3 Описание bitbus

Протокол BITBUS разработан фирмой INTEL в 1984 году для построения распределенных систем, в которых должны быть обеспечены высокая скорость передачи, детерминизм и надежность. За основу был взят широко известный протокол управления каналом передачи данных, разработанный фирмой IBM - SDLC (Synchronous Data Link Control). Логика сети использует принцип MASTER/SLAVE. Физический интерфейс основан на RS-485. Институтом инженеров по электротехнике и радиоэлектронике (IEEE) BITBUS-протоколу был присвоен статус стандарта, а именно: IEEE 1118. BITBUS представляет собой интерфейс, специально разработанный и оптимизированный для связи программируемых контроллеров, интеллектуальных УСО, управляющих ЭВМ и т.п. и интеграции этих устройств в локальную управляющую сеть распределенных АСУ ТП. Поскольку в соответствии с теорией систем структурно системы автоматизации строятся, как правило, подобно объектам управления, а объекты в подавляющем большинстве имеют иерархическую структуру, в основу сети BITBUS также положен иерархический принцип. Типовая структурная схема технических средств промышленной локальной сети BITBUS показана на рис. 1.

Рисунок 1

1 - промышленный компьютер, ведущий узел сети BITBUS; 2 - адаптер сети BITBUS для компьютера; 3 - ретранслятор сети BITBUS (для больших расстояний); 4 - интеллектуальное УСО с интерфейсом BITBUS; 5 - программируемый контроллер моноблочный, с интерфейсом BITBUS; 6 - программируемый контроллер магистрально-модульный, с интерфейсом BITBUS; 7 - шлюз; 8 - программируемый контроллер магистрально-модульный, с произвольным интерфейсом; 9 - интеллектуальные датчики . Центральным элементом сети BITBUS является ведущее устройство, функции которого, как правило, возлагаются на промышленный компьютер (1). Этот компьютер обычно выполняет несколько функций:

• инструментальное средство для программирования контроллеров;

• графическая операторская станция;

• элемент локальной сети (LAN) верхнего уровня АСУ ТП.

На практике в качестве этого элемента системы часто применяют IBM-совместимые персональные компьютеры. Интерфейс с локальной сетью BITBUS осуществляет адаптер сети (2), установленный в слот компьютера. Как правило, применяются адаптеры, обеспечивающие гальваническую изоляцию компьютера от сети BITBUS.

На основе BITBUS можно строить системы двух конфигураций (см. рис. 2).

Рисунок 2. Пример топологии сети BITBUS

Протокол не дает возможности построения сложных систем – структура его информационных пакетов проста. Всё это позволяет говорить о BITBUS как о протоколе относительно простом и не требующем больших аппаратных затрат на его реализацию.

Использование многоуровневой сетевой структурой (тип «б») оправдано тогда, когда нужно состыковать несколько BITBUS – сетей, использующих различные скорости передачи данных.

Информационный обмен организован по принципу «запрос (MASTER) – ответ (SLAVE)». Функции MASTER – узла могут (а, как правило, так и есть) концентрироваться в одном узле и распределяться по нескольким MASTER – узлам. В этом случае необходима организация механизма передачи телеграммы – маркера (права доступа к шине) от одного MASTER – узла к другому. Но организация этого механизма довольно сложна.

Протокол BITBUS определяет два режима передачи данных по шине:

1. Синхронный режим Этот режим используется при необходимости работы на большой скорости, но на ограниченных расстояниях. В этом случае топология сети может включать до 28 узлов, а длина шины ограничиваться 30 м. Скорость может быть от 500 до 2400 кбод. Синхронный режим передачи предполагает использование двух дифференциальных сигнальных пар: одной для данных, другой для синхронизации.

Рисунок 3. Синхронный режим

2. Режим с самосинхронизацией Использование этого режима позволяет значительно удлинить шину. Стандартом определены три скорости передачи: 1500 Мбод, 375 кбод (до 300 м) и 62,5 кбод (до 1200 м). Используя шинные репитеры, можно объединять последовательно несколько шинных сегментов (до 28 узлов на сегмент). Тогда общее число узлов можно довести до 250, длину общей шины — до нескольких километров.

Рисунок 4. Режим с самосинхронизацией

При этом режиме передачи используются две дифференциальные пары: одна для данных и одна для управления репитером.

В протоколе BITBUS биты кодируются на основе NRZI-способа.

В общем виде стандартный формат любой информационной посылки в этом протоколе можно представить так:

На физическом уровне реализации BITBUS соответствуют спецификациям RS-485. RS-485 получил за последние годы наиболее широкое распространение в локальных сетях нижнего уровня, подтверждая правильность выбора разработчиков BITBUS. Физической средой в сети обычно является экранированная витая пара. В качестве альтернативной среды иногда применяют оптоволокно. Сеть BITBUS может иметь различную топологию - линейную, древовидную или звездообразную, что позволяет легко приспосабливать конфигурацию сети к существующим производственным помещениям и расположению оборудования. Конфигурация сети может наращиваться и видоизменяться в процессе ее эксплуатации. В зависимости от используемой скорости передачи длина одного сегмента может быть 300 м или 1200 м. Для увеличения расстояния используются ретрансляторы (3), максимальное расстояние при этом достигает 13,2 км. Управление ретрансляторами предусмотрено в интерфейсе. Для этого используется вторая витая пара. Таблица 1. Основные технические данные сети BITBUS

Топология	линейная
Длина сети	от 300 м до 13,2 км
Физическая среда передачи данных	витая пара
Альтернативная среда	оптоволокно
Основной тип разъема	D-SUB 9
Скорость передачи	1,5 Мбит, 375 Кбит/с или 62,5 кбит/с
Характерное время ответа	1 мс
Передача данных	MASTER/SLAVE
Канальный уровень протокола	SDLC
Максимальное количество узлов	250
Тип физического интерфейса	RS-485

Примечание Следует отметить два немаловажных момента. Во-первых, спецификации написаны "с запасом", т.е. практика показывает, что сеть устойчиво работает на расстояниях, в несколько раз превышающих заявленные. Во-вторых, многие современные устройства для сети BITBUS обладают техническими характеристиками, существенно превосходящими требования первоначальных стандартов. Например, фирма Sykat поставляет активные линейные и Т-образные ретрансляторы, которые сами определяют направление передачи по его структуре, что позволяет обойтись одной витой парой. Ретрансляторы, выпускаемые фирмой ТЕКОН, обеспечивают на порядок меньшие задержки в передаче сигнала, что позволяет увеличить в несколько раз количество сегментов в сети. Сеть объединяет разнообразные устройства ввода-вывода от интеллектуальных УСО (4) до программируемых контроллеров (5, 6). Контроллеры, которые не имеют штатного выхода в интерфейс BITBUS (8), подключаются через шлюзы (7). На "более низком" уровне иерархии, чем сеть BITBUS, применяются удаленные интеллектуальные датчики (9), подключаемые по последовательным каналам RS-232 или RS-485.