Поиск по базе сайта:
Тема номера icon

Тема номера




Скачати 252.21 Kb.
НазваТема номера
Дата конвертації26.11.2013
Розмір252.21 Kb.
ТипДокументи
1. /ISP DAS 081201.doc
2. /pci express.doc
3. /ris_int07.doc
4. /stup345.pdf
5. /wopint_08.doc
6. /Методичка по НВЛ08_050602.DOC
7. /Методичка по НВЛ08_081024.DOC
8. /Обзор.doc
9. /Парал_интерф/CompactPCI,PC104/Отчет.doc
10. /Парал_интерф/IEEE 1284_2.doc
11. /Парал_интерф/ISA.doc
12. /Парал_интерф/pci/pci-20/1.DOC
13. /Парал_интерф/pci/pci-20/2.DOC
14. /Парал_интерф/pci/pci-20/3.DOC
15. /Парал_интерф/pci/pci-20/4.DOC
16. /Парал_интерф/pci/pci-20/5.DOC
17. /Парал_интерф/pci/pci-20/6.DOC
18. /Парал_интерф/pci/pci-20/7.DOC
19. /Парал_интерф/pci/pci-20/8.DOC
20. /Парал_интерф/pci/pci-20/9.DOC
21. /Парал_интерф/pci/pci-20/CH1-3.DOC
22. /Парал_интерф/Спецификация PX1.doc
23. /Парал_интерф/Стандарт IEEE 1284.doc
24. /Парал_интерф/реферат по интерфейсам.doc
25. /Парал_интерф/хар_парал.инт.doc
26. /Послед_интерф/PCI_EXpr.doc
27. /Послед_интерф/RS485 для чайников.doc
28. /Послед_интерф/USB.doc
29. /Послед_интерф/Wi Fi.doc
30. /Послед_интерф/ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ИНТЕРФЕЙСА USB.doc
31. /Послед_интерф/Реферат по ИРДА.doc
32. /Послед_интерф/стандарт CAN/Aldis.doc
33. /лит_инт.doc
34. /рб_пр_интерф_07.doc
С. П. Королева архитектура автоматизированных систем на основе модулей icp das серии i-7000
Курсовой проект «Интерфейс pci express»
Мс –модули сети, а адаптер, устройство согласования, цп
Вопросы по курсу "Интерфейсы асоиу" Общие вопросы организации интерфейсов
Проектирование измерительных систем на основе нвл-08
С. П. Королева проектирование измерительных систем на основе Многофункционального устройства нвл-08
Тема номера
Документация по интерфейсам: Compactpci, MicroPC, pc/104, pc/104+ Пояснительная записка к курсовому проекту по курсу "Интерфейсы асоиу"
Интерфейс ieee-1284
Интерфейс isa методические указания к курсу лекций «Интерфейсы автоматизированных систем обработки информации и управления» Самара 2005 Составитель: Иоффе Владислав Германович удк 681. 3 Интерфейс isa
Спецификация локальной шины pci
Реализация Хронология реализации
Реализация 0
Функционирование шины
Электрическая спецификация
Конструктивная спецификация
Руководство по системному проектированию pci, реализация 6, действует с 1 ноября 1992 года. Объединение запросов по техническим изменениям (ecrs)
Реализация 0
Диапазон сигнала Сопутствующие документы
Введение Содержание спецификации
Введение 2 Цель разработки 2 Терминология 3 Полезные ссылки 3 Обзор архитектуры pxi 3
С. П. Королева Стандарт ieee 1284 Подготовили: Есипов С. Б. Громов А. Е. Преподаватель: Иоффе В. Г
Министерство науки, высшей школы и технической политики российской федерации комитет по высшей школе самарский государственный аэрокосмический университет им. С. П. Королева факультет №6 Кафедра
Основные характеристики параллельных интерфейсов
Курсовой проект «Интерфейс pci express»
Ооо "Маяк": разводка печатных плат, разработка электронных систем управления
1. Общая характеристика 5 Структура usb 6
Пояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине «Интерфейсы асоиу» на тему: «Интерфейс Wi Fi»
Преобразователи интерфейса usb на микросхемах ft8U232AM, ft8U245AM
Протокол связи IrDA
Протокол был разработан фирмой Robert Bosch GmbН для использования в автомобильной электронике, отличается повышенной помехоустойчивостью, надежностью и обладает следующими возможностями
Литература Основная литература
Федеральное агентство по образованию государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С. П. Королева»

  Оборудование #10 (70), октябрь 2002

ТЕМА НОМЕРА  



  оглавление темы номера

КОЛЛАБОРАТИВНОЕ ПРОИЗВОДСТВО  



Стандарты де-факто и де-юре, регламентирующие средства промышленной автоматизации


Ольга Синенко, директор VERA+

Инженеры со стажем, на чьих глазах происходило становление систем компьютерной автоматизации, помнят его основные вехи. С началом серийного выпуска ЭВМ появилась возможность широкого применения компьютеров в системах сбора данных и автоматизации управления. Современная вычислительная платформа может иметь несколько интеллектуальных каналов ввода/вывода, которые взаимодействуют с вычислительным ядром и между собой, находясь на общей шине обмена данными. Благодаря высокой стандартизации и открытости спецификаций в области ЛВС нижнего уровня современную систему автоматизации можно практически по принципу plug& play собирать и конфигурировать из контроллеров, интеллектуальных датчиков, исполнительных механизмов, панелей операторов и т. д., имеющих прямой выход на локальные сети и выпускаемых разными изготовителями.

Высокая стоимость первых компьютеров значительно ограничивала область применения и способ построения систем. Длительное время создавались централизованные компьютерные системы сбора данных и управления. С развитием технологии полупроводников произошла значительная интеграция элементной базы, увеличение ее разрядности и быстродействия. Возникло резкое противоречие между высокой производительностью отдельных микросхем микропроцессоров и контроллеров и более низкой производительностью объединительных магистралей (backplane). Все это привело к миграции наиболее производительных устройств и контроллеров, ранее выполненных в виде отдельных модулей, на процессорную плату, которая трансформировалась в одноплатный компьютер. Система ввода/вывода, не требующая высокой скорости обмена с вычислителем, осталась на объединительной шине, по которой осуществлялся обмен данными с вычислительным ядром. Эта система сама претерпела значительные изменения - в дополнение к пассивному вводу/выводу появился интеллектуальный канал получения/передачи данных. Таким образом, пользователи стали иметь дело не с централизованными, а с распределенными системами. Современная вычислительная платформа может иметь несколько интеллектуальных каналов ввода/вывода, которые взаимодействуют с вычислительным ядром и между собой, находясь на общей шине обмена данными. Этой шиной может быть объединительная магистраль (тогда распределенная система находится в рамках крейта) или последовательная шина (тогда это локальная сеть). Каждая из интеллектуальных систем ввода/вывода представляет собой контроллер ввода/вывода.

Значительное удешевление элементной базы позволило приблизить контроллеры к объекту управления. Преимущества подобного схемотехнического решения хорошо известны пользователям:

  • значительная экономия средств за счет сокращения кабельных трасс;

  • уменьшение помех, а значит, увеличение точности измерения;

  • уменьшение сроков и стоимости инсталляции системы.

По мере широкого внедрения распределенных систем разрабатывались технологии для их программной поддержки и инструментарий для создания прикладного программного обеспечения (ПО), ориентированный на специалистов-технологов. Появились технологические языки программирования логических контроллеров, пять из которых были стандартизированы (см. стандарт IEC 1131.3).

Появление микросхем памяти большого объема, широкого спектра микропроцессоров разной производительности и снижение стоимости микропроцессоров позволило размещать в контроллерах редуцированные версии операционных систем (ОС), так называемые исполнительные (RunTime) ОС.

В результате технологического прогресса современный контроллер превратился в симбиоз промышленного компьютера и программируемого логического контроллера (ПЛК). Пользователи получили возможность, с одной стороны, работать в ОС, знакомой по промышленному компьютеру, а с другой, использовать длительный опыт программирования ПЛК.

Распределенные системы немыслимы без развития средств коммуникации и локальных вычислительных сетей (ЛВС). Причем появился целый класс ЛВС нижнего уровня, или, как их принято называть, полевых шин (fieldbus), отличающихся повышенной помехозащищенностью, простотой установки и эксплуатации, относительной дешевизной. В системах управления технологическим процессом часто требуется наличие детерминированных сетей, которые также реализуются на основе полевых шин. И наконец, в настоящее время большое число интеллектуальных датчиков и исполнительных механизмов имеет выход на промышленную сеть.

Благодаря высокой стандартизации и открытости спецификаций в области ЛВС нижнего уровня появилась возможность собирать и конфигурировать систему автоматизации практически по принципу plug& play из контроллеров, интеллектуальных датчиков, исполнительных механизмов, панелей операторов и т. д., имеющих прямой выход на локальные сети и выпускаемых разными изготовителями.

Фирма Venture Development Corporation исследовала, как крупнейшие промышленные и военные OEM-производители в течение последних десяти лет меняли свои предпочтения в отношении выбора шинных/бесшинных архитектур для построения встроенных систем управления реального времени. В таблицу 1 сведены результаты опроса: данные в отдельных строках показывают изменение во времени доли выпуска систем, приходящейся на применение соответствующей шинной/бесшинной архитектуры и выраженной как процент от общемирового объема выпуска систем реального времени (объемы выпуска в числителе и знаменателе рассматривались в денежном эквиваленте).

Полупромышленные компьютеры PCI


Стартовым моментом выхода офисных компьютеров на рынок промышленной автоматизации можно считать начало разработки спецификации PCI специалистами компании Intel, предпринятое в 1991 г. с целью стандартизации интерфейса для высокопроизводительных микроэлектронных компонентов основного процессорного ядра семейства i486 и перспективных микропроцессоров. К стандартизуемым компонентам относились микросхемы графических акселераторов, контроллеры дисковых подсистем, элементы управления памятью, сетевые контроллеры. После первого шага, сделанного в направлении построения открытой архитектуры, стала возможной компоновка управляющей машины на основе "классической" активной материнской платы. Однако компьютер оставался малопригодным для промышленного применения в условиях повышенных требований по термо-, вибро- и ударопрочности и при необходимости быстрого восстановления модулей после отказов.

Второй шаг в намеченном направлении был сделан в 1994 г., когда компании-производители (IBM, GESPAC, I-Bus, Texas Microsystem, Xyrom, VMIC, Liatech и др.), объединенные в консорциум PICMG (PCI Industrial Computer Manufacturer's Group, Международную ассоциацию развития "промышленного" PCI), предложили спецификацию промышленного компьютера на основе пассивной магистрали PCI. Спецификация распространялась на одноплатные компьютеры/контроллеры, имеющие стандартный офисный формат и устанавливаемые в специальное гнездо PCI & ISA (в сущности, стандартизации был подвергнут только формат одноплатного контроллера). Подобный компьютер включает в себя пассивную магистраль для установки одновременно 4-12 плат ISA и до 4 плат PCI офисного формата в соответствии с PCI версии 2.1 и находит наилучшее применение при построении человеко-машинного интерфейса (man-machine interface MMI), реализации сетевой/архивной станции или систем ввода/вывода, не критичных по надежности. Впрочем, учитывая "сетевой" характер современных управляющих систем, когда часто существует возможность вынести MMI-компьютер из "опасной" зоны, применение вместо дешевых офисных компьютеров довольно дорогих "полупромышленных" ПК может быть весьма расточительным.

Шина PCI используется сегодня при построении вычислительных устройств на базе процессоров PowerPC, Alpha, Pentium/MMX/II/III/IV, MPC860, DSP и множества др., работающих под управлением любой операционной системы как общего назначения: MS-DOS, Windows 2000/XP, Uniх, так и реального времени: OS9, VxWorks, pSOS+, LynxOS и др.

CompactPCI


В начале 1995 г. в рамках PICMG была сформирована рабочая группа из представителей компаний Prolog, Ziatech, DEC, AMP, GESPAC, Force Computer, ERNI, VMIC, IBM, Texas Microsystems и др., которая занялась изучением возможности использования PCI в качестве системной широковещательной шины, пригодной для создания широкого класса надежных промышленных и военных встраиваемых приложений.

Путь, выбранный разработчиками для создания и поддержки спецификации нового стандарта, - кооперация и открытость - хорошо зарекомендовал себя и при разработке другого популярного стандарта шинной архитектуры VMEbus. В этом смысле не случайно, что многие компании - разработчики и производители CompactPCI стали также членами Международной ассоциации VITA, чей кооперационный потенциал способствовал большому успеху VMEbus (в VITA вошли DEC, Motorola, PEP Modular Computers, VMIC, IBM, Force, AMP и др.).

Почти год работы опытных специалистов независимых компаний ушел на поиск возможного решения. В конце 1995 г. была представлена первая версия спецификации нового стандарта CompactPCI, действующего поныне. В 1997 г. была принята спецификация CompactPCI версия 2.1.

ПО, разработанное на PCI-компьютере, без модернизации работает в CompactPCI-системе. Плата ввода/вывода, удовлетворяющая стандарту PCI, может использоваться с шиной CompactPCI, без изменения схемотехники и ПО. Важнейшим фактором, способствующим распространению шинной архитектуры CompactPCI, является низкая стоимость серийных компонентов PCI, в большом количестве применяемых на рынке офисных приложений. Конструкция модулей, удовлетворяющих требованиям CompactPCI, обеспечивает защиту модулей от электростатических разрядов при установке в каркас, а штырьковые разъемы, стандартизованные по МЭК1076-4-101, гарантируют надежность соединения. Архитектура CompactPCI позволяет организовать ввод/вывод как через переднюю панель, так и через дополнительные тыльные разъемы вычислительной системы. Для систем, требующих максимально быстрого ремонта/восстановления, возможна замена блоков и модулей без выключения питания.

Разработчик, проектируя систему в стандарте CompactPCI, может выбирать комплектующие разных производителей, так как в стандарте на архитектуру CompactPCI прописаны требования практически ко всем компонентам системы (каркасам, стойкам, вентиляционным подсистемам, источникам питания и др.).

CompactPCI является открытой технологией. Спецификация стандарта общедоступна, курируется и распространяется независимой ассоциацией производителей и пользователей PICMG. В России PICMG представляет Ассоциация разработчиков и пользователей магистрально-модульных систем VERA+.

Таблица 2. Основные параметры шины CompactPCI и VME

VMEbus


Впервые шина VMEbus была анонсирована во время проведения традиционной международной выставки Systems Show-81 в Мюнхене как многопроцессорная шина, основанная на спецификации Versabus (Versatile Backplane Bus) и механическом стандарте "Евромеханика" (Eurocard Mechanical Packating Standard). Подготовка нового стандарта была осуществлена совместными усилиями фирм Motorola, Philips/Signetics и Mostec. Сегодня основными спонсорами VITA (VFEA International Trade Association), международной ассоциации в области VME-/VXI-/FUTUREbus+ и их расширений, являются американские компании Motorola, SUN Microsystems и Kontron. Членами VITA являются около 100 европейских, американских, азиатских фирм-производителей совместимой продукции VMEbus, в том числе DEC, Hewlett Packard, Force Computer, Radstone, Microware и многие другие.

В настоящее время VMEbus (VersaBus Module Eurocard) - это стандартная, наращиваемая, аппаратно- и программно-независимая многопроцессорная архитектура сопряжения самых различных устройств (процессоров, ЦАП, АЦП, сетевых и графических контроллеров и т. п.), принятая в качестве стандарта IEC (МЭК), ANSI, IEEE и другими международными и национальными организациями по стандартизации. Появление VMEbus ознаменовало собой начало эпохи открытых магистрально-модульных систем (ММС) и ослабления роли знаменитого "NIH-фактора" (not invented here - изобретено не здесь) в развитии индустрии автоматизации. С распространением VMEbus рынок средств автоматизации начал трансформироваться из рынка продавцов, навязывающих пользователям "то, что для них произведено", в рынок покупателей, диктующих свои требования производителям благодаря тому, что:

  • VMEbus обеспечивает процессорную и технологическую независимость;

  • на базе VMEbus разработан стандартный интерфейс ММС для контрольно-измерительных систем VXIbus (VMEbus extension for Instrumentation), поддержанный всеми крупнейшими производителями средств измерительной техники военного и гражданского применения;

  • VMEbus поддерживает более 300 фирм-производителей совместимой продукции;

  • VMEbus имеет хорошо проработанные и легкодоступные спецификации.

VMEbus используется для построения вычислительных систем любой производительности, от настольных компьютеров до многопроцессорных супер-ЭВМ, от простых и дешевых промышленных контроллеров до мощнейших многопроцессорных распределенных систем управления десятками тысяч аналоговых и дискретных каналов ввода/вывода.

В системе может использоваться любое количество крейтов формата "Евромеханика", в каждом из которых размещается до 21 модуля VMEbus. Отдельный крейт представляет собой каркас для установки модулей с объединительной магистралью VME, источником питания и вентиляцией. Модули соединяются через многослойную специальную объединительную плату. В качестве разъемных соединителей используются высоконадежные соединители DIN602-3.

Логически шина VMEbus является асинхронной, благодаря чему в крейте могут работать модули разного быстродействия. Немультиплексированные шины "адрес/данные" упрощают построение интерфейса модулей и ускоряют передачу данных. В одном крейте могут работать модули разной разрядности. При различных способах передачи данных скорость передачи может достигать 130 Мбайт/с, а при использовании VMEbus/64 максимальная скорость передачи увеличивается до 300-500 Мбайт/с. Для получения необходимой вычислительной мощности система арбитража позволяет объединить в одном крейте несколько различных процессоров. Семиуровневая система прерываний позволяет реализовывать системы реального времени.

Архитектуру VMEbus было бы неверно рассматривать в отрыве от сопутствующих ей архитектурных надстроек: VSBbus (VME Subsystem Bus), VICbus (VMEbus Interconnect), Live Insertion, AUTOBAHN, которые используются для различных высоконадежных применений:

  • VSBbus - архитектура VME для подсистем часто применяется в аппаратуре военного назначения, в ядерно-физическом эксперименте;

  • VICbus - стандартная многопроцессорная шина предназначена для создания многокрейтовых систем (до 15 крейтов VMEbus, устанавливаемых на расстоянии 100 метров друг от друга);

  • Live Insertion - минимальное аппаратное дополнение для обеспечения "hot swap" - горячей замены.

  • AUTOBAHN - сверхскоростная последовательная шина.

Сейчас, когда стандарт отметил свое 20-летие, в рамках технических комитетов VITA, обладающих правом законодательной инициативы в организациях ANSI и IEEE, ведутся работы по стандартизации:

  • мезонинных технологий, получивших широкое распространение в последние годы;

  • каналов связи модулей цифровой обработки сигналов (DSP) с модулями аналогового и цифрового ввода/вывода.

Мезонинные технологии


Когда при интеграции нескольких моделей не удается найти готовую плату нужного формата или она существует, но имеет лишние функции, за которые не хочется платить, пользователи вынуждены разрабатывать собственную плату. Однако есть альтернативный путь, позволяющий установить на плате-носителе мезонины для придания ей необходимой функциональности.

Мезонинные платы являются функционально законченными изделиями, соответствующими более низкому по сравнению с модулями VMEbus или CompactPCI уровню модульности конечной системы. Средние размеры мезонинных плат 50x80 мм. Плата-носитель может быть: как формата 6U, так и 3U, как пассивной, так и содержать собственный процессор. В результате можно, например, дополнить компьютерную плату каналами цифрового ввода/вывода, спецпроцессорами, графикой, любой сетью и сохранить при этом ее стандартные габаритные размеры.

На рисунке показаны типовые платы форматов 3U и 6U с типовым расположением на них мезонинных плат.

Функционально мезонинные платы могут представлять собой практически любое изделие: от многоканальных ЦАП, АЦП, плат цифрового ввода/вывода до сетей Ethernet, PROFIbus. CANbus, Bitbus, интерфейса PCMCIA II и III, IEEE 438 и т. д. На плату-носитель можно устанавливать любую комбинацию функционально независимых мезонинных плат.

Технические комитеты VITA работают над стандартизацией наиболее популярных бесшинных мезонинных технологий, к которым относятся:

  • СХС и MODPACK (базовый разработчик PEP Modular Computers),

  • Industry Pack (базовый разработчик Green Spring Computers).

Стандарт на IP-модули ("Industry Pack" - "промышленный блок") был подготовлен VSO (VITA Standard Organisation) - организацией, ответственной за стандартизацию в рамках Ассоциации VITA, и фирмой GreenSpring Computers. Существует два размера IP-модулей: одинарный и двойной, причем IP-модуль двойного размера выглядит как два модуля одинарного размера, соединенные друг с другом боковыми сторонами. Одинарный модуль имеет размеры 1,8х3,9 дюйма, а двойной модуль - 3,6х3,9 дюйма. На несущей плате формата 6U можно установить 4 одинарных или два двойных IP-модуля. Для IP-модулей не предусмотрены передние панели для подвода сигналов

ввода/вывода.

РМС и PC-MIP модули


Требования к электрическому и логическому уровням РМС повторяют требования, определенные стандартом PCI. Проект стандарта РМС был подготовлен Комитетом стандартизации шинных архитектур Компьютерного общества IEEE. Изменения по отношению к стандарту PCI касаются климатических и физических требований, обусловленных необходимостью установки плат параллельно и близко друг к другу. РМС-модули выполняются в конструктиве CMC размером примерно 3х5 дюймов. На несущей плате формата 3U устанавливается один РМС-модуль, а на несущей плате формата 6U - два РМС-модуля. В базовом РМС-модуле устанавливается два 64-контактных разъема (шина PCI) и один или два 64-контактных разъема для обеспечения ввода/вывода. Существует также 64-битовая версия (три 64-контактных разъема PCI). Сигналы ввода/вывода могут подводиться к передней панели РМС-модуля.

Модули PC-MIP, так же как и мезонины PMC, базируются на стандарте шины PCI 2.1. Электрическая и логическая спецификации определяются стандартом PCI, однако в отличие от модулей PMC на реализацию PC-MIP наложены два ограничения: улучшение помехозащищенности и уменьшение энергопотребления - для улучшения совместимости и стандартизации. Различают модули PC-MIP первого (Type I) и второго (Type II) типов. Для модулей Type I внешний ввод/вывод, как и у IP-модулей, осуществляется через плату-носитель, в то время как мезонины Type II имеют разъем, выступающий спереди, для внешнего ввода/вывода, который обычно доступен с передней панели платы-носителя.

РМС-модули "габаритнее", чем IP-модули. Например, на несущей плате VME можно установить два РМС-модуля или четыре IP-модуля. Кроме того, IP-модули обеспечивают большую гибкость. Одинарные IP-модули менее насыщены функционально, чем РМС-модули, а двойные IP-модули при более высокой функциональности занимают столько же места на несущей плате, сколько и РМС-модули. С некоторой долей допуска можно считать, что двойной IP-модуль соответствует РМС-модулю. РМС-модули в большинстве случаев гораздо сложнее. И так как они появились позднее всех остальных мезонинов, то и распространены пока не так широко, как модули IP. Но поскольку РМС-модули тесно связаны с шиной PCI, можно ожидать, что в ближайшем будущем произойдет расширение предлагаемой номенклатуры РМС-устройств. Недорогие и широкодоступные IP-модули подходят для реализации любого низкоскоростного интерфейса ввода/вывода. Более дорогие РМС-модули следует применять для организации производительного и/или интеллектуального ввода/вывода. PC-MIP-модули применяются сегодня в военной области.


Fieldbus-технологии


На современном этапе развития средств автоматизации вполне реальной выглядит перспектива самодиагностики и "общения" друг с другом и с контроллерами датчиков, механических клапанов и задвижек, некогда пассивных, а сегодня имеющих собственные вычислительные мощности. Коммуникационная технология построения единой информационной сети, объединяющей подобные интеллектуальные приборы и контроллеры, определяется термином fieldbus (полевая шина, или промышленная сеть), который соответствует как особому физическому способу объединения устройств (например, RS485 или оптоволокно), так и программно-логическому протоколу их взаимодействия.

Цифровая сеть Fieldbus призвана заменить широко использовавшуюся до недавнего времени централизованную аналоговую 4-20mA.технологию с целью снижения затрат на разработку и повышения качества и эффективности конечной системы. Fieldbus является цифровой, двунаправленной, многоточечной, последовательной коммуникационной сетью, используемой для связи изолированных друг от друга устройств, таких как контроллеры, датчики, силовые приводы и т. п. Доступ к сети осуществляется не только со

стороны инженерной станции, но и со стороны самих устройств.

Промышленные сети должны отвечать специфическому набору требований:

  • жесткая детерминированность поведения;

  • работа на длинных линиях с использованием недорогих физических сред (например, витая пара);

  • повышенная надежность физического и канального уровней передачи данных для работы в промышленной среде (при высоком уровне электромагнитных помех);

  • наличие специальных высоконадежных механических соединительных компонентов.

Ключевые требования здесь - детерминированность поведения, предполагающая, что все возможные события в сети могут быть заранее определены, и повышенная надежность передачи данных.

В настоящее время на рынке предлагаются около 50 fieldbus-систем, и соответствующий рыночный сегмент растет примерно на 20% в год.

Реализация открытых протоколов


Перечислим основные условия, которые должны соблюдаться, чтобы некоторая сеть считалась открытой:

  • должна быть разработана, опубликована в известных источниках и доступна для приобретения за разумные деньги полная спецификация сети;

  • должны быть разработаны интерфейсные кристаллы и готовые изделия от различных независимых поставщиков, для которых сеть должна обеспечивать свободное подключение (interconnectivity), возможность взаимодействия друг с другом на основе единых протоколов (interoperability) и взаимозаменяемость (interchangeability) устройств;

  • должен быть организован процесс ратификации возможных дополнений к стандартам и спецификациям сети.

С 1984 г. Международная электротехническая комиссия (МЭК) ведет разработки единого универсального стандарта промышленной сети. С самого начала этой работы были определены требования к открытой промышленной сети, устройствам удаленного ввода/вывода, контроллерам, согласующим устройствам и т. д. По замыслу разработчиков универсальная сеть должна была поддержать коммуникационные запросы на всех этажах многоуровневой системы автоматизации. Но первая черновая спецификация IEC61158 была предложена лишь в 1988 г. и устарела практически до момента своего появления, так что, по заключению специалистов, продолжать работу над ней не было никакого смысла. Что будет дальше с этим проектом, пока неизвестно.

Развитием промышленных протоколов занимались помимо МЭК также различные организации, группы компаний и государственных органов, и с большим успехом, чем МЭК. Ниже резюмируются результаты по разработке фирменных стандартов.

Profibus


С целью развития данного протокола с 1989 г. друг с другом сотрудничают правительственные органы Германии и производители средств автоматизации. Поддерживающая организация - консорциум Profibus Trade Organization - объединяет производителей и пользователей продуктов в стандарте Profibus.

Profibus основывается на спецификации интерфейса RS485 и европейской электрической спецификации EN50170. К разновидностям протокола Profibus относятся: Profibus DP (предусматривает выделение главных/подчиненных устройств), Profibus FMS (предусматривает выделение нескольких главных/одноранговых устройств), Profibus PA (регламентирует применение устройств во взрывоопасной зоне).

Максимальное число узлов: 127.

Длина соединения: от 100 м до 24 км (с ретрансляторами и оптоволоконными кабелями).

Скорость передачи данных: от 9600 бит/с до 12 Мбит/с.

Profibus обеспечивает хорошую скорость передачи данных, большую длину соединений, возможность многомастерного режима и широкие возможности по обработке данных и предназначена для систем параллельного управления несколькими технологическими процессами и интенсивной обработки информации.

CAN


Сам по себе CAN - это низкоуровневый арбитражный протокол обмена сообщениями. Для превращения его в полнофункциональный сетевой протокол необходим дополнительный программный уровень, который обеспечивается с помощью стандартов DeviceNet, CANopen, SDS и других. Задавшись целью найти надежную технологию для ответственных компонентов заводских сетей, разработчики перечисленных и прочих сетей на базе CAN в итоге выбрали готовое решение из автомобильной отрасли. Технология CAN была создана в компании Bosch в начале 1980-х годов для упрощения процесса проводки кабелей в автомобилях "Мерседес".

Высокоуровневые протоколы типа DeviceNet могут рассматриваться как сложные наборы "макросов" для CAN-сообщений, специально предназначенные для автоматизации. Также на CAN базируются сети автоматизации SDS и CANopen. Еще один распространенный стандарт, J1939, был разработан обществом автомобильных инженеров SAE и представляет собой прикладной CAN-уровень, предназначенный для использования в грузовиках и автобусах.

Рассмотрим особенности отдельных протоколов верхнего уровня технологии CAN.

DeviceNet

Происхождение: Allen-Bradley, 1994 г. Поддерживающая организация: Open DeviceNet Vendor Association.

Максимальное число узлов: 64.

Скорость передачи данных: 125, 250 и 500 Кбит/с.

Особенно широкое распространение данная шина получила в автомобильной и полупроводниковой отраслях промышленности. Питающее напряжение для устройств автоматики подается по сетевому кабелю, общее число используемых кабелей и сложность разводки минимальны.

DeviceNet Detective

Перспективы OEM-бизнеса для производителей встроенных систем управления промышленным оборудованием


Модель OEM (Original Equipment Manufacturer) предусматривает, что производитель проектирует и изготавливает изделие в соответствии с требованиями заказчика, а заказчик встраивает готовые программные и аппаратные компоненты в свои изделия. Модель OEM позволяет партнерам сосредоточиться на ключевой компетенции и сократить время выведения новых продуктов на рынок. Она начала широко применяться при разработке магистрально-модульных систем, начиная со второй половины 90-х, благодаря распространению открытых стандартов на интерфейсы, шинную архитектуру, конструктивные параметры и операционные системы. В России многие компании, начавшие свой бизнес в начале и середине 90-х с дистрибуции аппаратно-программных средств, сегодня переключаются на разработку собственных систем автоматизации, в том числе, встроенных прикладных систем. Можно надеяться, что по мере подъема отечественного машиностроения для них откроется новый перспективный рынок OEM-проектов - проектирования и изготовления встроенных систем управления по заказу российских производителей машин и оборудования. Для следующего номера наши авторы на основе опроса потенциальных OEM-производителей и представителей передовых машиностроительных предприятий подготовят материал о тенденциях развития спроса и предложения на рынке встроенных систем управления промышленным оборудованием.


В ответ на многочисленные жалобы обслуживающего персонала на трудности устранения даже простейших проблем в DeviceNet-системах был разработан несложный и удобный сетевой анализатор под названием DeviceNet Detective. Это быстрое полнофункциональное средство поиска и устранения сетевых проблем, незаменимое не только для обслуживающего персонала, но и для прочих работников, в задачи которых входят запуск и поддержание работоспособности сети.

CANopen

Происхождение: CAN in Automation, 1993 г. Поддерживающая организация: CAN in Automation.

Базируется на разработанной в автомобильной отрасли технологии CAN и электрических спецификациях RS485.

Максимальное число узлов: 64.

Длина соединения: от 100 до 500 м.

Скорость передачи данных: 125, 250, 500 и 1000 Кбит/с.

Interbus

Происхождение: Phoenix Contact, 1984 г.

Максимальное число узлов: 256.

Длина соединения: 400 м на сегмент, в сумме до 12,8 км.

Скорость передачи: 500 Кбит/с (также возможна скорость 2 Мбит/с).

Может применяться вместе с подсетями SensorLoop и AS-I. Физически Interbus напоминает обычную сеть с многоотводными соединениями, однако в действительности представляет собой последовательное кольцо на базе сдвиговых регистров. Благодаря необычной сетевой топологии Interbus имеет два дополнительных преимущества. Во-первых, кольцевая топология дает главному устройству возможность самому себя конфигурировать, причем в некоторых случаях данный процесс не требует вмешательства со стороны пользователя. Во-вторых, точность сведений о сетевых отказах и месте их возникновения значительно упрощает процесс поиска и устранения отказов.

AS-I (Actuator Sensor Interface)

Происхождение: консорциум AS-I Consortium, 1993 г. Поддерживающая организация: AS-I Trade Organization.

Максимальное число узлов: 31 подчиненный, 1 главный.

Длина соединения: 100 м; с ретрансляторами до 300 м.

Скорость передачи: 167 Кбит/с.

Недавно вышедшая новая спецификация AS-I допускает подключение 62 (вместо 31) подчиненных устройств с 4 входами и 3 выходами каждое. В настоящий момент данную спецификацию поддерживает малое число производителей, однако удовлетворяющие ей новые устройства могут использоваться наравне со старыми.

Можно назвать общие области применения всех CAN-технологий: сборочные, сварочные и транспортировочные агрегаты. Используется для однокабельного соединения многовходовых блоков датчиков, интеллектуальных датчиков, пневматических вентилей, считывателей штрихкодов, приводов и операторских пультов.

ControlNet

Происхождение: Allen-Bradley, 1995 г. Поддерживающая организация: ControlNet International.

Максимальное число узлов: 99.

Длина соединения: от 250 до 5000 м (с ретрансляторами).

Скорость передачи: до 5 Мбит/с.

Типичные области применения: ответственные общезаводские сети, объединяющие персональные компьютеры, программируемые контроллеры, подсети (DeviceNet, Foundation Fieldbus Н1 и т. п.) и средства автоматизации технологических процессов. Шина ControlNet используется также для высокоскоростной передачи чувствительных ко времени данных ввода/вывода, обычных сообщений, для загрузки/выгрузки программирующих и конфигурирующих параметров, а также для обмена сообщениями между одноранговыми устройствами.

Foundation Fieldbus

Foundation Fieldbus - это открытый международный стандарт для ответственных систем управления технологическими процессами и безопасных условий эксплуатации.

Происхождение: ISA, 1998 г. Поддерживающая организация: Foundation Fieldbus.

Foundation Fieldbus Н1 (Intrinsically Safe) - внутренняя безопасная шина, 31,25 Кбит/с;

Foundation Fieldbus HSE (High Speed Ethernet) - высокоскоростной Ethernet, 100 Мбит/с.

Основой является стандарт ISA SP50/IEC 61158.

Максимальное число узлов: 240 на сегмент (поддерживается до 65000 сегментов).

Длина соединения: до 1900 м (для Н1).

Типичные области применения: распределенные системы управления, управление непрерывными процессами, периодические технологические процессы.

Ethernet

Ethernet - это неофициальный мировой стандарт административных и вычислительных сетей.

Происхождение: Digital Equipment Corporation, Intel и Xerox, 1976 г. Поддерживающие организации: Industrial Ethernet Association и IAONA.

Форматы: 10Base2, 10BaseT и 100BaseT, 100BaseFX, 1 Gigabit; кабели с медной жилой (витая пара/тонкий коаксиальный) и оптоволокно.

Максимальное число узлов: 1024; с использованием маршрутизаторов число узлов может быть увеличено.

Длина соединения: от 100 м (10Base2) до 50 км (одномодовый оптоволоконный кабель с коммутаторами).

Скорость передачи: 10 Мбит/с, 100 Мбит/с.

Типичные области применения: стандарт повсеместно распространен в локальных административных сетях. Широко используется для связи персональных компьютеров, программируемых контроллеров и управляющих систем. Постепенно начинает применяться и в производственных системах. Так что очередным рубежом, который предстоит преодолеть организациям, осуществляющим поддержку промышленных шин, станет разработка прикладных уровней Ethernet TCP/IP для протоколов этих организаций. В настоящее время в области разработки прикладных Ethernet TCP/IP идет конкуренция между следующими четырьмя продуктами.

Modbus/TCP

Если сегодня и существует какой-либо де-факто промышленный стандарт Ethernet, то это, безусловно, Modbus/TCP. Характеризуется простотой и доступностью Modbus. Вместе с тем данный стандарт унаследовал также все недостатки Modbus. Технология Modbus/TCP имеет ограниченные возможности в плане обмена сложными наборами параметрических данных между устройствами.

EtherNet/IP

По сути, EtherNet/IP - это объекты ControlNet/DeviceNet на базе TCP/IP и UDP. У данной спецификации весьма большой потенциал, однако в настоящее время она только-только выходит в свет. Примерные тексты программ и самой спецификации можно получить в ODVA, ControlNet International и Industrial Ethernet Association.

Profibus on Ethernet

Технология Profibus on Ethernet призвана объединить существующий протокол Profibus с открытым сервисом OPC/XML. Учитывая всемирную распространенность Profibus, можно высказать весьма благоприятный прогноз относительно коммерческого успеха Profibus on Ethernet.

Foundation Fieldbus High Speed Ethernet (HSE)

Реализацией протокола Foundation Fieldbus Н1 на основе TCP/IP с добавлением сервиса OPC/XML и базирующегося на TCP/IP протоколе SOAP (Simple Object Access Protocol - простой протокол доступа к объектам) является архитектура High Speed Ethernet (высокоскоростной Ethernet) HSE. Протокол HSE ориентирован на применение в обрабатывающих отраслях промышленности и является серьезным претендентом на победу среди других протоколов, рассчитанных на поддержку приложений в данной сфере.

В принципе протоколы "прикладного уровня" могут мирно уживаться друг с другом в рамках одной и той же сети. Теоретически одновременно в сети могут циркулировать не только технологические данные, но и, скажем, офисные документы. Но так как на данный момент не предложено ни одного стандарта, определяющего взаимоотношения между разнородными прикладными уровнями одной и той же сети, подобное смешение протоколов неизбежно станет причиной беспорядка и дополнительных издержек.

На сегодняшний день применение Ethernet как шины для промышленных приложений затруднено в основном по двум причинам:

  • Ethernet не поддерживает режим реального времени для управления критическими (опасными) объектами;

  • Ethernet отличается высокой стоимостью коммуникационного оборудования, в том числе проводов и разъемов для промышленной эксплуатации.

Развитие Fieldbus в России


Российские компании широко участвуют в международных ассоциациях и клубах, связанных с промышленной автоматизацией. Работают центры "кристаллизации" в области fieldbus-технологий, которые не только знакомят пользователей с соответствующими протоколами, но и способствуют внедрению стандартных fieldbus-технологий через проекты независимых компаний:

1. Ассоциация Vera+ (Москва) занимается технологией Profibus.

2. НИИ "Теплоприбор" (Москва) занимается технологией Fieldbus Foundation (FF).

3. Datamicro (г. Таганрог) занимается технологией CAN.

Современные операционные системы реального времени


Системой реального времени (СРВ) считается аппаратно-программный комплекс, реагирующий в течение предсказуемого времени на непредсказуемый поток внешних событий таким образом, что:

  • система реагирует на событие, произошедшее на объекте, в течение времени, критического для этого события;

  • система реагирует на несколько одновременно происходящих событий в течение интервалов времени, критических для этих событий.

Критичность события определяется объектом и самим событием Отсутствие необходимой реакции в течение предсказанного времени считается ошибкой для операционных СРВ (ОСРВ).

Различают системы реального времени двух типов - жесткого реального времени и мягкого реального времени. Системы жесткого реального времени не допускают задержек реакции ни при каких обстоятельствах, т. к. стоимость опоздания может оказаться бесконечно велика. К системам жесткого реального времени относятся бортовые системы управления, системы аварийной защиты, регистраторы аварийных событий. Системы мягкого реального времени характеризуются тем, что задержка реакции не бывает критичным фактором, хотя и может увеличивать стоимость достижения результата работы системы и уменьшать производительность системы в целом.

Кратко расскажем о технических критериях выбора ОС для построения систем реального времени. Заметим, что построение аппаратно-программного комплекса реального времени всегда требует конкретных расчетов параметров, поэтому к приводимым ниже рекомендациям следует относиться лишь как к отправным точкам.

Основными критериями, которые принимаются во внимание при выборе ОСРВ, относятся:

  • время реакции системы на события, связанные с объектом;

  • возможность создания бездисковой конфигурации системы;

  • время перезагрузки системы;

  • наличие инструментальных средств;

  • наличие необходимых драйверов устройств;

  • экономические параметры.

Один из главных вопросов, интересующих российского пользователя, - стоимость. Типичной ошибкой, совершаемой при выборе ОСРВ, является ограниченный взгляд на стоимость ПО, когда затраты на его приобретение сводятся к затратам на покупку операционной системы. И механически выбирается наиболее дешевый из допустимых (а иногда недопустимых) вариантов.

Ниже перечислены главные статьи затрат на программную часть проекта:

  • операционная система и средства разработки,

  • разработка (включая затраты на освоение системы),

  • дальнейшая модификация проекта,

  • лицензии,

  • сопровождение,

  • возможные риски.

Представленные на рынке программные средства можно условно разделить на операционные системы, специально разработанные для работы в реальном времени (ОСРВ), и операционные системы с дополнительным программным кодом, поддерживающим работу в реальном времени.

К первым можно отнести недорогие системы OS9, QNX, стоимостью до 10 тыс. долларов, и дорогие системы стоимостью порядка 20 тыс. долларов, в частности VxWorks. ОСРВ включают в себя развитые и удобные специализированные средства отладки, что позволяет резко сократить продолжительность разработки, особенно при построении сложных систем реального времени, для которых требуется отладка нескольких взаимодействующих процессов. Ко второму типу систем можно отнести Linux, RT Linux, RTAI и Windows NT/2000/NTE/CE, RTX. Пользователю предоставляется широкий выбор средств разработки и отладки, которые в случае применения ОС второго типа приходится приобретать дополнительно. Для Linux, RT Linux, RTAI стоимость операционной системы и средств разработки совпадает со стоимостью носителя и его пересылки (до 100 долларов). При использовании Windows NT/2000/NTE/CE, RTX стоимость ОС бывает ниже, чем для ОСРВ, однако закупка необходимых средств разработки ПО заставляет пользователя потратить порядка 3000 долларов дополнительно. Приобретение сред разработки для Windows CE или RTX поднимает общий объем затрат до уровня, соответствующего ценовому диапазону недорогих ОСРВ. В таблице 3 резюмированы рекомендации по выбору между ОСРВ и ОС с дополнительным программным кодом в зависимости от особенностей приложения.

Вероятность столкновения с непредвиденными проблемами при использовании стандартных средств разработки невелика, но нужно отметить, что среда разработки Windows CE еще очень далека от совершенства и требуется много времени на ее освоение. В целом стоимость сопровождения, дальнейших модификаций, оценка рисков высока для Windows-систем и вполне приемлема для Linux. При использовании ОС второго типа можно столкнуться и с непредвиденными проблемами. Например, может оказаться, что одна из базовых функций в расширениях реального времени работает не так, как ожидалось, или что нет документации, а на вопросы, размещенные в конференции, никто не отвечает, и приходится заниматься сложными экспериментами в ситуации, когда уже поздно поворачивать назад. Подобные риски бывают особенно велики в двух случаях:

  • когда ОС применяется при построении сложных систем реального времени,

  • когда необходимо перейти на новую версию ОС, а инструментальные средства третьих фирм не работают в новой версии.

Так что следует заранее просчитывать стоимость затрат, приходящихся на весь жизненный цикл ПО.













Схожі:




База даних захищена авторським правом ©lib.exdat.com
При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання відкритою для індексації.
звернутися до адміністрації