Телемеханика и связь

7.5. Промышленная сеть DeviceNet

DeviceNet предназначен для объединения промышленных устройств в единую сеть с общей шиной. DeviceNet – сетевое решение, которое предоставляет полноценную инфраструктуру для установления соединений между устройствами с поддержкой полной взаимозаменяемости устройств разных производителей. DeviceNet – открытый стандарт, и производители не обязаны приобретать лицензии для разработки устройств, совместимых с DeviceNet. Любой может приобрести спецификацию DeviceNet â ODVA. Любая компания может стать членом ODVA и принимать участие в рабочей группе по дальнейшему усовершенствованию стандарта.

DeviceNet – это протокол, ориентированный на соединения. Прежде чем между двумя узлами сети могут быть переданы ка- кие-либо данные, должно быть установлено сетевое соединение. Для установления сетевых соединений узел использует либо

Unconnected Message Manager (UCMM – менеджер сообщений без установления соединения), либо Unconncted Port. Для обмена данными в DeviceNet используются два основных типа сообщений:

1)явные сообщения (explicit messages);

2)сообщения ввода-вывода (I/O messages).

Явные сообщения представляют собой обмен запрос-ответ, имеющий своей целью обеспечение служебных функций, например, таких как удаленная конфигурация узла и настройка параметров соединения. Сообщения ввода-вывода предназначены для быстрого обмена данными. Сообщения обоих типов могут обрабатывать данные любой длины благодаря поддерживаемому механизму фрагментации (без фрагментации максимальная длина сообщения – 7 байт).

Для адресации узла каждому узлу в сети DeviceNet назначается так называемый MAC ID (Media Access Control Identificator – идентификатор контроля доступа к сети). Размер поля MAC ID составляет 6 бит, поэтому в сети DeviceNet может находится до 64 узлов. Уникальность каждого MAC ID обеспечивается процедурой проверки уникальности MAC ID, которую проходит каждый узел сети во время подключения. Если узел при подсоединении к сети обнаруживает, что в сети уже работает узел с таким же MAC ID, то он регистрирует ошибку и отключается от сети.

101

ELIB.PSTU.RU

Óçåë ñåòè DeviceNet может быть клиентом или сервером. Сервер

èклиент могут или отправлять сообщения (producer), или принимать сообщения (consumer), или одновременно и отправлять и принимать. Следует отметить, что с точки зрения схемы Master/Slave Master является клиентом, а Slave – сервером. Обычно клиент посылает (produce) ка- кое-либо сообщение и принимает (consume) ответ на него. Сервер обыч- но принимает (consume) запрос и посылает (produce) ответ на него. DeviceNet имеет несколько вариаций этой стандартной модели. Некоторые соединения в клиенте или сервере могут только принимать сообщения. Эти соединения представляют собой конечные пункты доставки сообщений типа Cyclic èëè Change-of-State (см. далее). А соединения, используемые только для передачи, представляют собой источники сообщений типа Cyclic èëè Change-of-State.

Âцелом DeviceNet предполагает динамическое установление

èконфигурирование соединений между устройствами. Однако большинство устройств имеют детерминированное и жестко заданное поведение. Расходовать дополнительные вычислительные ресурсы на динамическое конфигурирование соединений в таких устройствах нецелесообразно. Предопределенный набор соединений Master/Slave предназначен как раз для таких устройств, состояние соединений которых определено раз и навсегда, а конфигурирование соединений происходит при включении питания. Все что нужно устройству Master для начала работы с такими устройствами Slave – это объявить себя Master‘ом. Предопределенный набор соединений Master/Slave состоит из одного explicit соединения, которое позволяет устанавливать несколько типов I/O соединений:

·Bit-Strobe соединения используются для быстрого обмена

I/O данными между Master‘îì è åãî Slave‘ìè. Bit-Strobe Command посылает один бит информации каждому Slave‘ó, ÷åé

MAC ID находится в скан-списке Master‘à. Bit-Strobe Command

содержит битовую строку длиной 64 бит (8 байт), по одному биту на каждый MAC ID ñåòè DeviceNet. Bit-Strobe Response возвращает Master‘у до 8 байт данных (один CAN-frame) от каждого запрошенного Slave‘à.

·Poll соединения используются для обмена I/O данными любой длины между Master‘îì è åãî Slave‘ами (данные отсылаются по запросу с использованием механизма фрагментации).

102

ELIB.PSTU.RU

·Change of State/Cyclic соединения для обмена I/O данными любой длины между Master‘îì è åãî Slave‘ами с использованием способов передачи данных Change of State è Cyclic (данные отсылаются или при изменении состояния устройства, или периодически).

Профили устройств используются в DeviceNet для того, чтобы устройства одного типа разных производителей были взаимозаменяемы. Спецификация DeviceNet описывает множество типичных профилей устройств. Профиль устройства содержит:

·определение объектной модели устройства (какие объекты

èв каком количестве содержит устройство, поведение этих объектов);

·формат I/O данных устройства (включает в себя определение объекта Assembly);

·определение конфигурационных параметров устройства и их интерфейс доступа (обычно оформляется в виде так называемой

Electronic Data Sheet (EDS)).

ELIB.PSTU.RU

ГЛАВА 8. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

БАЗОВЫХ СТАНДАРТОВ НА УСТРОЙСТВА

И СИСТЕМЫ ТЕЛЕМЕХАНИКИ

Разработка устройств телемеханики с советских времен нормируется ГОСТ 26.205-88 «Комплексы и устройства телемеханики. Общие технические условия». Но в 1990-е годы в стране дополнительно была введена серия стандартов ГОСТ Р МЭК 870 на устройства и системы телемеханики, которая разработана Техническим комитетом 57-й Международной электротехнической комиссии (МЭК). Эта серия включает в себя базовые стандарты и обобщающие стандарты, выполненные на основе базовых.

8.1. Базовые стандарты

Областью распространения базовых стандартов являются вновь разрабатываемые устройства телемеханики (УТМ) и системы телемеханики (СТМ) с передачей информации кодированной последовательностью битов для контроля и управления территориально распределенными процессами. Стандарты описывают возможные конфигурации СТМ, определяют функциональные требования, логические характеристики, интерфейсы устройств и правила, по которым УТМ должны взаимодействовать друг с другом, а СТМ должна взаимодействовать с автоматизируемым объектом и с лицами, принимающими управленческие решения. При этом базовыми стандартами не устанавливаются ни внутренние физические характеристики, ни конструктивные решения, ни используемые материалы (комплектация) УТМ. Вне области их применения находятся системы циркулярного управления, характеристики каналов связи и систем местных шин связи устройств ввода-вывода,

104

ELIB.PSTU.RU

функции местной автоматики, даже если они являются частью функций СТМ.

Рассматриваемые стандарты разрабатывались для телемеханизации систем электроснабжения, но поскольку основные аспекты управления территориально распределенными технологическими процессами, такими как производство, передача и распределение различных видов продукции (вода, нефть, газ, электроэнергия), оказываются весьма схожими, то нет никаких ограничений их общепромышленного распространения.

Перечень базовых стандартов семейства ГОСТ Р МЭК 870 (60870) представлен в табл. 8.1.

Ò à á ë è ö à 8 . 1

Перечень базовых стандартов семейства ГОСТ Р МЭК 870

ELIB.PSTU.RU

8.2. Основные положения

Каждая СТМ характеризуется структурой, под которой понимается иерархический порядок ее элементов, и конфигурацией, под которой понимается расположение телемеханических контролирующих и контролируемых станций (пунктов) и организация связи между ними.

Основные элементы СТМ – это аппаратные и поддерживающие их работу программные средства, выполняющие функции сбора, передачи, обработки и отображения информации о состоянии обслуживаемого технологического процесса. Состав структурных элементов показан на рис. 8.1 на примере простейшей СТМ с конфигурацией типа «точка – точка»: аппаратура связи с процессом, выполняющая функции ввода-вывода аналоговых и дискретных сигналов измерения, сигнализации, управления и регулирования; УТМ контролируемого пункта (КП); аппаратура передачи данных (АПД) со стороны контролируемого и контролирующего пунктов; УТМ контролирующего пункта (далее – пункта управления, ПУ); аппаратура автоматизированных рабочих мест (АРМ) лиц, принимающих управленческие решения (операторов/диспетчеров), решающая задачи обработки и архивирования данных и организации че- ловеко-машинного интерфейса (HMI/SCADA). В структуре СТМ

106

ELIB.PSTU.RU

формация (например, аварийная), так и низкоприоритетная (например, данные амплитудной дискретизации контролируемых процессов, находящихся в пределах рабочей зоны).

2. Передача по запросу. Инициируется ПУ путем адресного обращения к КП с запросом информации о текущем состоянии объекта или с командой управляющего воздействия на объект адресуемого КП в той или иной форме. Если ПУ периодически осуществляет последовательный опрос всех или какой-то группы КП, то такая операция определяется как циклоопрос.

108

ELIB.PSTU.RU

3. Периодическая (циклическая) передача. Инициируется КП для передачи информации на ПУ с заданным временным разделением (временная дискретизация контролируемых процессов). Периодическая передача определяет временные задержки обновления информации в АРМ. Эти задержки тем больше, чем дольше передается информация от одного КП и чем большее количество КП в составе СТМ. Следует отметить, что при периодической передаче сообщений из КП потеря некоторых сообщений в канале связи не является критичной, так как обновление информации будет выполнено в процессе следующих передач.

8.3. Интерфейсы (электрические характеристики)

Объектом стандартизации являются электрические характеристики интерфейсов на границах между УТМ и внешним оборудованием, но без установления требований к интерфейсу внешнего источника питания, к логическим характеристикам интерфейсов и протоколам взаимодействия.

При рассмотрении интерфейса между УТМ и АПД не исключа- ется возможность включения АПД в состав УТМ. Интерфейс сопряжения УТМ с каналом связи в стандарте определяется в соответствии с требованиями рекомендаций Международного консультативного комитета по телефонной и телеграфной связи (МККТТ, ныне Международный телекоммуникационный союз – ITU-T) серий R è V. Цепи обмена между УТМ и АПД должны соответствовать рекомендациям ITU-T V.24 (1989) «Перечень определений линий стыка между оконечным оборудованием данных и аппаратурой оконечного канала данных». Электрические характеристики интерфейса должны соответствовать рекомендациям:

·ITU-T V.28 (1989) для несимметричных двухполярных цепей обмена с оконечной аппаратурой, выполненной по технологии дискретных элементов;

·ITU-T V.10 (1989) для несимметричных двухполярных цепей обмена с оконечной аппаратурой, выполненной на интегральных схемах;

·ITU-T V.11 (1989) для симметричных двухполярных цепей обмена с оконечной аппаратурой, выполненной на интегральных схемах.

109

ELIB.PSTU.RU

Механические (разъемные) соединения рекомендуется выполнять в соответствии со стандартами Международной организации по стандартизации ISO (ИСО) и ГОСТ, указанными в табл. 8.3.

Дискретные двоичные сигналы нормируются по уровню и по длительности.

Различают следующие уровни: уровни верхнего и нижнего диапазонов нормальных значений; уровни промежуточного диапазона (между верхним и нижним диапазонами нормальных значений), длительное нахождение сигнала в котором свидетельствует о нарушении нормальной работы; перегрузочный уровень, определяемый пределами, находящимися выше верхнего или ниже нижнего диапазонов нормальных значений (этот уровень опасен возможным повреждением аппаратуры).

Нормирование по длительности осуществляется для дискретного ступенчатого сигнала (например, высокий уровень сигнала определяет состояние «ВКЛ» исполнительного устройства, а низкий – «ОТКЛ») и для импульсного сигнала, который реализует импульсную команду управления, передает информацию о приращении или о кратковременном состоянии.

В соответствии с рис. 8.2 определяются следующие временные параметры двоичных сигналов: длительность, время восстановления и переходное время. Правильный выбор значений перечисленных параметров сигналов позволяет исключать влияние дребезга и состязаний при приеме и обработке дискретных сигналов.

110

ELIB.PSTU.RU