Automatyka.eu

Komunikacja w automatyce

Siemens | Niedziela, 05 listopad 2006r.

Możliwość komunikacji urządzeń i systemów oraz spójna technologia przekazywania informacji stanowi podstawę koncepcji komunikacji systemów automatyki.

Komunikacja_w_automatyce_preview

Tagi:


Komunikacja łączy stacje w płaszczyźnie poziomej, jak i pionowej zapewniając dostęp do najniższej komórki obiektu. Hierarchiczny i zorientowany obiektowo system komunikacji, taki jak standard PROFIBUS z możliwością przejścia do innych poziomów np. sieć AS-Interface lub Ethernet (poprzez PROFInet), stwarza idealne możliwości do tworzenia sieci we wszystkich obszarach produkcji.

Komunikacja przemysłowa

Na najniższym poziomie obiektu AS-I sygnały z binarnych czujników i elementów wykonawczych transmitowane są poprzez sieć sygnałową. Daje to prostą i stosunkowo tanią technologię przesyłania danych i zasilania tym samym kablem. AS-Interface stanowi idealne rozwiązanie dla tego typu aplikacji i wymagań.
Na poziomie polowym rozproszone stacje takie jak moduły I/O, przetworniki, napędy, zawory i panele operatorskie komunikują się z systemem automatyki poprzez wydajny system komunikacji PROFIBUS.
Transmisja danych procesowych odbywa się cyklicznie, podczas gdy dodatkowe przerwania, dane konfiguracyjne i diagnostyczne przesyłane są acyklicznie na żądanie. PROFIBUS w pełni spełnia te wymagania i daje uniwersalne
możliwości komunikacji w automatyce.
Na poziomie sterowania sterowniki programowalne takie jak PLC i IPC komunikują się z innymi systemami IT i siecią biurową poprzez Ethernet, TCP/IP, Intranet oraz Internet. Tego typu informacje wymagają dużych pakietów danych i wydajnej komunikacji. Podobnie jak PROFIBUS, oparty na bazie sieci Ethernet - standard PROFInet, spełnia stawiane tutaj wymagania.

Sieci polowe pozwalają na komunikację przemysłową z wykorzystaniem różnych mediów transmisji, takich jak kabel miedziany, światłowód lub komunikacja bezprzewodowa do połączenia różnych urządzeń polowych (czujniki,
elementy wykonawcze, napędy, przetworniki, itp.) z jednostką centralną lub systemem nadrzędnym. Technologia sieci polowych została rozwinięta w latach 80-dziesiątych, a jej celem było zastąpienie powszechnie stosowanej techniki centralnej okablowania. Z powodu różnych wymagań i preferencji rozwiązań poszczególnych producentów, opracowano liczne systemy sieciowe na rynku. Większość oparto na standardzie IEC 61158 oraz IEC 61784. PROFIBUS jest integralną częścią tych standardów. Ostatnio zaczął rozwijać się systemy komunikacyjne oparte na sieci Ethernet. Stwarza to duże możliwości komunikacyjne pomiędzy różnymi poziomami automatyki i siecią biurową. PROFInet stanowi przykład tego typu sieci opartej na systemie Ethernet. Konieczność koordynowania, rozwoju i dystrybucji systemów sieciowych na rynku zaowocowało powstaniem Organizacji Użytkowników Sieci takich jak PROFIBUS User Organization PNO i równolegle PI dla sieci PROFIBUS i PROFInet.
Zalety użytkowe sieci dają motywację i bezpieczeństwo dalszego rozwoju technologii sieci polowych. Dodatkowo zapewniły poważną redukcję całościowych kosztów, jak również wzrost wydajności i jakości systemów automatyki. Wyraźne zalety są widoczne przy łatwej konfiguracji, okablowaniu, inżynieringu i uruchomieniu sieci, jak i później w trakcie normalnej pracy. Główną jednak zaletą jest redukcja kosztów eksploatacyjnych sieci. Mamy również do dyspozycji bogatą diagnostykę i ważne informacje dla służb utrzymania ruchu i serwisu. Sieci polowe znacznie zwiększyły elastyczność i wydajność instalacji, w porównaniu z tradycyjnymi technologiami. Obecnie sieć PROFIBUS wykorzystywana jest praktycznie w większości obiektów przemysłowych zarówno w automatyce procesowej, jak i liniach produkcyjnych.

Ogólne informacje o sieciach polowych

Model referencyjny ISO/OSI opisuje komunikację pomiędzy stacjami w systemie sieciowym oraz definiuje zasady transmisji i interfejs wykorzystywany w danym protokole. W 1983, Międzynarodowa Organizacja dla celów Standaryzacji (ISO) ustanowił model referencyjny OSI ("Open Systems Interconnection Reference Model"), który definiuje elementy, strukturę i zadania związane z komunikacją.

Model został podzielony na siedem warstw. Każda z warstw spełnia specjalne funkcje w procesie komunikacyjnym. Jeżeli jednak system komunikacyjny nie wymaga którejś z funkcji, wtedy odpowiednia warstwa nie jest wykorzystywana i jest pomijana. PROFIBUS wykorzystuje warstwy 1, 2 oraz 7.
Protokoły komunikacyjne definiują sposób w jaki dwie lub więcej stacji wymieniają dane wykorzystując odpowiednie ramki komunikacyjne. Ramka danych zawiera różne pola związane z informacjami sterującymi meldunkami. Pole danych bieżących poprzedzane jest nagłówkiem (adres stacji źródłowej i docelowej oraz szczegóły
związane z danym meldunkiem) oraz zakończone stopką w celu zabezpieczenia danych, z uwzględnieniem korekcji transmisji i wykrywaniem błędów.
Cechą sieci polowych jest optymalna transmisja małej ilości danych, krytycznych czasowo oraz maksymalne uproszczenie procesu transmisji.
Kontrola dostępu do sieci (MAC, Medium Access Control) jest specjalną procedurą, która określa w jakim momencie stacja może wysyłać dane. Przy czym stacje aktywne mogą same rozpoczynać wymianę danych, a stacje
pasywne mogą tylko rozpocząć komunikację jeżeli dostaną zapytane od stacji aktywnej. Ponadto rozróżnia się procedury dostępu deterministyczne z pracą w trybie rzeczywistym - real-time (master-slave w sieci PROFIBUS)
oraz losowe, nie-deterministyczne (CSMA/CD w sieci Ethernet).
Adresacja wymagana jest do jednoznacznej identyfikacji danej stacji. Nadawanie adresu odbywa się poprzez odpowiedni przełącznik adresowy (adresacja sztywna) lub przez odpowiedni parametr programowy (adresacja programowa).
Usługi komunikacyjne określają zadania komunikacyjne danej stacji związane z cykliczną oraz acykliczną wymianą danych. Ilość oraz typ usług komunikacyjnych jest określony przez obszar aplikacyjny danego protokołu. Rozróżnia się usługi zorientowane na sztywne połączenie (Connection-oriented - związane z procedurą potwierdzania i monitoringu) oraz usługi bez sztywnego połączenia (Connectionless).
Druga grupa zawiera w sobie komunikaty typu multicast oraz broadcast, które przesyłane są do określonej grupy lub do wszystkich stacji..
Profile wykorzystywane są w komunikacji do definiowania właściwości i sposobu działania stacji, rodziny urządzeń lub całego systemu. Tylko urządzenia i systemy wykorzystujące profile niezależne od producenta, zapewniają wzajemną kompatybilność w sieci.
Profile aplikacyjne odnoszą się przede wszystkim do urządzeń (stacji polowych, regulatorów) i zapewniają zgodność wybranej komunikacji sieciowej z daną aplikacją urządzenia. Ten typ profilu służy producentowi do rozwoju urządzenia zgodnego z danym profilem.
Profile systemowe opisują klasy systemu (funkcjonalność, interfejs oraz narzędzia integrujące).

Międzynarodowa standaryzacja

Międzynarodowa standaryzacja systemów sieciowych wymagana jest przede wszystkim ze względu na powszechną akceptację, zgodność i ogólne korzyści. PROFIBUS otrzymał standaryzację w 1991/1993 w Niemczech jako DIN 19245, część 1-3 oraz standaryzację europejską w 1996 jako EN 50170. Wraz z innymi systemami sieciowymi PROFIBUS otrzymał standaryzację jako IEC 61158 w 1999. W 2002 nastąpiło uzupełnienie normy IEC 61158. Spowodowało ono uznanie ostatniej wersji PROFIBUS oraz PROFInet'u.

Normę IEC 61158 zatytułowano „Cyfrowa komunikacja danych w sieciach polowych, pomiarowych i sterujących, do zastosowania w przemysłowych systemach sterujących" ("Digital Data Communication for Measurement and Control-Fieldbus for Use in Industrial Control Systems") i podzielono ją na 6 części oznaczonych jako 61158-1, 61158-2 itd. Część 1 zawiera ogólny wstęp, podczas gdy poszczególne części ukierunkowane są na warstwy w modelu referencyjnym OSI (warstwa 1, 2 oraz 7); patrz tabela 1. Różne części normy IEC 61158 definiują między innymi liczne usługi sieciowe i protokoły do komunikacji pomiędzy stacjami i w całości uważane są jako pełny zbiór, przy czym kolejne części określają poszczególne systemy sieciowe.
O różnorodności systemów sieciowych na rynku świadczy fakt, że w normie IEC 61158 zdefiniowano 10 "typów protokołów sieciowych" oznaczonych kolejno jako Typ 1 do Typ 10.
PROFIBUS stanowi Typ 3, natomiast PROFInet Typ 10. Norma IEC 61158 stwierdza, że komunikacja sieciowa (z definicji) możliwa jest tylko pomiędzy stacjami posługujących się tym samym typem protokołu.
Norma IEC 61784 została zatytułowana jako „Zbiór profili dla systemów ciągłych i dyskretnych bazujących na sieciach polowych wykorzystywanych w przemysłowych systemach sterowania" ("Profile Sets for Continuous and
Discrete Manufacturing Relative to Fieldbus Use in Industrial Control Systems"). Połączenie z normą IEC 61158 ustanowiono przez następujący wpis: "Ten międzynarodowy standard (np. IEC 61784) określa zbiór profili danego protokołu komunikacyjnego opartego na bazie normy IEC 61158, do zastosowania przy realizacji urządzenia do komunikacji w układach sterowania i obsługi zakładów".
Norma IEC 61784 określa, które zbiory ze wszystkich dostępnych zestawów „usług" oraz "protokołów" określonych w normie IEC 61158 (i innych standardach) wykorzystywane są przez dany system sieciowy do komunikacji. Zorientowane sieciowo „profile komunikacyjne" określone w ten sposób zebrano w „Grupie Profili Komunikacyjnych" - "Communication Profile Families (CPF)" wg ich zastosowania w poszczególnych systemach sieciowych.
Zestawy profili, które zaimplementowano w sieci PROFIBUS zebrano w opisie oznaczonym jako "Family 3" (grupa 3) z podziałem 3/1, 3/2 oraz 3/3. Tabela 2 zawiera ich przyporządkowanie do PROFIBUS oraz PROFInet.

Norma_iec_61158_small Model_osi_small Komunikacja_w_automatyce_small

Komentarze

dodaj komentarz

Partnerzy serwisu

  • Gigaom_color

Oferty pracy

Więcej

Polecamy