus позволяет подключать несколько устройств к одной проводной паре. Это приводит к уменьшению протяженности кабелей, снижению числа барьеров искрозащиты и кроссовых шкафов.

  1. Распределение функций управления

Основным преимуществом Foundation Fieldbus является возможность распределения функций управления процессом среди устройств нижнего уровня (уровня полевых устройств) АСУ ТП.

В FOUNDATION fieldbus используются унифицированные "функциональные блоки", представляющие собой стандартные функции задач автоматизации. С использованием функциональных блоков в полевых устройствах могут выполняться многие функции системы управления, например аналоговый ввод (AI), аналоговый вывод (AO) и ПИД-регулирование.

  1. Недостатки FF

Основными недостатками протокола Foundation Fieldbus являются высокая стоимость оборудования, ограниченный набор совместимых устройств и затянутость процессов стандартизации и принятия в промышленности.

  1. Сравнение протоколов

Данный материал посвящен знакомству только с несколькими представителями огромного семейства промышленных сетей. У каждого протокола есть свои достоинства и недостатки.

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.
Учебный текст
© perviydoc.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации