Сетевые технологии в системах реального времени

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФГБОУ ВПО  «Сибирский государственный аэрокосмический университет

имени академика  М. Ф. Решетнева»

(СибГАУ) 
 
 
 
 
 
 
 

Реферат

по  дисциплине: “ системы  реального времени”

на  тему: “ сетевые  технологии в системах реального времени” 
 
 
 
 
 
 
 

                                                           Выполнил: Чистякова А. Б.

                                                                             Гр. ИУЗУ-91

Проверил: Котельникова С. В. 
 
 

Красноярск 2012 

Содержание

Введение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3

1. Сетевые технологии в системах реального времени

1.2. Сетевая технология ASI5. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5

1.3. Потокол промышленной сети MODBUS5. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

1.4. Протокол промышленной сети World-FIP6. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

1.5. Сетевой стандарт CAN7

1.5.1. Принципы построения7. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

1.6. Промышленная шина PROFIBUS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

Список используемой литературы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение

       В системах реального времени, особенно производственного типа, в последние годы находят широкое применение сетевые технологии. Область их применения – сложные объекты и технологические процессы, состоящие из множества распределённых подсистем, характеризующихся высокими требованиями к качеству управления.

       К промышленным сетям предъявляются жесткие требования по модульности, надёжности, защите от внешних помех, простоте в построении, монтаже и программировании логики работы.

     Основными достоинствами промышленных сетей  являются недорогие линии и надежность передачи данных. Данные передаются последовательно  бит за битом, как правило, по одному физическому каналу (одному проводнику). Такой режим передачи не только экономит кабельное оборудование, но и позволяет  решать задачи по надежной передаче данных на большие расстояния. Время передачи, однако, увеличивается пропорционально  длине битовой строки.

     В зависимости от области применения весь спектр промышленных сетей можно разделить на два  уровня:

·         Field level – промышленные сети этого уровня решают задачи по управлению процессом производства, сбором и обработкой данных на уровне промышленных контроллеров;

·         Sensor/actuator level – задачи сетей этого уровня сводятся к опросу датчиков и управлению работой разнообразных исполнительных механизмов.

     Таким образом, необходимо различать промышленные сети для системного уровня – уровня промышленных контроллеров (field busses), и датчикового уровня (sensor/actuator busses).

    Датчиковые (sensor/actuator – датчик/исполнительное устройство) сети объединяют внешние устройства технологического процесса: датчики, измерительные преобразователи, переключатели, приводы и т.п. Они используются для опроса датчиков и управления работой разнообразных исполнительных механизмов. По шине sensor/actuator передаются значения измеряемых величин, состояния переключателей, управляющие сигналы на привод и т.п. В зависимости от области применения к сетям датчикового типа могут предъявляться повышенные требования к времени реакции (от 1мс), следовательно, и к времени передачи данных фиксированного объёма. Ещё одно требование – низкая стоимость среды передачи и интерфейса для подключения датчика (по крайней мере меньше стоимости самого датчика). Типичными представителями датчиковых сетей являются: ASI (Actuator Sensor Interface); CANbus; FF(Foundation Fieldbus); Profibus-DP, DA.

    На  уровне промышленных контроллеров на основании собранной на датчиковом уровне информации решаются задачи по управлению процессом на уровне производственного участка. По шине этого уровня передаются уже обработанные данные, при этом предъявляются высокие требования к времени обмена данными. Эти требования обеспечиваются высокой скоростью передачи данных, что приводит к высокой стоимости шины. Типичными представителями промышленных сетей этого уровня являются:Bitbus, Profibus, LON, WorldFIP, CAN.

    Наиболее  развитые протоколы промышленных сетей, такие как CAN, Profibus, FF, могут работать и на датчиковом уровне и на уровне промышленных контроллеров.

    Объединение в одну цифровую сеть нескольких устройств  – это только начальный шаг  к эффективной и надежной работе системы связи между ними. В  дополнение к аппаратным требованиям  предъявляется также ряд программных. Там, где системы связи, или сети, гомогенные (однородные), то есть объединяют устройстве от одного производителя, эти  проблемы, как правило, решены. Но когда  речь идет о построении сети из устройств  различных производителей – эти  проблемы обретают множественный характер.

    Системы, являющиеся уникальными (их делает и  поддерживает только один производитель), работающие по уникальным протоколам связи, получили название "закрытых систем" (closed/proprietary systems), большинство таких систем зародилось во времена, когда проблема интеграции изделий других производителей не считалась актуальной.

    "Открытые  системы" (open systems) приводят в соответствие специфические требования интересам всех. Только при использовании принципов открытых систем интеграция изделий разных производителей в одну сеть может быть решена без особых проблем.

    Типичные  представители открытых промышленных сетей:

·         PROFIBUS-FMS (Profibus-Fieldbus Message Specification)

·         BITBUS

    Типичные  открытые сенсорные (датчиковые) сети:

·         ASI (Actuator/Sensor Interface)

·         Interbus-S

·         PROFIBUS-DP (Profibus-Distributed Periphery)

·         SERCOS interface

    Типичные  открытые сети для обоих уровней  применения:

·         CAN (Controller Area Network)

·         FIP (Factory Instrumentation Protocol)

·         LON (Local Operating Network)

    Рассмотрим  насколько конкретных сетевых решений  для СРВ, представляющих наибольший интерес по их популярности на рынке. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Сетевые технологии в системах реального времени

1.2. Сетевая технология ASI

    Основная  задача этой сети – связать в  единую информационную структуру устройства самого нижнего уровня распределенной системы автоматизации, а именно: датчики и разнообразные исполнительные механизмы, имеющие соответствующий  сетевой интерфейс. Название описываемой  сети раскрывает ее предназначение: Actuator Sensor Interface (ASI) – интерфейс с датчиками и исполнительными механизмами.

    Тенденция в построении распределенных систем автоматизации имеет явное стремление использовать технологии сквозного  сетевого доступа. Система должна увязывать  в сеть не только контроллеры, но уже  желательно и датчики. Но эта увязка должна удовлетворять всем современным  требованиям по надежности и открытости, предъявляемые к любой промышленной сети.

    Сеть  ASI эти задачи решает. С ее помощью можно строить системы, в которых датчики и контроллеры связаны одной сетью. При этом сеть ASI имеет шлюзы в другие промышленные сети: PROFIBUS, INTERBUS-S и другие.

    Топологией  ASI-сети может быть линия, кольцо или дерево. Длина сегмента до 100м. За счет повторителей длину сети и число узлов можно увеличивать. Цикл опроса для 31 узлов укладывается в 5 мс.

    Логическим  центром любой топологии является MASTER-узел, который контролирует всю  работу сети, организует обмен данными  с программируемым логическим контроллером. ASI-MASTER оформляется в виде отдельной платы контроллера или компьютера. Максимальное число узлов к одному MASTER-узлу – 31.

    В качестве среды передачи используется пара обычных проводников. Скорость передачи ограничена до 167 Кбод. Сегодня  появился специальный ASI-кабель, в котором оба проводника упакованы в специальную мягкую резиновую оболочку, которая делает этот кабель гибким и устойчивым к многократным изгибам. Этот кабель используется для подсоединения датчиков, устанавливаемых на подвижных частях механизмов.

    Для кодирования данных используется известный  Манчестерский код, в котором "0" и "1" кодируются по восходящему  и нисходящему фронту сигнала. Такой  тип кодирования снижает влияние  на ASI-кабель внешних возмущений.

    Адрес каждого сетевого устройства записывается в его постоянной памяти.

    С тем чтобы обеспечить короткий ASI-цикл на низкой скорости передачи, был выбран наиболее компактный формат кадра (рис. 1.). 

Стартовый бит ("0"); стоповый бит ("1"); управляющий  бит: ″0″-это данные или параметр, ″1″-это команда;

Рис. 1. Формат ASI-кадра 

1.3. Потокол промышленной сети MODBUS

    Этот  протокол разработан фирмой Gould Inc. для построения промышленных распределенных систем управления. Специальный физический интерфейс для него не определен. Эта возможность предоставлена самому пользователю: RS-232C, RS-422, RS-485 или же токовая петля 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:

·         запрос/ответ (адресуется только один из SLAVE-узлов);

·         широковещательная передача (MASTER через выставление адреса 0 обращается ко всем остальным узлам сети одновременно без квитирования).

    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.