|
Первоисточник: http://www.asutp.ru/?p=600465
| |
| Промышленная
шина PROFIBUS, способы реализации
в АСУ ТП
|
В.С. Громов, (ЗАО "РТСофт"), Р.Л. Вишнепольский
(ОАО "Газавтоматика"),В.Н. Тимофеев (ЗАО "РТСофт")
В статье, которая продолжает цикл, посвящённый
особенностям проектирования современных распределённых
АСУТП, рассматривается архитектура и характеристики
промышленной сети PROFIBUS в реальном применении
в базовом программно-техническом комплексе
"ПОТОК", а также реализация в распределённых
АСУ ТП оптической промышленной сети. |
| Представление интерфейсов последовательной
передачи данных АСУ ТП |
Современные системы автоматизации традиционно
используют в качестве обмена данными последовательный
способ передачи данных. Последовательные интерфейсы
отличаются по скорости передачи, длине связи,
способе передачи, принципе передачи и топологии
структуры шины. Параметры типовых стандартных
интерфейсов последовательной передачи, представлены
в таблице 1.
|
На базе типовых стандартных интерфейсов
реализуются промышленные (полевые) шины типа
CANBUS, BITBUS, PROFIBUS и другие. К промышленным
шинам, применяемым в производственных (полевых)
условиях, предъявляются следующие основные
требования:
|
- работа оборудования в широком диапазоне
температур;
|
- помехозащищенность трактов передачи
данных (способ передачи);
|
- работа оборудования в реальном масштабе
времени (скорость);
|
- большие расстояния объектов взаимодействия
(длина);
|
- гибкая структура шин передачи данных
(топология шины).
|
Под широким диапазоном температур подразумевается
температура в пределах -40°С -+85°С. Этот
диапазон температур необходим для работы в
полевых условиях.
|
Помехозащищенность трактов передачи данных
зависит конкретно от приёмопередатчиков и
физической линии (тип кабеля, сечение, волновое
сопротивление).
|
Оптимальные данные для полевых условий имеют
приёмопередатчики с дифференциальными уровнями
сигналов и линии передачи на витой паре.
|
Системные магистрали на базе промышленных
шин должны обеспечивать своевременную и подлежащую
расчетам передачу данных в реальном масштабе
времени.
|
Полевые шины применяются как в централизованных,
так и в распределенных системах, где расстояния
между объектами взаимодействия могут составлять
более 1000 метров.
|
Гибкость структуры шин передачи данных предполагает
использование сегментированных линий типа
"линия", "дерево", "звезда", "кольцо" на базе
многоточки.
|
Всем выше перечисленным требованиям вполне
удовлетворяет промышленная шина PROFIBUS.
Шина PROFIBUS совсем недавно завоевала рынок
промышленных систем автоматизации, но уже
является общераспространенной и признанной
в данной области применения.
|
Структура протоколов PROFIBUS ориентирована
на уже установленные национальные и международные
нормы. Так, структура протоколов PROFIBUS
базируется на семиуровневой модели взаимодействия
открытых систем OSI (Open System Interconnection).
|
В отделении проектов компании "РТСофт" разработаны
конкретные реализации промышленной шины PROFIBUS.
Так, на базе промышленной шины PROFIBUS построены
и находятся в стадии разработки:
|
- цеховая система автоматизации компрессорной
станции (КС) "Алмазная" газопровода "Уренгой-Петровск";
|
- подсистема контроля и управления КС
"Несвиж" газопровода "Ямал-Европа";
|
- подсистема контроля и управления КС
"Крупки" газопровода "Ямал-Европа";
|
- подсистема контроля и управления КС
"Смоленская" газопровода "Ямал-Европа";
|
- и ряд проектов для АСУ ТП ТЭЦ.
|
Структура промышленной шины PROFIBUS типовой
цеховой системы автоматизации дана на рис.
1.
|
|
Рис.1 Структура кабельных связей промышленных
сетей КС Алмазная
|
| |
Во всех представленных проектах применяются
в качестве узлов шины PROFIBUS промышленные
контроллеры типа VME-9000, IUC-9000, SMART
производства фирмы PEP Modular Computers.
|
- диапазон рабочих температур -40°С +55°С;
|
- количество узлов 5 (расширяется до 31);
|
- количество активных повторителей (АП)
3;
|
- сегментированная шина типа "линия" и
"звезда";
|
- длина сегментов 670, 260, 330 метров;
|
- физический интерфейс PROFIBUS реализован
на витой паре с использованием АП типа
RS-485 (6ES7 972-0AA00-0XA0) фирмы Siemens;
|
- скорость передачи 187,5 Кбод;
|
- общее количество переменных 1005;
|
- цикл обмена в прикладных задачах ISaGRAF
250 мс.
|
Особенностью данной архитектуры является
использование в сети PROFIBUS многомастерного
режима.
|
В проектах систем контроля и управления
компрессорной станции (СКУ КС) газопровода
"Ямал-Европа" впервые в России реализован
оптический вариант PROFIBUS в соответствии
с нормами германской организации, курирующей
развитие стандарта PROFIBUS, PNO (Profibus
Nutzer Organisation), "Техника оптической
передачи для PROFIBUS", версия 1.1 от 07.1993
г. Особенность данного решения продиктована
широкой распределенностью объектов автоматизации,
необходимостью повышения надежности трактов
передачи данных с использованием современных
технологий монтажа оптического оборудования.
|
- диапазон рабочих температур -20°С -
+55°С;
|
- количество оптических преобразователей
(OLM) 14;
|
- сегментированная шина типа "линия" и
"звезда";
|
- физический интерфейс - оптический PROFIBUS;
|
- скорость передачи 500 Кбод;
|
- общее количество переменных 2000;
|
- цикл обмена в прикладных задачах инструментальной
системы ISaGRAF 250 мс;
|
- режим обмена одномастерный с резервированием.
|
Особенностью данной архитектуры является
реализация древовидной оптической сети на
базе топологии типа "линия" и "звезда". Наряду
со стандартными оптическими преобразователями
типа OLM/S3, OLM/S4 фирмы Siemens в оптической
сети используются оптические адаптеры типа
ADAM4541 для перехода с физического интерфейса
RS-485 на оптический канал и обратно.
|
Технические данные шины PROFIBUS согласно
рис. 3:
|
- диапазон рабочих температур -20°С +55°С;
|
- количество оптических преобразователей
(OLM) 23;
|
- сегментированная шина типа "точка-точка"
и "звезда";
|
- физический интерфейс - оптический PROFIBUS;
|
- скорость передачи 500 Кбод;
|
- общее количество переменных 2000;
|
- цикл обмена в прикладных задачах ISaGRAF
250 мс;
|
- режим обмена одномастерный с резервированием.
|
В данной конфигурации оптической сети принята
радиальная структура связей, увеличено количество
сегментов и оптических преобразователей по
сравнению с предыдущей структурой, однако
это позволило увеличить надежность функционирования
контроллеров за счет исключения последовательной
линейной структуры.
|
| Особенности оптических адаптеров
PROFIBUS |
Составными частями оптической сети являются:
|
- коммуникационно-распределительное устройство;
|
- оптический шнур или пигтейл.
|
Адаптеры фирмы Siemens, Phoenix, Harting
(MCP-12) относятся к интеллектуальным, то
есть содержат встроенную диагностику и средства
самосинхронизации. Адаптер RS-485 PROFIBUS
фирмы Harting является прозрачным для протоколов,
не имеет самосинхронизации и встроенной диагностики,
зато имеет наиболее низкую стоимость. В табл.
2 даны характеристики оптических адаптеров.
|
При выборе оптических адаптеров требуется
учитывать следующие временные параметры:
|
- искажение импульса данных;
|
Искажение импульса данных в оптоадаптерах
составляет 20-25% бит-интервала, однако для
интеллектуальных оптоадаптеров этот параметр
не существенен. При построении оптической
сети на прозрачном адаптере этот параметр
очень важен (составляет 40 нс на импульс),
поскольку этот адаптер не имеет схемы самосинхронизации.
|
Задержка интеллектуальных оптоадаптеров
составляет 1,5 бит-интервала за счет самосинхронизации.
Задержка прозрачного адаптера составляет 100
нс.
|
Мертвая зона учитывается после передачи
данных для прекращения отражений и самогенерации
сигнала в оптическом канале и составляет 2
мкс, что мало существенно при формировании
ответов от исполнителя в сети PROFIBUS, длительность
которых составляет десятки миллисекунд.
|
Монтаж оптической сети осуществляется либо
организацией, специализирующейся в этой области,
с установкой КРУ, разделкой оптокабеля, установкой
разъемов, оптических шнуров (кроме установки
оптоадаптеров) с предложенной схемой подключения
от разработчика проекта, либо самим разработчиком
проекта. При втором варианте, разработчик
должен иметь комплект монтажного оборудования
и оптоизмерительной техники и, кроме того,
навыки монтажа оптических сетей.
|
Применение промышленных сетей в распределенных
АСУ ТП требует разностороннего подхода к архитектуре,
структуре, физической среде, монтажу и прокладке
последовательных интерфейсов. Промышленная
шина PROFIBUS находит широкое применение в
различных областях промышленных производств.
Применение оптоволоконной техники значительно
расширяет возможности и надёжность полевых
шин, а также снижает суммарную стоимость коммуникационного
оборудования и монтажных работ.
|
1. Автоматизация объектов ГП "Белтрансгаз",
В.И. Кравцов и др., Мир компьютерной автоматизации,
3, 2001г.
|
2. Современные цеховые системы автоматизации
газокомпрессорных станций, Р.Я. Берман и др.,
Мир компьютерной автоматизации, 3. 1997г.
|
|
|
