retele industriale cu arhitectura deschisa
DESCRIPTION
RETELE INDUSTRIALE CU ARHITECTURA DESCHISA. Protocol propriu de comunicatie. Echipament 1. Echipament 2. Realizarea retelei necesita utilizarea acelorasi protocoale. Echipament n. Standardizarea protocoalelor. Reducerea costurilor cablarii. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
CNSEM - CURS 10 1
RETELE INDUSTRIALE CU ARHITECTURA DESCHISA
CNSEM - CURS 10 2
Echipament 1
Echipament 2
Echipament n
Protocol propriu de comunicatie
Realizarea retelei necesita utilizarea acelorasi protocoale
Retea de comuncatie intre echipamentele unui sistem
Standardizarea protocoalelor
Reducerea costurilor cablarii
Utilizarea sistemelor cu functii de control si
monitorizare
CNSEM - CURS 10 3
Standarde de retea
1979 – Open Systems Interconnect – OSI
1980 – Proiectul 802 - IEEE adera la OSI subdivizand nivelul Data link in cele doua subnivele Madia Acces Control (MAC) si Logical Link Control (LLC)
1990 – General Motors dezvolta Manufacturing automation Protocol (MAP)
Nivel OSI
Aplicatie
Prezentare
Sesiune
Transport
Retea
Legatura de date
Fizic
Manufacturing message from standard(MMFS); File transfer (FTAM), Common application service(CASE)
ISO session kernel
ISO Transport class 4
ISO internet
IEEE 802.2 class 1, IEEE 802.4 token bus
IEEE 802.4 broad band
Protocol MAP
CNSEM - CURS 10 4
Protocol MAP
Nivel Aplicatie – furnizeaza un set de comenzi care vor fi intelese de dispozitivele si software-ul folosit
Nivel Legatura de date – se asigura transmiterea informatiei de catre un singur utilizator la un anumit moment dat
Nivel Fizic – informatia este modulata dupa o purtatoare in radio frecventa, iar apoi transmisa prin cablu coaxial.
Exemple de retele si domeniile lor de aplicatie
CANopen, DeviceNet, SDS – retele tip CAN pentru echipamente de manufacturare
FOUNDATION Fieldbus – retele de control de proces
Interbus – S - retele low-level pentru echipamente I/O
LonWorks - retele digitale de orientare generala, utilizate in automatizarea cladirilor/sistemelor embedded
PROFIBUS DP/FMS/PA - familie de retele destinate proceselor industriale si de fabricatie
CNSEM - CURS 10 5
DeviceNET
A fost dezvoltata initial de Allen-Bradley
Este administrata la momentul actual de ODVA (Open DeviceNet Vendors Application)
Este o retea low-level, destinata conectarii echipamentelor si instrumentatiei industriale (senzori si elemente de executie) la aparatura de high-level (controlere)
Asigura interschimbabilitatea la costuri foarte reduse, pentru aparate simple, utilizate frecvent in aplicatii de manufacturare (limitatori de cursa, senzori fotoelectrici, soft-startere, cititoare de cod de bare, actionari cu turatie variabila, interfete operator integrate, etc)
CNSEM - CURS 10 6
DeviceNET – protocolul de comunicatie
Este implementat pe suportul protocolului CAN (Controller Area Network)
CAN DeviceNET
Specifica numai anumite portiuni ale nivelului fizic si de date
Defineste forma de deplasare a datelor
Completeaza restul nivelelor plus nivelul Media (0) si Aplicatie (7)
Defineste semnificatia datelor deplasate
CNSEM - CURS 10 7
DeviceNET – caracteristici
Pana la 64 de adrese pe o singura retea
Comunicatie peer-to-peer, cu prioritati, bazata pe schema de arbitrare nondestructiva a protocolului CAN
Model producator-consumator de transfer al datelor
CNSEM - CURS 10 8
DeviceNET – profile
Defineste profilele standard ale echipamentelor pentru a permite o compatibilitate sporita intre echipamente
Sectiunile unui profil de echipament:
Definirea modelului obiect al echipamentului, incluzand o schema
Definirea formatului datelor de intrare/iesire, incluzand definirea Assembly Object pentru un transfer de date simplificat si eficient
Definirea parametrilor configurabili ai echipamentului, precum si a interfetelor publice la acesti parametri
Profilul echipamentului si Electronic Data Sheet (EDS) descriu obiectele care sunt disponibile in respectivul echipament, prin urmare functionalitatea acestuia din punctul de vedere al utilizatorului
CNSEM - CURS 10 9
Foundation FIELDBUS
Retea industriala realizata in mod specific pentru controlul proceselor distribuite.
A fost creata de Fundatia Fieldbus, organizatie ce contine peste 100 de companii membre (mai mult de 80% din produsele, echipamentele si serviciile destinate sistemelor de automatizare
Tehnologia se compune din:
Nivel fizic – Physical Layer
Stiva de comunicatie – Communication Stack
Nivel utilizator – User Layer
CNSEM - CURS 10 10
Aplicatie
Prezentare
Sesiune
Transport
Retea
Data Link
Fizic Fizic
Data Link
Fieldbus Message Specification
Fiedbus Access Sublayer
User Layer
Model OSI Foundation Fieldbus
Stack
CNSEM - CURS 10 11
Foundation FIELDBUS – Nivelul Fizic
Foloseste nivelul fizic (electric, conexiuni, etc), standardizat de ISA 550.02 – 1992, IEC 1158 – 2
Sunt disponibile mai multe rate de trabsfer, incluzand varianta de viteza redusa ce este compatibila cu solutiile existente, de 4-10 mA
Echipamentele sunt alimentate din aceleasi doua conductoare de semnal, eliminand necesitatea surselor externe de alimentare
Capacitati de operatiuni interne securizate, o cerinta pentru medile periculoase
CNSEM - CURS 10 12
Foundation FIELDBUS – Stiva de comunicatii
Realizeaza serviciile necesare pentru a realiza interfata nivelului utilizator cu nivelul fizic.
Data Link Layer este un protocol de tip token-passing
La acest nivel actioneaza LAS(Line Active Scheduler), cu rol de arbitru central al bus-ului, ce permite controlul si comunicarea deterministica
Controlul poate fi trecut prin mai multe Link Master (echipamente de tip LAS), asigurandu-se astfel redundanta in reteaua Fieldbus
CNSEM - CURS 10 13
Foundation FIELDBUS – Nivelul Utilizator
Defineste o interfata prin care utilizatorii pot comunica cu echipamentele printr-un set de blocuri, mai eficient decat prin simple colectii de date punctuale
Blocuri ce realizeaza nivelul utilizator:
Resource Block – descrie caracteristicile echipamentului (nume, producator, serie echipament)
Function Block - asigura controlul si comportarea intrarilor/iesirilor echipamentului
Transducer Block – decupleaza blocurile de functii de functiile necesare pentru citirea/scrierea intrarilor/iesirilor locale.
CNSEM - CURS 10 14
Foundation FIELDBUS – Nivelul Utilizator
Defineste seturi standard de blocuri de functii, din care se distinge un set de 10 functii pentru operatiunile de baza de control si functii I/O
Intrare Analogica - AI
Iesire Analogica - AO
Bias - B
Selector Control - CS
Intrare discreta - DI
Iesire Discreta - DO
Incarcare Manuala - ML
Proportional/Derivativ - PD
Proportional/Integral/Derivativ - PID
Ratio -RA
CNSEM - CURS 10 15
Foundation FIELDBUS – Nivelul Utilizator
Aplicatiile se creeaza prin conectarea functiilor bloc, Fieldbus specificand si modul de gestionare a resurselor de timp
Blocurile de functii sunt rezidente in fiecare echipament in parte, dar gestionarea genrala a executiei este specificata si executata pe retea
Device Descriptions asigura descrierea standard a functiilor disponibile in echipament, permitand crearea unei interfete operator pentru interactiunea cu echipamentul
Device Descriptions asigura interoperabilitatea, reprezentand o metoda standard prin care orice host poate afla lista capabilitatilor fiecarui echipament conectat la Fieldbus.
CNSEM - CURS 10 16
PROFIBUS
Retea industriala utilizata la inceput preponderent in Europa, apoi la nivel mondial, in sistemele de productie, la controlul proceselor si in automatizari.
Tehnologia este dezvoltata si administrata de PROFIBUS User Organization (peste 600 de membri).
Poate fi utilizata:
Pentru transmisii de date de mare viteza, intre controlere si intrari/iesiri
Pentru comunicatii complexe intre automate programabile
CNSEM - CURS 10 17
PROFIBUS - versiuni
PROFIBUS – DP:
Pentru comunicatii de mare viteza, eficiente ca raport performanta/pret, intre automatele programabile si modulele de intrare/iesire distribuite. Comunicare seriala.
Utilizeaza nivelul 1 si 2 si interfata Utilizator care specifica atat functiile de aplicatie disponibile, cat si comportamentul echipamentului.
Suport fizic: RS-485 sau fibra optica.
CNSEM - CURS 10 18
PROFIBUS - versiuni
PROFIBUS – FMS:
Pentru comunicatii obisnuite, de orientare generala, desfasurate initial intre controlere programabile
Defineste modelul de comunicatie in care procesele aplicatiilor distribite pot fi unificate intr-un proces comun pe baza relatiilor de comunicatie.
Utilizeaza nivelele 1, 2 si 7.
Suport fizic: RS-485 sau fibra optica.
CNSEM - CURS 10 19
PROFIBUS - versiuni
PROFIBUS – PA:
Este realizat in mod specific pentru automatizarea de proces
Utilizeaza protocolul de transmitere a datelor DP extins, echipamentele de camp putand fi alimentate direct din bus si integrate in retelele DP prin intermediul unor cuplori de segment.
Suport fizic: RS-485
CNSEM - CURS 10 20
ETHERNET
Cea mai populara interfata de retea ultrarapida de comunicare intre PC-uri. Racordarea hardware a Ethernet-ului este o carcateristica standard a calculatoarelor moderne, majoritatea acestora fiind interconectate printr-un protocol TCP/IP sau altul similar.
Este cea mai raspandita retea de comunicare pentru afaceri si aplicatii tehnologice.
Este administrat de IEEE sub specificatia 802.3.
Dezvoltarea Ethernet-ului comutabil (o noua tehnologie cu o banda sporita pentru comunicatii si o viteza de transmisie de 100Mb/s) a permis largirea considerabila a gamei de aplicatii.
Opereaza la 10Mb/sec si are la baza o topologie de conexiune multinod, care manipuleaza pana la 1024 noduri in formatele de cablu: torsadat, fibra optica, cablu axial.
CNSEM - CURS 10 21
ETHERNET - Avantaje
Comercializarea in volume mari la preturi mici, fiind componenta standard pe placile de baza a numeroase sisteme de calcul;
Devide standard industrial de facto, in special pentru comunicatiile ndustriale de mare viteza
Integrarea si distributia informatiilor de productie si manufacturare vor fi mai facile.
Majoritatea sistemelor de computere utilizate in busness sunt incadrate cu personal specializat in administrarea retelelor, avand abilitati pentru proiectarea de retele, instalare si intretinere.
CNSEM - CURS 10 22
ETHERNET - Tehnologie
Foloseste protocolul CS/MA/CD (Carrier Sense, Multiple Access, Collision Detect) care intrebuinteaza o metoda de transmisie speciala pentru comunicarea cu nodurile retelei
Echipament
Echipament
Echipament
Echipament
Echipament
Echipament
Hubb repetor Hubb de comutatie
Fac ca echipamentele sa apara conectate
impreuna
Trec mesajele spre echipamentele de
destinatie, evitandu-se coliziunile
CNSEM - CURS 10 23
ETHERNET – Elemente de baza
Mediul fizic folosit la transportul semnalelor intre computere si noduri
Setul de reguli care controleaza si arbitreaza accesul la Ethernet care se aplica la mai multi utilizatori diferiti
Cadrul pachetelor Ethernet, ce consta intr-un set standard de biti, folosit sa vehiculeze date pe Ethernet.
CNSEM - CURS 10 24
ETHERNET – Protocol
Application-Oriented Layer
Transport Layer
Network Layer
Link/Physical Layer
FTP DNS Telnet HSE/FF
TCP UDP
IP
Leased Line
Ethernet Token Ring
AIRPANET1,2
3
4
7
Model OSI la nivelul solutiei Ethernet TCP/IP
Ethernet reprezinta suportul fizic.
CNSEM - CURS 10 25
ETHERNET – Protocol
Functii:
Defineste o adresa unica, astfel incat computerele sau echipamentele sa se poata identifica reciproc pe retea
Determina modul de transmitere a datelor
Proceseaza informatie la sosirea la destinatia finala.
Exemple simple de protocoale de retea folosite pentru sistemele informatice cu scop general: TCP/IP, NetBEUI, IPX/SPX, UDP, AppleTalk, SNMP, LAT.
Ethernet, completat cu protocoale industriale stanndard (TCP/IP, OLE sau OPC), respectiv Windows ca sistem de operare, concura la realizarea de solutii foarte
atractive ca performante si pret in aplicatii industriale.