4.5. Мезонинные технологии

Мезонинные технологии применяются достаточно давно: в середине 80-х не было способа запаивать на основной плате кристаллы памяти емкостью более 64 Кбайт, и для увеличения ее объема использовались мезонинные модули. Сейчас, когда степень интеграции микросхем гораздо выше, на одной плате размещается простой компьютер со всеми соответствующими электронными атрибутами, и еще остается место. Мезонинные технологии приобрели новый смысл – сегодня это средство модульного наращивания функциональных возможностей. Взяв за основу типовую плату, разработчик может добавить к ней специальные пользовательские функции, реализованные в готовом мезонинном модуле.

Таким образом, мезонинные платы представляют еще один, более низкий по сравнению, например, с модулями VMEbus уровень модульности. Типичный размер мезонинных плат 50×80 мм. Они являются функционально законченными изделиями и устанавливаются на плату-носитель (в стандарте VMEbus, ISAbus или каком-либо другом). Стандартные установочные габариты платы при этом не меняются – мезонины устанавливаются поверх нее. Носитель может быть пассивным или содержать собственный процессор. Так самый, пожалуй, популярный в мире одноплатный компьютер/контроллер MVME162 кроме обычных аксессуаров (CPU MC68040, Ethernet, SCSI, DRAM, RTC, 2xRS232, Flash-диск, EPROM, VME64) имеет порты для установки 4 мезонинных плат. Это позволяет дополнить плату компьютера, например, 192 каналами цифрового ввода/вывода, спецпроцессорами TMS32040, графикой, любой сетью.

Существует широкая номенклатура мезонинных плат: многоканальные ЦАП, АЦП, цифровой ввод/вывод, EEPROM/FLASH, SRAM, графические контроллеры, различные типы сетей, интерфейс PCMCIA и т. д. Хотя до сих пор довольно активно применяются частные мезонинные интерфейсы, особенно широко распространено несколько стандартов: PCI Mezzanine Card (PMC), IndustryPack (IP) и ModPack.

Как показывает опыт, модульность на уровне мезонинов обеспечивает поразительную гибкость при интегрировании системы, резко повышает ремонтопригодность и снижает стоимость ЗИПа.

4.6. Полевые системы

Рассмотренные архитектурные решения относятся к локальному (центральный процессор и локальная шина) и региональному (VMEbus) уровню организации систем промышленной автоматизации. В условиях реального производства необходимо еще наладить взаимодействие центрального управляющего блока с пространственно распределенным оборудованием системы автоматизации – датчиками, исполнительными механизмами, передаточными устройствами, приводами и программируемыми контроллерами.

Такую связь можно было бы реализовать, например, с помощью сети Ethernet, но к промышленным сетям предъявляются особые требования по надежности и помехоустойчивости. Для связи с удаленными цифровыми устройствами промышленного назначения принято использовать бит-последовательные промышленные или полевые шины (bit serial Fieldbus). К этой группе относятся несколько европейских (PROFIBUS (DIN 19245), FIP (UTE-C46-6xx), Bitbus (IEEE 1118), CAN (ISO/DIS 11898), Interbus-S (DIN 9258)) и американских (Foundation, HART) конкурирующих стандартов. Ведется разработка общеевропейского стандарта EN 50170, объединяющего PROFIBUS и FIP.

Каковы основные возможности лидера – PROFIBUS? Это открытый стандарт, определяющий обмен информацией с компонентами автоматизации любых разновидностей – ПЛК, ПК, панелями оператора, датчиками и силовыми приводами. Существует три основных варианта PROFIBUS: FMS, DP и ISP.

PROFIBUS-FMS представляет собой решение для задач взаимодействия на цеховом и полевом (field) уровне иерархии промышленных связей: с его помощью организуется обмен между интеллектуальными field-устройствами и контроллерами, а также между контроллерами. Как правило, на этом уровне обмен информацией осуществляется по запросу прикладного процесса и не является циклическим. Поэтому время реакции здесь не очень существенно, гораздо важнее функциональные возможности.

Модель PROFIBUS позволяет определить коммуникационные связи, объединяющие распределенные прикладные процессы в один общий. Та часть прикладного процесса field-устройства, которая отвечает за взаимодействие, называется виртуальным field-устройством (VFD). Все объекты реального устройства, с которыми можно взаимодействовать (переменные, программы, диапазоны данных), называются объектами коммуникации. Отображение функций VFD на реальное устройство обеспечивается в коммуникационной модели PROFIBUS интерфейсом прикладного уровня. Для этого объекты коммуникации PROFIBUS-станции вводятся в ее локальный словарь объектов – OD. Конфигурация OD может определяться и загружаться в устройство либо его производителем, либо разработчиком или может формироваться динамически. OD содержит структуру и типы всех объектов, а также их внутренние адреса в устройстве и представление на шине (индекс/имя). Доступ к объектам при функционировании происходит через сервисные функции протокола PROFIBUS-FMS, которые позволяют, например, опросить/установить значения переменных и массивов, запустить/остановить программу.

Что касается двух других вариантов стандарта, то PROFIBUS-DP – это оптимизированная по производительности версия PROFIBUS, предназначенная специально для взаимодействий, критичных по времени. PROFIBUS-ISP – проект взаимодействующих частей, базируется на технологии PROFIBUS и дополняет ее возможностями управления процессами, включая внутреннюю защиту.