19. Интерфейсы «токовая петля».

Позволяет определить исправна ли линия связи, в передатчике используется не источник напряжение (как в RS-485), а тока.

Разновидности: 0…60мА – 1950 г

0…20мА – 1962 г

4…20мА – 1980 г

По определению, ток, вытекающий из источника тока, не зависит от параметров нагрузки. Поэтому в «токовой пет­ле» протекает ток, не зависящий от сопротивления кабеля Rкаб, сопротивления нагрузки Rн, и э.д.с. индуктивной помехи Е_ИНД, Ток в петле может измениться только вследствие утечек кабеля, которые очень малы.

Это свойство токовой петли является основным и определяет все варианты ее применения.

В качестве линии передачи обычно используется экранированная витая па­ра, которая совместно с дифференциальным приемником позволяет ослабить индуктивную и синфазную помеху.

На приемном конце ток петли преобразуется в напряжение с помощью ка­либрованного сопротивления R_н. Основным недостатком «токовой петли» является ее принципиально низкое быстродействие, которое ограничивается скоростью заряда емкости кабеля С_каб от источника тока. Вторым недостатком «токовой петли», ограничивающим ее практическое применение, является отсутствие стандарта на конструктивное исполнение разъемов и электрические параметры, хотя фактически стали общеприняты­ми диапазоны токовых сигналов 0...20 и 4...20 мА; гораздо реже используют 0...60 мА.

Интерфейс «токовая петля» распространен в двух версиях: цифровой и аналоговой.

Аналоговая «токовая петля». Аналоговая версия «токовой петли» ис­пользуется, как правило, для передачи сигналов от разнообразных датчиков к контроллеру или от контроллера к исполнительным устройствам. Приме­нение «токовой петли» в данном случае дает два преимущества. Во-первых, приведение диапазона изменения измеряемой величины к стандартному диапазону обеспечивает взаимозаменяемость компонентов. Во-вторых, становится возможным передать сигнал на большое расстояние с высокой точностью.

В варианте «4...20 мА» в качестве начала отсчета принят ток 4 мА. Это позволяет производить диагностику целостности кабеля (кабель имеет разрыв, если ток равен нулю) в отличие от варианта «0...20 мА», где величина 0 мА может означать не только нулевую величину сигнала, но и обрыв кабеля. Вто­рым преимуществом уровня отсчета 4 мА является возможность подачи энер­гии датчику для его питания.

В схемах используется гальваническая развязка между вхо­дом передатчика и передающим каскадом. Она необходима для исключения паразитных связей между передатчиком и приемником

Цифровая «токовая петля»

Пропорциональность необязательна, главное, чтобы амплитуда тока не выходила за пределы.

Оптрон- преобразователь электрического сигнала в свет, его передаче по оптическому каналу и последующем преобразовании обратно в электрический сигнал.

20. Промышленная сеть Profibus.

Слово PROFIBUS получено из сокращений PROcess Field BUS-«промышленная шина для технологических процессов. Стандарт Profibus был первоначально принят в Германии в 1987 г., в 1996 г. он стал международным (ЕN 50170 и ЕN 50254).

Profibus имеет три модификации: Profibus DP, Profibus FMS h Profibus PA.

Profibus DP (Profibus for Decentralized Peripherals — Profibus для децентрализованной периферии) использует уровни 1 и 2 модели ОSI, а также пользовательский интерфейс, который в модель ОSI не входит.

Profibus FMS (Profibus c FMS -протоколом) использует уровень 7 модели ОSI и применяется для обмена данными с контроллерами и компьютерами на регистровом уровне. Profibus FMS предоставляет большую гибкость при пере­даче больших объемов данных, но проигрывает протоколу DP в популярности своей сложности.

Profibus PA (Profibus for Process Automation — для автоматизации тех­нологических процессов) использует физический уровень на основе стандар­та IЕС 1158-2, который обеспечивает питание сетевых устройств через шину и не совместим с RS-485. Особенностью Profibus PA является возможность работы во взрывоопасной зоне.

Profibus является многомастерной сетью (с несколькими ведущими устройствами). Физический уровень На физическом уровне Profibus DP 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. Для увеличения дальности передачи в Profibus предусмотрена возможность работы с оптоволоконным кабелем.

Для передачи данных используется NRZ-кодирование и 11-битный формат.

Канальный уровень

Канальный уровень модели OSI b Profibus называется FDL-ypoвнем (Field-bus Data Link — промышленный канал связи). Объект МАС (Medium Access Control— управление доступом к каналу) на канальном уровне определяет процедуру передачи данных устройствами, включая управление правами на передачу данных через сеть.

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), каждое ведущее устройство получает доступ к сети только при получении маркера. Существуют следующие методы работы:

1) методе «ведущий/ведомый» процедуру коммуникации с ведомыми устрой­ствами выполняет мастер, который обладает маркером.

2)На время обладания маркером мастер становится ведущим также по отношению к другим мастерам, т.е. может выполнять с ними коммуникацию типа «мастер-мастер».

3)широковещательный режим работы, когда ведущее устройство посылает сообщение «всем», не ожидая уведомления о получении,

4) многоабонентский режим, когда ведущее устройство посылает одно и то же сообщение сразу нескольким участникам сети.

В сети могут использоваться устройства трех типов:

• DP мастер класса 1 (DPМ1) — центральный контроллер, который цик­лически обменивается информацией с ведомыми устройствами с заранее определенным периодом;

• DP мастер класса 2 (DPМ2) — устройство, предназначенное для конфигу­рирования системы, наладки, обслуживания или диагностики;

• ведомое устройство — устройство, которое выполняет сбор информации или выдачу ее исполнительным устройствам.

Коммуникационный профиль DP позволяет сконфигурировать как одномастерную, так и многомастерную сеть.

Передача сообщений. Profibus использует два типа сервисов для пере­дачи сообщений: SRD (Send and Receive Data with acknowledge — отправка и прием данных с уведомлением) и SND (Send Data with No acknowledge — отправка данных без уведомления).

Сервис SRD позволяет отправить и получить данные в одном цикле об­мена.

Сервис SND используется, когда надо отправить данные одновремен­но группе ведомых устройств (многоабонентский режим) или всем ведомым устройствам (широковещательный режим). При этом ведомые устройства не отправляют свои уведомления мастеру.

Сообщение в Profibus называется телеграммой. Телеграмма может содер­жать до 256 байтов, из них 244 байта данных, плюс 11 служебных байтов (за­головок телеграммы).

21. Промышленная сеть Modbus.

Разновидностями Modbus являются протоколы ModbuS Plus— многомастерный протокол с кольцевой передачей маркера и Modbus ТСР, рассчитанный на использование в сетях Ethernet и Интернет.

Протокол Modbus имеет два режима передачи: RTU (Remote Terminal Unit — удаленное терминальное устройство) и ASCII. Стандарт предусматри­вает, что режим RTU в протоколе Modbus должен присутствовать обязатель­но, а режим ASCII является опционным.

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.

Модель ОSI протокола Modbus содержит три уровня: физический, канальный и прикладной

Сегмент сети, не содержащий повторителей интерфейса, должен допускать подключение до 32 устройств, 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.

Описание кадра (фрейма) протокола Modbus. В протоколе Modbus RTU сообщение начинает восприниматься как новое после паузы (тишины) на шине длительностью не менее 3,5 символов (14 бит), т.е. величина паузы в секундах зависит от скорости передачи.

Поле адреса всегда содержит только адрес ведомого устройства, даже в ответах на команду, посланную ведущим.

Структура данных в режиме RTU. В режиме RTU данные передаются младшими разрядами вперед.

По умолчанию в RTU режиме бит паритета устанавливают равным 1, ес­ли количество двоичных единиц в байте нечетное, и равным 0, если оно чет­ное. Такой паритет называют четным (еven раrity), а метод контроля назы­вают контролем четности.

Контроль ошибок. В режиме RTU имеется два уровня контроля ошибок в сообщении: контроль паритета для каждого байта (опционно) и контроль кадра в целом с помощью СRС метода.

Прикладной уровень Modbus основан на запросах с помощью кодов функ­ций. Код функции указывает ведомому устройству, какую операцию оно долж­но выполнить.

Коды функций. Стандартом Modbus предусмотрены три категории ко­дов функций: установленные стандартом, задаваемые пользователем и заре­зервированные.

Коды функций являются числами в диапазоне от 1 до 127. Коды в диа­пазоне от 65 до 72 и от 100 до 110 относятся к задаваемым пользователем функциям, в диапазоне от 128 до 255 коды зарезервированы для пересылки кодов ошибок в ответном сообщении. Код «О» не используется.

Коды ошибок используются ведомым устройством, чтобы определить, ка­кое действие предпринять для их обработки