- •1. Архитектура автоматизированной системы
- •1.1. Разновидности архитектур
- •1.1.1. Требования к архитектуре
- •1.1.2. Простейшая система
- •1.1.3. Распределенные системы автоматизации
- •1.1.4. Многоуровневая архитектура
- •1.2. Применение интернет-технологий
- •1.2.1. Проблемы и их решение
- •1.2.2. Основные понятия технологии интернета
- •1.2.3. Принципы управления через интернет
- •1.2.4. Микро веб-серверы
- •1.2.5. Примеры применения
- •1.3. Понятие открытой системы
- •1.3.1. Свойства открытых систем
- •Модульность
- •Платформенная независимость
- •Взаимозаменяемость
- •Интероперабельность (аппаратно-программная совместимость)
- •Масштабируемость (наращиваемость)
- •Интерфейс пользователя
- •Программная совместимость
- •1.3.3. Достоинства и недостатки
- •1.4. Заключение к главе "Архитектура автоматизированных систем"
- •Обзор публикаций
- •2. Промышленные сети и интерфейсы
- •2.1. Общие сведения о промышленных сетях
- •2.2. Модель osi
- •2.2.1. Физический уровень
- •2.2.2. Канальный уровень
- •2.2.3. Сетевой уровень
- •2.2.4. Транспортный уровень
- •2.2.5. Сеансовый уровень
- •2.2.6. Уровень представления
- •2.2.7. Прикладной уровень
- •2.2.8. Критика модели osi
- •2.3. Интерфейсы rs-485, rs-422 и rs-232
- •2.3.1. Принципы построения Дифференциальная передача сигнала
- •"Третье" состояние выходов
- •Четырехпроводной интерфейс
- •Режим приема эха
- •Заземление, гальваническая изоляция и защита от молнии
- •2.3.2. Стандартные параметры
- •2.3.3. Согласование линии с передатчиком и приемником
- •2.3.4. Топология сети на основе интерфейса rs-485
- •2.3.5. Устранение состояния неопределенности линии
- •2.3.6. Сквозные токи
- •2.3.7. Выбор кабеля
- •2.3.8. Расширение предельных возможностей
- •2.3.9. Интерфейсы rs-232 и rs-422
- •2.4. Интерфейс "токовая петля"
- •Аналоговая "токовая петля"
- •Цифровая "токовая тепля"
- •2.5. Hart-протокол
- •Принципы построения
- •Сеть на основе hart-протокола
- •Адресация
- •Команды hart
- •Язык описания устройств ddl
- •Разновидности hart
- •2.6.1. Физический уровень
- •Электрические соединения в сети can
- •Трансивер can
- •2.6.2. Канальный уровень
- •Адресация и доступ к шине
- •Достоверность передачи
- •Передача сообщений
- •Пауза между фреймами
- •Фильтрация сообщений
- •Валидация сообщений
- •2.6.3. Прикладной уровень: caNopen
- •Коммуникационные модели
- •2.6.4. Электронные спецификации устройств caNopen
- •2.7.1. Физический уровень
- •2.7.2. Канальный уровень Profibus dp
- •Коммуникационный профиль dp
- •Передача сообщений
- •2.7.3. Резервирование
- •2.7.4. Описание устройств
- •2.8.1. Физический уровень
- •2.8.2. Канальный уровень
- •Описание кадра (фрейма) протокола Modbus
- •Структура данных в режиме rtu
- •Структура Modbus rtu сообщения
- •Контроль ошибок
- •2.8.3. Прикладной уровень
- •Коды функций
- •Содержание поля данных
- •Список кодов Modbus
- •2.9. Промышленный Ethernet
- •2.9.1. Отличительные особенности
- •2.9.2. Физический уровень
- •Методы кодирования
- •Доступ к линии передачи
- •Коммутаторы
- •2.9.3. Канальный уровень
- •2.10. Протокол dcon
- •2.11. Беспроводные локальные сети
- •2.11.1. Проблемы беспроводных сетей и пути их решения
- •Зависимость плотности мощности от расстояния
- •Влияние интерференции волн
- •Источники помех
- •Широкополосная передача
- •Методы модуляции несущей
- •Другие особенности беспроводных каналов
- •Методы уменьшение количества ошибок в канале
- •Передача сообщений без подтверждения о получении
- •Использование пространственного разнесения антенн
- •Вопросы безопасности
- •Физический и канальный уровень
- •Модель передачи данных
- •Структура фреймов
- •Сетевой уровень
- •Уровень приложений
- •Физический и канальный уровень
- •Архитектура сети Wi-Fi
- •2.11.5. Сравнение беспроводных сетей
- •2.12. Сетевое оборудование
- •2.12.1. Повторители интерфейса
- •2.12.2. Концентраторы (хабы)
- •2.12.3. Преобразователи интерфейса
- •Преобразователь rs-232 - rs-485/422
- •Преобразователь rs-232 в оптоволоконный интерфейс
- •Преобразователь usb в rs-232, rs-485, rs-422
- •2.12.4. Адресуемые преобразователи интерфейса
- •2.12.5. Межсетевые шлюзы
- •2.12.6. Другое сетевое оборудование
- •Маршрутизаторы
- •Сетевые адаптеры
- •Коммутаторы
- •Мультиплексоры
- •Межсетевой экран
- •2.12.7. Кабели для промышленных сетей
- •2.13. Заключение к главе "Промышленные сети и интерфейсы"
- •3. Защита от помех
- •3.1. Источники помех
- •3.1.1. Характеристики помех
- •3.1.2. Помехи из сети электроснабжения
- •3.1.3. Молния и атмосферное электричество
- •3.1.4. Статическое электричество
- •3.1.5. Помехи через кондуктивные связи
- •3.1.6. Электромагнитные помехи
- •3.1.7. Другие типы помех
- •3.2. Заземление
- •3.2.1. Определения
- •3.2.2. Цели заземления
- •3.2.3. Защитное заземление зданий
- •3.2.4. Автономное заземление
- •3.2.5. Заземляющие проводники
- •3.2.6. Модель «земли»
- •3.2.7. Виды заземлений
- •Силовое заземление
- •Аналоговая и цифровая земля
- •«Плавающая» земля
- •3.3. Проводные каналы передачи сигналов
- •3.3.1. Источники сигнала
- •3.3.2. Приемники сигнала
- •3.3.3. Прием сигнала заземленного источника
- •3.3.4. Прием сигнала незаземленных источников
- •3.3.5. Дифференциальные каналы передачи сигнала
- •Токовый дифференциальный канал
- •Балансный канал
- •3.4. Паразитные связи
- •3.4.1. Модели компонентов систем автоматизации
- •3.4.2. Паразитные кондуктивные связи
- •3.4.3. Индуктивные и емкостные связи
- •3.5. Методы экранирования и заземления
- •3.5.1. Гальванически связанные цепи
- •3.5.2. Экранирование сигнальных кабелей
- •3.5.3. Гальванически развязанные цепи
- •3.5.4. Экраны кабелей на электрических подстанциях
- •3.5.5. Экраны кабелей для защиты от молнии
- •3.5.6. Заземление при дифференциальных измерениях
- •3.5.7. Интеллектуальные датчики
- •3.5.8. Монтажные шкафы
- •3.5.9. Распределенные системы управления
- •3.5.10. Чувствительные измерительные цепи
- •3.5.11. Исполнительное оборудование и приводы
- •Заземление в промышленных сетях
- •3.5.12. Заземление на взрывоопасных объектах
- •3.6. Гальваническая развязка
- •3.7. Защита промышленных сетей от молнии
- •3.7.1. Пути прохождения импульса молнии
- •3.7.2. Средства защиты
- •3.8. Стандарты и методы испытаний по эмс
- •3.9. Верификация заземления и экранирования
- •3.10. Заключение
- •Радикальные методы решения проблем заземления
- •Другие советы
Язык описания устройств ddl
HART-устройство может иметь уникальный набор команд, устанавливаемых изготовителем или специфическую последовательность команд, необходимых, например, для выполнения процедуры калибровки. Ведущее устройство должно знать эти команды. Один из возможных вариантов передачи описания команд от изготовителя пользователю - с помощью текстового описания в руководстве по эксплуатации. Другим путем является описание устройства с помощью специального языка описания устройств - Device Description Language (DDL), который распространяется и поддерживается организацией HCF.
Описание устройства на языке DDL представляет собой текстовый файл, который может быть прочитан компилятором языка и преобразован в двоичный формат, воспринимаемый ведущим HART-устройством. Описание устройства может быть представлено компилятором в форме, удобной для системного интегратора. Применение DDL устраняет необходимость написания кода для общения с HART-устройствами.
Язык DDL поддерживается не всеми производителями и пока не получил достаточно широкого распространения.
Разновидности hart
Традиционный HART-протокол используется совместно с токовой петлей 4...20 мА. Однако в некоторых приложениях, где отсутствует токовая петля, можно использовать только программный протокол "HART-протокола" совместно с другими методами реализации физического канала связи. Например, из рис. 2.17 можно удалить все аналоговые блоки и подключить к UART преобразователь интерфейса RS-485. При этом свойства канала связи на 1-м уровне модели OSI будут соответствовать интерфейсу RS-485, а протокол - стандарту HART.
Существует также возможность передачи сигнала HART по выделенной телефонной линии, что связано с соответствием метода частотной модуляции в HART протоколе американскому стандарту для телефонных линий BELL202. Для этого используется передача сигнала только в форме напряжения при отключенном передатчике токовой петли 4...20 мА.
Аналогично, HART-протокол (как и другие протоколы) может использоваться для связи через оптоволокно (Fiber Optic HART) или радиоканал (Wireless HART), см. www.thehartbook.com.
HART 6.0
В настоящее время готовится очередная, 6-я версия HART-протокола. В ее основе лежит когерентная фазовая модуляция с 8 точками (фазами). Это позволит передавать данные со скоростью 9600 бит/с. В то же время 6-я версия будет обратно совместима с версией 5.0, в том числе с токовой петлей 4...20 мА.
2.6. CAN
CAN (Controller Area Network - "область, охваченная сетью контроллеров") представляет собой комплекс стандартов для построения распределенных промышленных сетей, который использует последовательную передачу данных в реальном времени с очень высокой степенью надежности и защищенности. Центральное место в CAN занимает протокол канального уровня модели OSI. Первоначально CAN был разработан для автомобильной промышленности, но в настоящее время быстро внедряется в область промышленной автоматизации. Это хорошо продуманный, современный и многообещающий сетевой протокол. Начало развития CAN было положено компанией Bosch в 1983 г., первые микросхемы CANконтроллеров были выпущены фирмами Intel и Philipsв 1987 году, в настоящее время контроллеры и трансиверы CANвыпускаются многими фирмами, в том числе Analog Devices, Inc., Atmel Corp. Cast, Dallas Semiconductor, Freescale, Infineon, Inicore Inc., Intel, Linear Technology, Maxim Integrated Products, Melexis, Microchip, National Semiconductor, NXP, OKI, Renesas Technology Corp., STMicroelectronics, Yamar Electronics, Texas Instruments.
В России интерес к CAN за последние годы сильно возрос, однако контроллерного оборудования для CAN в России крайне мало, в десятки или сотни раз меньше, чем для Modbus или Profibus. Среди протоколов прикладного уровня для работы с CAN наибольшее распространение в России получили CANopen и DeviceNet.
В настоящее время CAN поддерживается 11-ю стандартами ISO, в том числе [ISO - Diagnostics].
CAN охватывает два style='color:red'> уровня модели OSI: физический и канальный (табл. 2.7). Стандарт не предусматривает никакого протокола прикладного (7-го) уровня модели OSI. Поэтому для его воплощения в жизнь различные фирмы разработали несколько таких протоколов: CANopen (организации CiA), SDS (фирмы Honeywell Micro Switch Division), CAN Kingdom (фирмы Kvaser), DeviceNet (фирмы Allen-Bradley, ставший Европейским стандартом в 2002 г.) и ряд других [Грибанов - Третьяков].
CAN характеризуется следующими основными свойствами:
каждому сообщению (а не устройству) устанавливается свой приоритет;
гарантированная величина паузы между двумя актами обмена;
гибкость конфигурирования и возможность модернизации системы;
широковещательный прием сообщений с синхронизацией времени;
непротиворечивость данных на уровне всей системы;
допустимость нескольких ведущих устройств в сети ("многомастерная сеть");
способность к обнаружению ошибок и сигнализации об их наличии;
автоматический повтор передачи сообщений, доставленных с ошибкой, сразу, как только сеть станет свободной;
автоматическое различение сбоев и отказов с возможностью автоматического отключения отказавших модулей.
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 организации CAN in Automation (CiA).