В данном докладе рассматриваются особенности проектирования промышленных сетей на основе коммутационной системы Profibus. Здесь представлены общие требования к промышленным сетям и рассмотрены возможные варианты их конфигурации на базе системы PROFIBUS. А также преимущества и недостатки этих конфигураций.
Промышленная сеть — это среда передачи данных, которая должна отвечать множеству разнообразных, зачастую противоречивых требований:
1. Производительность.
2. Предсказуемость времени доставки информации.
3. Помехоустойчивость.
4. Доступность и простота организации физического канала передачи данных.
5. Максимально широкий сервис для приложений верхнего уровня.
6. Минимальная стоимость устройств аппаратной реализации, особенно на уровне контроллеров.
7. Возможность получения «распределенного интеллекта» путем предоставления нескольким ведущим узлам максимального доступа к каналу.
8. Управляемость и самовосстановление в случае возникновения нештатных ситуаций.
Промышленная сеть должна также объединять в себе набор стандартных протоколов обмена данными, позволяющих связать воедино оборудование различных производителей, а также обеспечить взаимодействие нижнего и верхнего уровней АСУ. Такой сети соответствует система PROFIBUS - открытая шина промышленного применения (Fieldbus), обладающая широким диапазоном приложений.
Для создания новой распределенной системы сбора данных и управления для предприятия на базе PROFIBUS возможны несколько приемлемых конфигураций, выбор которых определяется поставленной задачей:
1. Если требуется объединить в детерминированную сеть несколько контроллеров, оптимальным вариантом будет PROFIBUS-FMS. [1,2]
2. Для создания сети с централизованным интеллектом и распределенным вводом/выводом лучше всего подойдет PROFIBUS-DP. [1,2] Наиболее простой способ построения системы – это в том случае, когда цикл управления замыкается внутри рабочей станции, которая выступает одновременно в роли операторской станции и программного аналога PLC.
Для этого в ней устанавливается мастер-карта PROFIBUS-DP, а ведомые (slave) узлы подключаются к ней по топологии «общая шина».
Логически потоки данных в такой сети делятся на три основных цикла:
1. Цикл ввода/вывода выполняется под управлением контроллера ведомого узла. В этом цикле происходит автоматический опрос модулей ввода, установленных в УСО, и строится таблица последних значений, готовых к передаче в сеть. Одновременно с этим происходит передача выходным модулям УСО новых значений, полученных из сети. Длительность этого цикла зависит от количества установленных модулей и, как правило, измеряется единицами миллисекунд. [3]
2. Цикл сетевого обмена реализуется по инициативе ведущего узла, в данном случае по маркеру мастер-карты рабочей станции. В этом цикле ведущий формирует пакеты, содержащие данные для модулей вывода каждого из абонентов, и принимает от них пакеты, в которых передается информация от входных модулей. Пакеты оптимизированы таким образом, что на передачу данных отводится ровно столько места, сколько эти данные занимают. [3]
3. Цикл управления внутри рабочей станции. Эта работа возлагается на центральный процессор. Он работает с так называемым образом процесса, который находится в двухпортовой памяти сетевой карты. Процессору требуется считать из памяти информацию о входных каналах, осуществить над ней необходимые преобразования и выдать управляющие воздействия, занеся в определенные ячейки памяти новые данные. [3] В такой конфигурации управляющей системы один и тот же процессор будет отвечать и за управление, и за интерфейс с оператором. Преимущества — это освобождение процессора от задач ввода/вывода (обслуживание прерываний от АЦП, поддержка каналов DMA, необходимость работы с резидентными драйверами устройств и т. п.), а также возможность максимально приблизить УСО к объекту контроля.
Однако современное программное обеспечение операторского интерфейса в своей массе предназначено для работы под управлением операционной системы Windows, которая пока не оптимизирована для функционирования в режиме жесткого реального времени. Поэтому для многих задач такой подход не обеспечит управление системой в реальном времени. В этом случае возможны следующие конфигурации систем:
1. Система с выделенным управляющим контроллером – это система обеспечивает очень быстрый и фиксированный по времени цикл управления, гарантированную доставку сетевых пакетов и независимое функционирование SCADA-системы верхнего уровня. [3]
2. Распределённое управление, локальные УСО - является полностью детерминированной и поддерживающей «распределенный интеллект», но в силу ограничения протокола PROFIBUS-DP не позволяет использовать в циклах управления удаленные переменные от других контроллеров без участия SCADA-системы. Это связано с тем, что в сети PROFIBUS-DP может быть только один ведущий. [3]
Итак, можно сделать вывод о том, что система PROFIBUS реализует все требования к промышленным сетям и, что в зависимости от поставленной задачи на её базе реализуются различные конфигурации построения промышленных сетей.
© 2009 ДонНТУ Линькова Ольга Владимировна