каплер полевой шины что это

Полевые шины – принцип работы

Промышленные сети передачи данных – это базовый элемент для построения современных АСУ ТП. Появление промышленных коммуникационных протоколов положило начало внедрению территориального распределенных систем управления, способных охватить множество технологических установок, объединить целые цеха, а иногда и заводы. Сегодня сфера промышленных коммуникаций развиваются семимильными шагами: известно более 30 стандартов коммуникационных сетей, специально адаптированных для промышленного применения, каждый год появляются новые прогрессивные технологии передачи данных. Это неудивительно, ведь именно коммуникационные сети в большей степени определяют качество, надежность и функционал АСУ ТП в целом.

Сети передачи данных входящие в состав АСУ ТП можно условно разделить на два класса:

— Полевые шины (^ Field Buses);

— Сети верхнего уровня (операторского уровня, Terminal Buses);

Но нам необходимо рассмотреть полевые шины.

Главной функцией полевой шины является обеспечение сетевого взаимодействия между контроллерами и удаленной периферией (например, узлами ввода/вывода). Помимо этого, к полевой шине могут подключаться различные контрольно-измерительные приборы (Field Devices), снабженные соответствующими сетевыми интерфейсами. Такие устройства часто называют интеллектуальными (Intelligent Field Devices), так как они поддерживают высокоуровневые протоколы сетевого обмена.

Как уже было отмечено, существует множество стандартов полевых шин, наиболее распространенные из которых приведены ниже:

Несмотря на нюансы реализации каждого из стандартов (скорость передачи данных, формат кадра, физическая среда), у них есть одна общая черта – используемый алгоритм сетевого обмена данными, основанный на классическом принципе Master-Slave или его небольших модификациях.

По типу физической среды полевые шины делятся на два типа:

1. Описание основных стандартов полевых шин

1.1 ^ HART-протокол (Highway Addressable Remote Transducer – Адресуемый Дистанционный Магистральный Преобразователь), разработан фирмой Fisher Rosemount Inc.

Стандартная топология организована по принципу «точка-точка» или «звезда». Для передачи данных по сети используются два режима:

Возможно построение топологии типа «шина», когда несколько узлов подключены на одну пару проводов. Питание осуществляется по шине.

За одну посылку один узел другому может передать до 4 технологических переменных, а каждое HART-устройство может иметь до 256 переменных, описывающих его состояние.

Метод контроля корректности передаваемых данных основан на получении подтверждения.

^ HART протокол использует стандарт BELL 202 кодировки сигнала методом частотного сдвига (FSK), при котором цифровой сигнал накладывается на аналоговый измерительный сигнал 4…20 мА, на нижнем уровне. Для представления двоичных «1» и «0» используются две разные частоты, 1200 Гц и 2200 Гц, соответственно (рис. 1.1.1).

Рис. 1.1.1 Форма сигнала передачи

Метод формирования физических сигналов и среда передачи данных HART протокола соответствует физическому уровню OSI модели протоколов.

Синусоидальные модуляции накладываются на сигнал постоянного тока. Среднее значение синусоидального сигнала равно нулю. Поэтому, несмотря на прохождение цифровых данных, к сигналу 4…20 мА никакая компонента постоянного тока не добавляется. Следовательно, существующие аналоговые приборы продолжают работать как обычно – низкочастотная фильтрация эффективно отбрасывает коммуникационный сигнал.

Поскольку двоичные числа передаются на скорости обмена данными 1200 бод, число «1» представлено одиночным циклом 1200 Гц, а число «0» представлено приблизительно двумя циклами 2200 Гц.

Такой выбор частот для формирования сигналов и скорости передачи данных соответствует американскому стандарту BELL 202, одной из нескольких частот, используемых для посылки цифровой информации по телефонным сетям. В результате, сюда подходят широко распространенные модемные платы на интегральных схемах.

В HART протоколе определяется, что главные устройства (ведущая система управления или ручной коммуникатор) передают сигнал в виде напряжения, в то время как подчиненные (первичные) устройства передают токовый сигнал. Токовый сигнал преобразуется в соответствующее напряжение с помощью сопротивления нагрузки контура. Следовательно, все устройства должны использовать такие приемники, схемы которых способны принимать напряжение [4,2].
1.2 Протокол ^ PROFIBUS (PROcess Field BUS) разработан совместно группой немецких компаний: Siemens, Bosch, и Klockner-Moeller.

Сеть PROFIBUS отвечает требованиям международных стандартов IEC 61158 и EN 50170. PROFIBUS использует обмен данными между ведущим и ведомыми устройствами. Требования пользователей к получению открытой, независимой от производителя системе связи, базируется на использовании стандартного протокола PROFIBUS. Стандарт протокола описывает уровни 1, 2 и 7 OSI-модели. В PROFIBUS используется гибридный метод доступа в структуре Master/Slave и децентрализованная процедура передачи маркера. Сеть может состоять из 122 узлов, из которых 32 могут быть Master-узлами. Адрес 0 зарезервирован для режима широкого вещания («broadcast»). Общая схема PROFIBUS-сети представлена на рис. 1.2.1

Рис. 1.2.1 Обобщенная схема сети PROFIBUS

В среде Master-узлов по возрастающим номерам узлов передается маркер, который предоставляет право ведения циклов чтения/записи на шине. Все циклы строго регламентированы по времени, организована продуманная система тайм-аутов. Протокол хорошо разрешает разнообразные коллизии на шине. Настройка всех основных временных параметров определяется пользователем.

При передаче данных обнаружение и исправление ошибок ведется на основе хеммингова расстояния 4, то есть в любой посылке данных 3 ошибочных бита будет обнаружено, а один бит может быть восстановлен [1].

Одни и те же каналы связи сети PROFIBUS допускают одновременное использование нескольких протоколов передачи данных:

Особенностью стандарта Foundation Fieldbus является то, что в нем определен дополнительный пользовательский уровень (^ User Level), позволяющий, применяя определенные функциональные блоки, например, аналоговый ввод или вывод, ПИД–регулятор, строить промышленные сети с распределенным интеллектом.

Максимальное число узлов составляет 240 на сегмент (поддерживается до 65000 сегментов), длина соединения до 1900 метров (для ^ H1).

Методы обмена сообщениями:

уведомление о событиях (Event Notification).

Сеть Foundation Fieldbus может быть использована в качестве полной замены аналогового стандарта токовой петли 4. 20 мА.

Протокол ^ MODBUS работает по принципу Master/Slave или «ведущий-ведомый». Конфигурация на основе этого протокола предполагает наличие одного Master-узла и до 247 Slave-узлов.

Только Master инициирует циклы обмена данными. Существует два типа запросов:

Протокол MODBUS описывает фиксированный формат команд, последовательность полей в команде, обработку ошибок и исключительных состояний, коды функций. Для кодирования передаваемых данных используются форматы ASCII (American Standard Code for Information Interchange) и RTU (Remote Terminal Unit). Каждый запрос со стороны ведущего узла включает код команды (чтение, запись и т.д.), адрес абонента (адрес 0 используется для широковещательной передачи), размер поля данных, собственно данные или буфер под данные и контрольный CRC-код. Функция обслуживания тайм-аута реализована для фиксирования коллизий при приеме/передаче данных.

Набор команд протокола описывает функции:

Протокол MODBUS можно назвать наиболее распространенным в мире. Для работы со своими изделиями его используют десятки фирм. Хотя ограничения этого протокола достаточно очевидны, он привлекает простотой логики и независимостью от типа интерфейса [4].

2. Выбор ключевых параметров

Сравнение технических характеристик основных протоколов полевых шин представлено в таблице 2.1

Таблица 2.1 Технические характеристики основных протоколов полевых шин

Таблица 2.1 (Окончание)

3. Сравнительный анализ

Хоть все сравниваемые протоколы и поддерживают цифровой обмен данными, между ними существует множество различий по архитектуре функциям и уровню совместимости.

К примеру, HART является самым дешевым и ко всему прочему работать по данному протоколу могут устройства очень большого количества компаний, обеспечивается высокая помехозащищенность, но скорость обмена данными очень мала и при этом в большинстве случаев каждому компоненту сети участвующему в обмене – передаче данных необходим HART-модем, к тому же сложно обеспечивать взрывозащиту.

В настоящее время происходит замена аналогового стандарта 4-20 мА на цифровой, и на первый план выходят стандарты PROFIBUS и ^ FOUNDATION FIELDBUS.

Архитектура FOUNDATION FIELDBUS, несомненно, обладает рядом преимуществ перед PROFIBUS. Вне всякого сомнения, FOUNDATION FIELDBUS — более открытый протокол, разработанный и поддерживаемый организацией, в состав которой входит большинство крупнейших производителей аппаратно-программных средств для промышленной автоматизации. И, напротив, контроль над PROFIBUS осуществляется одной компанией. Хотя технология PROFIBUS, вероятно, сможет удовлетворить потребности большого числа пользователей в ближайшем будущем, эта технология, несомненно, является устаревшей по сравнению с открытой, постоянно совершенствующейся технологией ^ FOUNDATION FIELDBUS.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

Каплер полевой шины CC-Link

Этот каплер полевой шины подключает систему WAGO I/O System в качестве подчинённого устройства к полевой шине CC Link. Этот каплер полевой шины поддерживает протокол CC-Link версий V1.1. и V2.0.

Каплер полевой шины обнаруживает все подключённые модули ввода-вывода и создаёт локальный образ процесса. Образ процесса может включать в себя смешанное расположение аналоговых (передача данных по словам) и дискретных (передача данных по битам) модулей передачи данных.

Образ процесса может быть передан по полевой шине CC‐Link в память системы управления более высокого уровня для его дальнейшей обработки.

Локальный образ процесса разделён на две зоны данных, в которых содержатся принятые данные и данные для отправки. Данные процесса с помощью протокола CC‐Link можно отправить в систему управления для дальнейшей обработки. Выходные данные процесса отправляются через протокол CC‐Link.

Данные аналоговых модулей сохраняются в образе процесса, который создаётся автоматически в соответствии с порядком, в котором модули подключены к каплеру.

Биты дискретных модулей пересылаются байт за байтом и добавляются к аналоговым данным. Если количество дискретной информации ввода-вывода превышает восемь бит, каплер автоматически начинает новый байт.

Источник

Каплер шины Ethernet; 3-е поколение

Каплер полевой шины обнаруживает все подключённые модули ввода-вывода и создаёт локальный образ процесса. Образ процесса может включать в себя смешанное расположение аналоговых (передача данных по словам) и дискретных (передача данных по битам) модулей передачи данных.

Два интерфейса ETHERNET, а также интегрированный коммутатор позволяют встраивать полевую шину в топологию линии, устраняя необходимость в использовании дополнительных сетевых устройств, таких как концентраторы и коммутаторы. Оба интерфейса поддерживают автоматическое согласование и Auto-MDI(X).

DIP-переключатель конфигурирует последний байт IP-адреса и может использоваться для присвоения IP-адреса (DHCP, BootP, статический).

Каплер предназначен для передачи данных по полевой шине в сетях Ethernet/IP и MODBUS. Также он поддерживает широкий перечень стандартных протоколов ETHERNET (например, HTTP, BootP, DHCP, DNS, SNMP, FTP). Интегрированный веб-сервер предоставляет пользователю возможность выполнять настройку с одновременным отображением информации о состоянии каплера.

Питание системы подаётся непосредственно каплером. Питание полевого уровня подаётся через отдельный модуль питания.

Источник

Каплер полевой шины CANopen®; MCS

Этот каплер полевой шины присоединяет WAGO I/O System в качестве подчинённого устройства к полевой шине CANopen. Данные передаются через PDO и SDO.

Каплер полевой шины обнаруживает все подключённые модули ввода-вывода и создаёт локальный образ процесса. Аналоговые данные передаются в виде слов, а дискретные данные – побитно.

Локальный образ процесса разделён на две зоны данных, в которых содержатся принятые данные и данные для отправки. Данные процесса с помощью шины CANopen могут быть отправлены в систему управления для дальнейшей обработки. Выходные данные процесса отправляются через шину CANopen.

Данные аналоговых модулей сохраняются в PDO в соответствии с порядком, в котором модули подключены к каплеру. Биты от дискретных модулей пересылаются байт за байтом и также отображаются в PDO. Если количество дискретной информации ввода-вывода превышает восемь бит, каплер автоматически начинает новый байт.

Все входы каталога объектов могут быть размещены согласно требованиям пользователя в 32 Rx PDO и 32 Tx PDO.

Полный образ процесса ввводов и выводов может передаваться с помощью SDO.

Промежуточные модули могут настраиваться с помощью программного обеспечения.

Источник

Каплер полевой шины что это

Компания WAGO обновила хорошо зарекомендовавший себя каплер Modbus TCP и добавила множество новых функций. Однако одно осталось прежним: как и предыдущая модель 750-352, новый каплер 750-362 поддерживает работу со всеми модулями ввода/вывода WAGO I/O SYSTEM 750/753 с возможностью передачи данных по широко используемому протоколу полевой шины Modbus®.

Процесс подключения модулей ввода/вывода к каплеру весьма простой, так как каплер самостоятельно обнаруживает все подключенные к нему модули и создаёт локальный образ процесса. Функция обнаружения работает безупречно даже в случае смешанной структуры различных аналоговых или дискретных модулей ввода/вывода.

Новый каплер полевой шины оборудован высокопроизводительной аппаратной частью. Начиная с процесса загрузки видно, что каплер запускается значительно быстрее. Каплер поддерживает протоколы передачи данных как Modbus TCP, так и Modbus UDP. Для отправки Modbus запросов подчинённым устройствам каплер может использовать до 5 широковещательных адресов для протокола Modbus UDP.
С новым каплером у пользователей всегда имеется возможность управлять широковещательными запросами. Эта функция может быть отключена во избежание перегрузки сети пакетами данных. Особенно важным для пользователей является то, что каплер запускается в работу без использования каких-либо программных инструментов.

O WAGO

Группа компаний WAGO является международным поставщиком современных продуктов в области электрических соединителей, компонентов автоматизации и различных видов электронных устройств. Семейная компания является мировым лидером рынка технологий пружинного соединения. С момента основания в 1951 году WAGO постоянно развивается и растёт. Сейчас компания насчитывает около 8 000 сотрудников по всему миру, а денежный оборот группы компаний WAGO достиг 862 миллиона Евро в 2017 году.

Источник