RETELE INDUSTRIALE CU ARHITECTURA DESCHISA CNSEM CURS 10

  • Slides: 25
Download presentation
RETELE INDUSTRIALE CU ARHITECTURA DESCHISA CNSEM - CURS 10 1

RETELE INDUSTRIALE CU ARHITECTURA DESCHISA CNSEM - CURS 10 1

Protocol propriu de comunicatie Echipament 1 Echipament 2 Realizarea retelei necesita utilizarea acelorasi protocoale

Protocol propriu de comunicatie Echipament 1 Echipament 2 Realizarea retelei necesita utilizarea acelorasi protocoale Echipament n Standardizarea protocoalelor Retea de comuncatie intre echipamentele unui sistem Utilizarea sistemelor cu functii de control si monitorizare CNSEM - CURS 10 Reducerea costurilor cablarii 2

Standarde de retea 1979 – Open Systems Interconnect – OSI 1980 – Proiectul 802

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 Protocol MAP Manufacturing message from standard(MMFS); File transfer (FTAM), Common application service(CASE) Prezentare Sesiune ISO session kernel Transport ISO Transport class 4 Retea ISO internet Legatura de date IEEE 802. 2 class 1, IEEE 802. 4 token bus Fizic IEEE 802. 4 broad band CNSEM - CURS 10 3

Protocol MAP Nivel Aplicatie – furnizeaza un set de comenzi care vor fi intelese

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, Device. Net, SDS – retele tip CAN pentru echipamente de manufacturare FOUNDATION Fieldbus – retele de control de proces Interbus – S - retele low-level pentru echipamente I/O Lon. Works - 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 4

Device. NET ØA fost dezvoltata initial de Allen-Bradley ØEste administrata la momentul actual de

Device. NET ØA fost dezvoltata initial de Allen-Bradley ØEste administrata la momentul actual de ODVA (Open Device. Net Vendors Application) ØEste o retea low-level, destinata conectarii echipamentelor si instrumentatiei industriale (senzori si elemente de executie) la aparatura de high-level (controlere) ØAsigura 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 5

Device. NET – protocolul de comunicatie ØEste implementat pe suportul protocolului CAN (Controller Area

Device. NET – protocolul de comunicatie ØEste implementat pe suportul protocolului CAN (Controller Area Network) Device. NET CAN q. Completeaza restul nivelelor plus nivelul Media (0) si Aplicatie (7) q. Specifica numai anumite portiuni ale nivelului fizic si de date q. Defineste forma deplasare a datelor q. Defineste semnificatia datelor deplasate de CNSEM - CURS 10 6

Device. NET – caracteristici ØPana la 64 de adrese pe o singura retea ØComunicatie

Device. NET – caracteristici ØPana la 64 de adrese pe o singura retea ØComunicatie peer-to-peer, cu prioritati, bazata pe schema de arbitrare nondestructiva a protocolului CAN ØModel producator-consumator de transfer al datelor CNSEM - CURS 10 7

Device. NET – profile ØDefineste profilele standard ale echipamentelor pentru a permite o compatibilitate

Device. NET – profile ØDefineste profilele standard ale echipamentelor pentru a permite o compatibilitate sporita intre echipamente ØSectiunile 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 ØProfilul 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 8

Foundation FIELDBUS ØRetea industriala realizata in mod specific pentru controlul proceselor distribuite. ØA fost

Foundation FIELDBUS ØRetea industriala realizata in mod specific pentru controlul proceselor distribuite. ØA 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 ØTehnologia se compune din: q. Nivel fizic – Physical Layer q. Stiva de comunicatie – Communication Stack q. Nivel utilizator – User Layer CNSEM - CURS 10 9

Model OSI Foundation Fieldbus User Layer Aplicatie Fieldbus Message Specification Fiedbus Access Sublayer Prezentare

Model OSI Foundation Fieldbus User Layer Aplicatie Fieldbus Message Specification Fiedbus Access Sublayer Prezentare Stack Sesiune Transport Retea Data Link Fizic CNSEM - CURS 10 10

Foundation FIELDBUS – Nivelul Fizic ØFoloseste nivelul fizic (electric, conexiuni, etc), standardizat de ISA

Foundation FIELDBUS – Nivelul Fizic ØFoloseste nivelul fizic (electric, conexiuni, etc), standardizat de ISA 550. 02 – 1992, IEC 1158 – 2 ØSunt disponibile mai multe rate de trabsfer, incluzand varianta de viteza redusa ce este compatibila cu solutiile existente, de 4 -10 m. A ØEchipamentele sunt alimentate din aceleasi doua conductoare de semnal, eliminand necesitatea surselor externe de alimentare ØCapacitati de operatiuni interne securizate, o cerinta pentru medile periculoase CNSEM - CURS 10 11

Foundation FIELDBUS – Stiva de comunicatii ØRealizeaza serviciile necesare pentru a realiza interfata nivelului

Foundation FIELDBUS – Stiva de comunicatii ØRealizeaza serviciile necesare pentru a realiza interfata nivelului utilizator cu nivelul fizic. ØData Link Layer este un protocol de tip token-passing ØLa acest nivel actioneaza LAS(Line Active Scheduler), cu rol de arbitru central al bus-ului, ce permite controlul si comunicarea deterministica ØControlul poate fi trecut prin mai multe Link Master (echipamente de tip LAS), asigurandu-se astfel redundanta in reteaua Fieldbus CNSEM - CURS 10 12

Foundation FIELDBUS – Nivelul Utilizator ØDefineste o interfata prin care utilizatorii pot comunica cu

Foundation FIELDBUS – Nivelul Utilizator ØDefineste o interfata prin care utilizatorii pot comunica cu echipamentele printr-un set de blocuri, mai eficient decat prin simple colectii de date punctuale ØBlocuri ce realizeaza nivelul utilizator: q. Resource Block – descrie caracteristicile echipamentului (nume, producator, serie echipament) q. Function Block - asigura controlul si comportarea intrarilor/iesirilor echipamentului q. Transducer Block – decupleaza blocurile de functiile necesare pentru citirea/scrierea intrarilor/iesirilor locale. CNSEM - CURS 10 13

Foundation FIELDBUS – Nivelul Utilizator ØDefineste seturi standard de blocuri de functii, din care

Foundation FIELDBUS – Nivelul Utilizator ØDefineste 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 14

Foundation FIELDBUS – Nivelul Utilizator ØAplicatiile se creeaza prin conectarea functiilor bloc, Fieldbus specificand

Foundation FIELDBUS – Nivelul Utilizator ØAplicatiile se creeaza prin conectarea functiilor bloc, Fieldbus specificand si modul de gestionare a resurselor de timp ØBlocurile de functii sunt rezidente in fiecare echipament in parte, dar gestionarea genrala a executiei este specificata si executata pe retea ØDevice Descriptions asigura descrierea standard a functiilor disponibile in echipament, permitand crearea unei interfete operator pentru interactiunea cu echipamentul ØDevice Descriptions asigura interoperabilitatea, reprezentand o metoda standard prin care orice host poate afla lista capabilitatilor fiecarui echipament conectat la Fieldbus. CNSEM - CURS 10 15

PROFIBUS ØRetea industriala utilizata la inceput preponderent in Europa, apoi la nivel mondial, in

PROFIBUS ØRetea industriala utilizata la inceput preponderent in Europa, apoi la nivel mondial, in sistemele de productie, la controlul proceselor si in automatizari. ØTehnologia este dezvoltata si administrata de PROFIBUS User Organization (peste 600 de membri). ØPoate fi utilizata: q. Pentru transmisii de date de mare viteza, intre controlere si intrari/iesiri q. Pentru comunicatii complexe intre automate programabile CNSEM - CURS 10 16

PROFIBUS - versiuni ØPROFIBUS – DP: q. Pentru comunicatii de mare viteza, eficiente ca

PROFIBUS - versiuni ØPROFIBUS – DP: q. Pentru comunicatii de mare viteza, eficiente ca raport performanta/pret, intre automatele programabile si modulele de intrare/iesire distribuite. Comunicare seriala. q. Utilizeaza nivelul 1 si 2 si interfata Utilizator care specifica atat functiile de aplicatie disponibile, cat si comportamentul echipamentului. q. Suport fizic: RS-485 sau fibra optica. CNSEM - CURS 10 17

PROFIBUS - versiuni ØPROFIBUS – FMS: q. Pentru comunicatii obisnuite, de orientare generala, desfasurate

PROFIBUS - versiuni ØPROFIBUS – FMS: q. Pentru comunicatii obisnuite, de orientare generala, desfasurate initial intre controlere programabile q. Defineste modelul de comunicatie in care procesele aplicatiilor distribite pot fi unificate intr-un proces comun pe baza relatiilor de comunicatie. q. Utilizeaza nivelele 1, 2 si 7. q. Suport fizic: RS-485 sau fibra optica. CNSEM - CURS 10 18

PROFIBUS - versiuni ØPROFIBUS – PA: q. Este realizat in mod specific pentru automatizarea

PROFIBUS - versiuni ØPROFIBUS – PA: q. Este realizat in mod specific pentru automatizarea de proces q. 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. q. Suport fizic: RS-485 CNSEM - CURS 10 19

ETHERNET ØCea mai populara interfata de retea ultrarapida de comunicare intre PCuri. Racordarea hardware

ETHERNET ØCea mai populara interfata de retea ultrarapida de comunicare intre PCuri. Racordarea hardware a Ethernet-ului este o carcateristica standard a calculatoarelor moderne, majoritatea acestora fiind interconectate printrun protocol TCP/IP sau altul similar. ØEste cea mai raspandita retea de comunicare pentru afaceri si aplicatii tehnologice. ØEste administrat de IEEE sub specificatia 802. 3. ØDezvoltarea Ethernet-ului comutabil (o noua tehnologie cu o banda sporita pentru comunicatii si o viteza de transmisie de 100 Mb/s) a permis largirea considerabila a gamei de aplicatii. ØOpereaza la 10 Mb/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 20

ETHERNET - Avantaje ØComercializarea in volume mari la preturi mici, fiind componenta standard pe

ETHERNET - Avantaje ØComercializarea in volume mari la preturi mici, fiind componenta standard pe placile de baza a numeroase sisteme de calcul; ØDevide standard industrial de facto, in special pentru comunicatiile ndustriale de mare viteza ØIntegrarea si distributia informatiilor de productie si manufacturare vor fi mai facile. ØMajoritatea 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 21

ETHERNET - Tehnologie ØFoloseste protocolul CS/MA/CD (Carrier Sense, Multiple Access, Collision Detect) care intrebuinteaza

ETHERNET - Tehnologie ØFoloseste protocolul CS/MA/CD (Carrier Sense, Multiple Access, Collision Detect) care intrebuinteaza o metoda de transmisie speciala pentru comunicarea cu nodurile retelei Echipament Echipament Hubb repetor Fac ca echipamentele sa apara conectate impreuna Hubb de comutatie Trec mesajele spre echipamentele de destinatie, evitandu-se coliziunile CNSEM - CURS 10 22

ETHERNET – Elemente de baza ØMediul fizic folosit la transportul semnalelor intre computere si

ETHERNET – Elemente de baza ØMediul fizic folosit la transportul semnalelor intre computere si noduri ØSetul de reguli care controleaza si arbitreaza accesul la Ethernet care se aplica la mai multi utilizatori diferiti ØCadrul pachetelor Ethernet, ce consta intr-un set standard de biti, folosit sa vehiculeze date pe Ethernet. CNSEM - CURS 10 23

ETHERNET – Protocol Model OSI la nivelul solutiei Ethernet TCP/IP 7 Application-Oriented Layer 4

ETHERNET – Protocol Model OSI la nivelul solutiei Ethernet TCP/IP 7 Application-Oriented Layer 4 Transport Layer 3 1, 2 Network Layer Link/Physical Layer FTP DNS Telnet TCP UDP HSE/FF IP Leased Line Ethernet Token Ring AIRPANET Ethernet reprezinta suportul fizic. CNSEM - CURS 10 24

ETHERNET – Protocol ØFunctii: q. Defineste o adresa unica, astfel incat computerele sau echipamentele

ETHERNET – Protocol ØFunctii: q. Defineste o adresa unica, astfel incat computerele sau echipamentele sa se poata identifica reciproc pe retea q. Determina modul de transmitere a datelor q. Proceseaza informatie la sosirea la destinatia finala. ØExemple simple de protocoale de retea folosite pentru sistemele informatice cu scop general: TCP/IP, Net. BEUI, IPX/SPX, UDP, Apple. Talk, 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. CNSEM - CURS 10 25