Распределенные и централизованные системы сбора информации. Понятие о промышленных сетях.
Системы централизованного управления строятся по радиальной топологии (топология «звезда»). Информационные сигналы от датчиков (первичных преобразователей) передаются по линиям связи к центральному УСО, связанному с рабочей станцией (ЭВМ). От центрального УСО сигналы передаются на исполнительные механизмы (рис.3.4). недостатком таких систем является большая протяженность линий связи, а, следовательно, высокая стоимость.
Рис.3.4. Система централизованного управления
Чаще всего системы централизованного управления строятся по магистрально-модульному принципу. Функциональные блоки (модули) аппаратных средств, как правило, размещаются в крейте, а ЭВМ может встраиваться непосредственно в крейт или стыковаться с магистралью через крейт-контроллер (рис.3.5).
обмен информацией между датчиками и функциональными блоками осуществляется по индивидуальным проводным линиям. В качестве стандартных шин в настоящее время преимущественно используются шины VME-bus (Versabus Module Europe-bus) и PCI (Peripheral Component Interconnect).
Рис. 3.5. Магистрально-модульная система
Распределенные системы управления содержат целый ряд интеллектуальных УСО (рис.3.6). каждое локальное УСО решает свою частную задачу, осуществляя сбор информации и управление объектом или процессом. Программная связь с аппаратурой нижнего уровня (датчиками, исполнительными устройствами) происходит через драйверы. Межпрограммные связи реализуются через интерфейсы, подобные OLE. Для упрощения создания систем разработан стандарт OPC (OLE for Process Control).
Длина линий связи при этом существенно сокращается за счет того, что УСО располагается в непосредственной близости от объекта управления. Обмен данными между УСО и рабочей станцией производится по сети. Сеть позволяет объединить распределенные контроллеры в единую систему, при этом контроллеры имеют возможность обмениваться данными между собой, использовать вычислительные ресурсы центрального контроллера (рабочей станции), выполненного на высокопроизводительном компьютере. Распределенная структура повышает производительность и надежность системы, снижает ее стоимость за счет уменьшения длины линий связи.
Объединение локальных контроллеров в единую систему осуществляется посредством промышленных сетей FieldBus.
Промышленная сеть— это набор стандартных протоколов обмена данными, позволяющих связать воедино оборудование различных производителей, а также обеспечить взаимодействие нижнего и верхнего уровней АСУ.
Рис. 3.6. Распределенная система
Сформулируем основные требования, которые можно предъявить к «идеальной» промышленной сети [9]:
Производительность.
Предсказуемость времени доставки информации.
Помехоустойчивость.
Доступность и простота организации физического канала передачи данных.
Максимально широкий сервис для приложений верхнего уровня.
Минимальная стоимость устройств аппаратной реализации, особенно на уровне контроллеров.
Возможность получения «распределенного интеллекта» путем предоставления нескольким ведущим узлам максимального доступа к каналу.
Управляемость и самовосстановление в случае возникновения нештатных ситуаций.
К промышленным сетям предъявляются практически те же требования, что и к телекоммуникационным сетям, поэтому в основе описания промышленных сетей лежит семиуровневая модель взаимодействия открытых систем OSI (OpenSystemInterconnectionModel) Международной организации по стандартизации ISO (табл.3.1).
Однако большинство промышленных сетей ограничивается тремя уровнями модели: физическим, канальным и прикладным. Простые сети используют аппаратные средства на физическом уровне, а остальные задачи, связанные с доступом к каналу связи, доставкой пакетов получателю, проверкой правильности данных и др. решаются программными средствами. Как исключение существуют протоколы промышленных сетей, реализующие все семь уровней OSI-модели, например LonWorks.
Из промышленных сетей в настоящее время наиболее распространены ProfiBus(PROcess FieldBUS), CAN (ControllerAreaNetwork), ModBus.
Таблица 3.1
Функции уровней OSI-модели
.
|
Уровень OSI-модели |
Функция |
|
7. Прикладной |
Обеспечивает связь программ пользователя с объектами сети |
|
6. Представления данных |
преобразование форматов данных |
|
5. Сеансовый |
Координиация взаимодействия между узлами сети |
|
4. Транспортный |
Передача данных между сетями |
|
3. Сетевой |
Согласование разных сетевых технологий, маршрутизация в сети и связь между сетями (адресация и доставка пакетов по оптимальному маршруту) |
|
2. Канальный |
Формирование кадров, передача данных по каналу, контроль ошибок, синхронизация данных |
|
1. Физический |
Установление и поддержка физического соединения |