2.6.4.Контроллерные и полевые сети

На контроллерном уровне (уровень 2, см. рис.2.6),помимо сетевой технологии Ethernet используются и многие другие типовые решения. Из них отметим сеть Profibus (PROcess FIeld BUS), разработанную немецкими компаниями SIEMENS, BOSCH и KLOCKNER—MÖLLER. Собственно, на контроллерном уровне работает сеть Profibus-FMS (Fiebld Bus Message Specification), но в комплекте оборудования для систем автоматизации имеется также вариант сети Profibus-DP (Distributed Periphery), обслуживающей цепи низовой автоматики, исполнительные и измерительные устройства. Сеть Profibus использует стандарты физического и канального уровней OSI-модели, а также обеспечивает интерфейс между канальным и прикладным уровнями. Управление связью на контроллерном уровне обеспечивается передачей маркера по контроллерному кольцу. Контроллеры ПЛК в составе информационного кольца являются ведущими (master) узлами для нижнего (полевого) уровня управления, состоящего из исполнительных и измерительных устройств (ИУ). Последние по отношению к ведущим (контроллерным) узлам являются ведомыми(slave). Сеть может состоять из 122 узлов, часть которых могут быть ведущими узлами. Сообщение-маркер передается от одного ведущего узла к другому. Каждый контроллер, получивший маркер, имеет право на доступ к общей шине Profibus на строго регламентированное время. В это время он обменивается информацией со своими ведомыми узлами и с ЦУВМ. Протокол Profibus предусматривает следующие команды обмена информацией:

SDN (послать данные без подтверждения);

SDA (послать данные с подтверждением);

SRD (послать и запросить данные);

CSRD (циклическая посылка и запрос данных).

Обнаружение и исправление ошибок в процессе передачи данных производится с помощью кодов Хемминга с кодовым расстоянием 4, т.е. в пересылаемом кадре будут обнаружены 2 ошибочных бита и один из них может быть восстановлен.

На нижнем уровне управления для высокоскоростного обмена информацией с ИУ применяется сеть Profibus-DP. В ней интерфейс физического уровня базируется на стандарте RS485. Максимальная скорость обмена информацией достигает 12 Мбит/с при длине связного кабеля не более 100 м, а при длине в 1200 м она уменьшается до 100 кбит/с. Заметим, что DP-протокол является нижним уровнем протокола Profibus-FMS.

Наиболее распространенным протоколом нижнего (полевого) уровня управления, обеспечивающего управление исполнительными устройствами и сбором технологической информации, является Modbus. Этот протокол разработан фирмой MODICON (Франция). Физический интерфейс сети Modbus чаще всего базируется на стандартах RS232C, RS422 и RS485. Сеть строится по принципу ведущий – ведомый (master – slave). Предполагается, что один ведущий узел может обеспечить обмен информацией с группой до 247 ведомых узлов. Ведущий узел инициирует обмен информацией двух типов:

1. запрос – ответ, когда ведущий узел ведет обмен информацией только с одним ведомым узлом;

2. широковещательная передача (broadcast), когда ведущий узел обращается ко всем ведомым узлам сети одновременно, путем выставления адреса 0.

Для кодирования передаваемых данных используется код ASCII. При обмене информацией запрос со стороны ведущего узла включает в себя код команды, адрес ведомого узла, к которому обращен запрос, поле данных фиксированного размера, сами данные и контрольная кодовая комбинация (CRC-код). Команды, предусмотренные протоколом Modbus, позволяют реализовать следующие функции:

• чтение или запись битов;

• чтение или запись регистров;

• функции диагностики;

• программные и другие функции.

Данный протокол отличается простотой логики и независимостью от типа интерфейса.