Основные критерии выбора сетевого решения

Предпочтительность того или иного решения для транспортировки данных можно оценить по следующим критериям:

1объем передаваемых полезных данных;

2время передачи фиксированного объема данных;

3удовлетворение требованиям задачи реального времени;

4максимальная длина шины;

5допустимое число узлов на шине;

6помехазащищенность;

7денежные затраты на узел.

Часто улучшение по одному параметру может привести к снижению качества. При выборе того или иного протокольного решения необходимо следовать принципу разумной достаточности. В зависимости от области применения весь спектр промышленных сетей можно разделить на 2 уровня:

1Field level - промышленные сети этого уровня решают задачи по условиям производства сбором и обработки данных на уровне промышленных контролеров;

2Senser lactuator level – задачей сети этого уровня сводится к опросу датчиков и управлению разнообразных исполнительных механизмов. Другими словами необходимо различать промышленные сети для системного уровня и датчикового уровня.

Основные критерии	Field bus	Sensor bus
Расширение сети	100м-1км	До 100м
Время цикла	10мс-10с	1мс-1с
Объем передаваемых за цикл	От 8байт до нескольких сотен байт	1-8байт
Доступ к шине	Фиксированный/свободный	Свободный
Цены среды передачи	Низкая	Совсем низкая
Цена присоединения одного узла	300евро-350евро	30-200евро

На сегодняшний день спектр протоколов для обоих этих классов достаточно широкий, но надо помнить, что область их применения лежит на одном из двух уровней. Типичные представители сетей PROFIBUS(Process Field Bus) и BITBUS типичное открытые сенсорные(датчиковые) сенсоры ASI(Actuator Sensor Interface), Interbus-S, PROFIBUS-DR(Profibus for DFistributed Periphery), SERCOS Interface. Типичные открытые сенсоры сети для обоих уровней применения: CAN(Controlled Area Network), FIP(Factory Instrumendation Protocol), LON(Local Operation Network).

Промышленные сети.

Как уже отмечалось выше понятие field определяет область связанное не посредственно с производственной зоной, где работают контроллеры, датчики и исполнительные механизмы. Задача fieldbus(полевой шины) состоит в организации физической и логической связи датчиков с системным интеллектом роль которого выполняют промышленные компьютеры, таким образом, чтобы информация с этого уровня была доступна общезаводской информационной системе. Промышленные сети должны полностью удовлетворять запросам потребителя по модульности, надежности, защите от внешних помех, монтаже и программировании логики. Однако требования к ним уже сегодня проглядываются и понятно классы прикладных задач, которые необходимо решать с помощью нее. Задачи: автоматизация на обще заводском уровне(здесь необходимо следующее качество, высокая передача, короткое время на событие, длина линии до 300м) на этом уровне для большинства приложений взрыва защищенности является не обязательным; автоматизация на уровне конкретных технологических процессов – здесь необходимо следующее качество: среднее время опроса датчиков до 100мс, длина линии связи до полутора километров с реализацией механизмов внутренней защиты. На данный момент существуют множество разнообразных промышленных сетей.

Сети MODBUS.

Это протокол связи разработан фирмой GouldInc для построения промышленных распределенных систем управления. Специальный интерфейс для протокола не определен. Протокол MODBUSработает по принципу Master-Slave, конфигурация на основе этого протокола предполагает наличие одного мастера узла и 247 Slave узлов, только мастер инициирует циклы. При этом существует два типа запросов:

1запрос-ответ(адресуется на один Slave узел);

2широковещательная передача(мастер через выставления адреса 0 обращается ко всем остальным узлам одновременно).

Протокол MODBUS описывает последовательность полей в команде, обработку ошибок и кодов функции. Для кодирования передаваемых данных используются форматы ASCII(American Standart Code for Information Interchange), RTU(Remote Terminal Unit). Каждый запрос со стороны ведущего узла включает код команды(чтение, запись), код абонента(Slave узла) размер поля данных, собственные данные и контрольный CRC код(о правильности передачи). Функция обслуживания таймаута при обследовании коллизии при передаче данных. Набор команд протокола описывает следующие функции:

1чтения записи битов и бытовых последовательностей;

2чтение записи регистров;

3функция диагностики;

4программные функции;

5функции управления списками опроса(последовательность опроса Slave узлов);

6функция розетки(функция сброса).

Протокол MODBUS можно назвать распространенным в мире, для работы со своими идеями работает во многих предприятиях, хотя ограничение данного протокола очевидно, но он привлекает простотой логике и независимости типа интерфейса.

Протокол World-FIP.

Этот протокол является результатом коллективных усилий ряда компаний, как некое альтернативное решение предлагаемое американским рынком промышленных сетей. Протокол World-FIP(The Factory Information Protocol) данный протокол нацелен на высокие скорости передачи и строгие интервалы определения данных. Протокол имеет гибридный децентрализованный управление, основанный на широком вещании(broad cast). Контроль осуществляется со стороны центрального узла сети (central unit) называемого арбитором. Основной поток данных организован как набор отдельных переменных, каждая из которых индифицированная своим именем. Любая переменная обработанная в узле передатчика может быть прочитана любым числом узлов приемника. Использования режима широкого вещания избавляет от процессов присваивания к каждому устройству уникального сетевого адреса, каждый узел на шине полностью автономен. Все узлы должны уметь получать для них предназначенные переменные. Шинный арбитр имеет три рабочих цикла, при этом продолжительность каждого цикла устанавливается пользователем.

1Циклический трафик – в этом случае арбитр сети имеет таблицу цикличного опроса, состоящую из поименованных узлов. Порядок опроса устанавливается в соответствии с этой таблицей, если какая либо переменная должна опрашиваться чаще остальных, то она должна быть упомянута в таблице кратное числу опроса раз. Арбитр имеет доступ к более, чем одной таблице опроса, но при этом только одна из них может быть активна. В конце цикла эта таблица может быть модифицирована, такой трафик применяется на пакетную передачу информации.

2Периодический трафик – в этом случае арбитр обращается к отдельным переменным из каждого узла сети по запросу. Запросы на работу с переменными генерируется во время циклического трафика.

3Обслуживания сообщений – арбитр представляет право на передачу любому устройству сети. Запросившему эту функцию во время циклического трафика, получив это право устройство может передать свое сообщение(с подтверждением или без) одному или всем устройствам машины. Функция управления не которыми процессами могут быть распределены на шине между различными устройствами, это возможно по тому, что с одной стороны, что приемники принимают одинаковые переменные, а с другой время обновления данных и их передача подчиняется строгому контролю, т.е. в основу FIP входит база данных реального времени. Протокол описывается стандартным UTE46 данный стандарт полностью сертифицирован на уровне 1, 2 и 7. 7 уровень (Application layer) NF C46-602, NF C46-606. 2 уровень (Data link layer) NF C46-603. 1 уровень (Physical layer) IE C1158-2. Особенностью реализацию FIP протокола ограниченное число кристаллов(микросхем) поддерживающих этот протокол. 4 разновидности кристалла(микросхем):

1FIPIU2;

2FIPCO1;

3FULLFIP2;

4FULLFIP2LP

Характеристики	FIPIU2	FIPCO1	FULLFIP2	FULLFIP2LP
Поддерживаемая скорость	31.25кбот, 1, 2.5, 5Мбот	31.25кбот, 1, 2.5, 5Мбот	31.25кбот, 1, 2.5, 5Мбот	31.25кбот, 1Мбот
Рабочий режим температур	-40-93C	-40-85C	-40-85C	-40-93C
Число переменных	2128байт, 1600 из 16байт	64 по 64 байта (?)	4095 из 128байт	4095 из 128байт
Тактовая частота	48МГц	48-60МГц	20-80МГц	20-32МГц

В качестве среды передачи данных используется витая пара или оптоволокно. Описание выше интерфейса применяют сегодня работают с такими известными микроконтроллерами, как: 8051, 68НС11, 68332, 80196, 80386.

По развивается для систем МSDOS.