4094, sieci przemyslowe

[ Pobierz całość w formacie PDF ]
A U T O M A T Y K A
Sieci przemysłowe
w praktyce – Interbus
Wśród gąszcza najróżniejszych rozwiązań
sieci przemysłowych preferowanych przez
poszczególnych producentów, Interbus jest
jednym z bardziej interesujących pomysłów na
standaryzację tej dziedziny.
System powstał już dość
dawno - w roku 1987. Nadzór
oraz kierunki rozwoju standar-
du wyznacza międzynarodowa
organizacja Interbus Club po-
siadająca regionalne oddziały
na całym świecie. W ramach
klubu działa ponad 800 produ-
centów. Powszechność stosowa-
nia standardu dobitnie ilustruje
liczbę urządzeń używających
obecnie interfejsu Interbus. Jest
ich ponad 2500000.
Na terenie Unii Europej-
skiej system jest zdefiniowa-
ny przez normę EN50254, a
jego protokół opiera się na
warstwach 1,2 oraz 7 normy
ISO7498. Pomysł stworzenia
standardu Interbus pojawił się
na początku lat osiemdzie-
siątych jako odpowiedź na
miniaturyzację w elektronice
i systemach mikrokomputero-
wych. Systemy automatyki ro-
biły się coraz mniejsze, lecz
również coraz bardziej rozle-
głe. Gwałtownie wzrosła liczba
Rys. 1. Struktura sieci INTERBUS
połączeń, a co za tym idzie
potrzebnych kabli. Do przesy-
łania informacji przestały wy-
starczać ówczesne metody tj.
pętla prądowa. Projektowany
system miał zapewniać dwu-
kierunkową transmisję cyfrową
i umożliwiać łatwe rozwijanie
standardu w przyszłości (ar-
chitektura otwarta). Praca nad
Elektronika Praktyczna 3/2005
125
A U T O M A T Y K A
Rys. 2. Magistrala odległa
w INTERBUS
wymi takimi jak: temperatura,
ciśnienie, prędkość obrotowa
silnika. Są to również dane
sterujące elementami wyko-
nawczymi takimi jak: zasuwy,
parametry punktu pracy. Jeśli
w sieci jest tylko kilka ele-
mentów dane te dość szybko
zostają uaktualniane w sieci
(1…5 ms). Jednak w przypad-
ku wielu elementów, nawet
jeśli są to tylko pojedyncze
bity krańcówek lub elemen-
tów wykonawczych, czas od-
świeżania może okazać się
za duży. Warto tutaj zastoso-
wać mechanizm przesyłania
danych przesyłający je tyl-
ko jeśli ulegną one zmianie.
Taka metoda drastycznie zre-
dukuje ilość danych przesy-
łanych w sieci, a co za tym
idzie zwiększa jej wydajność.
Można tutaj wyobrazić sobie
system sterowania sekwencją
zaworów. Jeśli tych zaworów
jest dużo a niewielki ich
procent jest wyzwalany jed-
nocześnie, to tylko elementy
wdanej chwili zamykane lub
otwierane, obciążają sieć.
Dane zarządzające
to ko-
munikaty używane do parame-
tryzowania, monitorowania i
programowania inteligentnych
urządzeń w sieci. W odróż-
nieniu od poprzedniego typu
dane te nie mają charakteru
cyklicznego. Nie muszą być
odświeżane co jakiś czas, wy-
starczy przecież raz ustalić pa-
rametry inteligentnego urządze-
nia wykonawczego lub podob-
nego. Przeważnie jest tak, że
urządzenia przechowują swoją
konfigurację nawet w przy-
padku zaniku napięcia zasila-
jącego. Wystarczy więc skonfi-
gurować nowe urządzenia lub
zrobić to dla wszystkich przy
starcie systemu.
W celu osiągnięcia przej-
rzystości systemu, w którym
dane mogą być przesyłane w
sposób wydajny i niezawodny,
jako podstawową architekturę
sieci wybrano relację:
pan
i
sługa
(
master-slave
)
W SKI jest tylko jedno
urządzenie panujące niepo-
dzielnie nad innymi i zarzą-
dzające siecią, jest to sterow-
nik systemu HCB (
Host Con-
troller Board
). Do niego jest
podłączona magistrala odległa
RB, oraz za pomocą odpo-
wiednich elementów siecio-
wych: instalacyjna magistrala
odległa IRB (
Installation Re-
mote Bus
), magistrala lokalna
LB (
Local Bus
) - patrz
rys.
1
.
Na funkcje HCB składa się
sterowanie i nadzór nad wy-
mianą informacji przy pomocy
cyklicznego protokołu INTER-
BUS, monitorowanie systemu
komunikacyjnego, detekcja błę-
dów w sieci, jak również in-
formowanie o nich za pomocą
wyświetlacza LCD i diod świe-
cących. Ponadto wyświetlane
są informacje diagnostyczne o
systemie jak: tryby pracy, wy-
stąpienie błędu, status danych
procesowych itp. HCB jako
urządzenie nadrzędne oprócz
zarządzania ma za zadanie
systemem zaowocowała właśnie
stworzeniem Systemu Komuni-
kacyjnego Interbus (SKI).
Systemy przemysłowe łą-
czone przez sieci są z zasa-
dy unikalne w rozwiązaniach
szczegółowych. Sieć musi być
jednak więc uniwersalna. Nie-
zależnie bowiem od dołączone-
go urządzenia musi zapewniać
poprawną wymianę danych
między nim, a innymi elemen-
tami systemu. Dla zapewnienia
poprawnego dialogu przesyłane
informacje zostały podzielone
na dwie grupy:
- dane procesu (
I/OData
),
- dane zarządzające (komu-
nikaty, parametry konfigu-
racyjne).
Dane procesu
są rzeczywi-
stymi wielkościami pomiaro-
126
Elektronika Praktyczna 3/2005
A U T O M A T Y K A
Tab. 1. Podstawowe dane techniczne systemu INTERBUS
Liczba urządzeń I/O
Max. 512 (256 Bus Terminal)
Długość kabla segmentu magistrali
odległej
Max. 400 m
Całkowita długość magistrali IBS
12,8 km (kabel miedziany), 80km
światłowód)
Prędkość transmisji 500 kb/s
Liczba punktów I/O Max. 4096
Długość magistrali lokalnej Max. 10 m
Długość instalacyjna magistrali
odległej
Max. 50 m
Zabezpieczenie transmisji danych CR-Check, Hd 4
Protokół komunikacyjny
EN 50 254, DIN E 19258
również połączenie systemu
sieci przemysłowej do interfej-
su umożliwiającego wymianę
danych z światem zewnętrz-
nym. Np. z operatorem ob-
sługującym czy nadzorującym
linię technologiczną. Segmenty
magistrali odległej RB są pod-
łączone do sterownika central-
nego za pomocą modułów ter-
minalowych BT.
Podłączenie to jest pod-
dane ograniczeniom. Najważ-
niejsze z nich to maksymalna
odległość między modułami.
Zarówno HCB jak i moduła-
mi terminalowymi BT. Wyno-
si ona 400 m. Cała długość
sieci INTERBUS wynikająca z
jej teoretycznej pojemności to
102,4 km (256 BT·400 m). Do-
świadczalnie jednak ustalono
że maksymalna długość przy
jakiej system pracuje popraw-
nie to 12,8 km dla kabla mie-
dzianego o odpowiednich para-
metrach (
rys.
2
)
.
W przypadku potrzeby pod-
łączenia urządzeń znajdujących
się w większych odległościach
należy zastosować światłowody.
Ustalono że odległość wówczas
zwiększa się do 80 km.
Moduły terminalowe
oprócz funkcji wzmacniaczy
sieci umożliwiają również two-
rzenie rozgałęzień sieci. Dzięki
temu jest możliwe dołączanie
do sieci odległej RB sieci lo-
kalnych LB lub instalacyjnych
magistrali odległej. Segmentów
sieci lokalnej może być tyle
co modułów terminalowych
BT czyli 256. Elementem od-
różniającym sieć odległą od
instalacyjnej jest przesyłanie w
segmencie oprócz informacji
również zasilania elementów
podłączonych do niej. Dzię-
ki temu wszelkie przełączniki
oraz czujniki nie potrzebują
dodatkowych przewodów z
zasilaniem.
W praktyce magistrale in-
stalacyjne posiadają takie same
funkcje co odległe. Elemen-
ty łączone w niej to moduły
terminalowe CBK. Jej długość
to maksymalnie 50 m. Liczba
bloków CBK nie jest jedno-
znacznie określona, zależy ści-
śle od pobieranego obciążenie
Rys. 3.
Elektronika Praktyczna 3/2005
127
A U T O M A T Y K A
przez poszczególne z nich.
Sumaryczny maksymalny prąd
jaki może być pobierany przez
nie to 4,5 A. W praktycznej
realizacji LB często jest wyko-
rzystywana przy wewnętrznych
połączeniach szaf sterowni-
czych. Natomiast sieć lokalna
może mieć maksymalnie 10 m.
Podstawowe parametry syste-
mu INTERBUS przedstawiono
w
tab.
1
.
System INETRBUS jest
systemem deterministycznym
i czasowo krytycznym. Stan-
dard posiada również specy-
ficzne możliwości określane
jako INTERBUS-LOOP. Proto-
kół transmisji zastosowanym
przy przesyłaniu danych w
sieci przypomina duży re-
jestr przesuwający dane. W
praktyce przesuw realizowa-
ny jest za pomocą interfejsu
sieciowego SUPI (
Serial Mi-
croprocesor Interface
) (
rys.
3
– przesuwanie Informacji
w sieci INTERBUS) w takt
IPMS (
INTERBUS Protocol
Master
). Metodę tą twórcy
nazwali
summation-frame
procedure
. Najważniejszą z
jej zalet jest transmisja bez-
kolizyjna TDMA (
Time Divi-
sion Multiple Access
). Trans-
misja ta polega na przy-
dzieleniu czasu transmisji
dla każdego modułu podłą-
czonego do sieci w którym
wystawia on swoje dane w
sieci. Ponadto przydziela-
ne są dodatkowe interwały
czasowe służące do trans-
misji przy zaistnieniu zda-
rzenia (
on demand
). Jest to
wyjątek w typowo cyklicz-
nej transmisji przesyłania
danych. Umożliwia jednak
zwiększenie przepustowości
sieci, ponieważ urządzenia
nie wymagające cyklicznej
obsługi zajmują czas tylko w
razie konieczności. Ponieważ
każde z urządzeń cały czas
nasłuchuje zdarzenia w sieci
jednocześnie z nadawaniem
może następować odbiór da-
nych (
Full Duplex
)
Dzięki zastosowania su-
macyjnej ramki transmisji za-
gwarantowany jest stały czas
cyklu wymiany danych w
sieci. Wynosi on zazwyczaj
kilka lub kilkanaście ms.
Technologia INTERBUS-
-LOOP umożliwia połącze-
nie pojedynczych czujników
i elementów wykonawczych,
zarówno analogowych jak i
dyskretnych w ramach jed-
nej lokalnej pętli za pomo-
cą tylko dwóch przewodów
zgodnie z specyfikacją IEC-
-1000-4-4. Umożliwia ona na
komunikację z maksymalnie
32 urządzeniami podłączony-
mi do jednej pętli.
W praktyce łącznie z
dwoma przewodami komu-
nikacyjnymi w linii tej są
jeszcze dwa służące do do-
prowadzanie zasilania do ele-
mentów w pętli. Maksymalny
dopuszczalny prąd pobierany
przez element to 40 mA.
Transmisja danych w pętli
odbywa się natomiast za po-
mocą zakodowanego kodem
Manchester, modulowanego
sygnału prądowego. Modu-
lacja przebiega przy stałym
napięciu zasilającym +24 V.
Mimo pewnej odmien-
ności konstrukcyjnej i jako-
ściowej I-L przy podłączeniu
do magistrali Interbus nie
wymaka konwersji protokołu
lub zastosowania dodatko-
wych elementów pośredni-
czących.
Innym standardem roz-
powszechnianym razem z
podstawowym Interbusem
jest jego adaptacja nazwana
– INTERBUS INLINE. Cha-
rakteryzuje się dużą swobodą
konfiguracji sprzętowej oraz
łatwością montażu. Składa
się z modułów wzajemnie
do siebie pasujących niczym
klocki. Montaż jest tym
prostszy, że elementy w tym
systemie są przystosowane
do montażu na listwach 35
mm zgodnych z normami:
EN 50022 i EN 50 035. Do
jednej sieci za pomocą mo-
dułów terminalowych można
podłączyć do 63 segmentów
INLINE. W celu zmonto-
wania sieci system INLINE
udostępnia następujące typy
modułów:
- moduły zasilające (
Power
Terminals
) - odpowie-
dzialne za dostarczenie
zasilania do w części
INLINE,
- moduły BT (
Bus Termi-
nal
) – łączą system in-
line z magistralą odległą
(RB) sieci INTERBUS,
- moduły we/wy (
I/O Ter-
minals
) – łączące czujniki
i elementy wykonawcze z
systemem INTERBUS,
- moduły separujące (
Seg-
ment Terminals
) – umoż-
liwiają one odseparowa-
nie grup urządzeń w ra-
mach systemu INLINE,
- moduły funkcyjne i wy-
konawcze dużej mocy,
jest to grupa urządzeń
komunikacyjnych jak
również duże elementy
wykonawcze, sterujące
pozycjonujące i inne.
Adam Bieńkowski
adam@abproject.pl
128
Elektronika Praktyczna 3/2005
[ Pobierz całość w formacie PDF ]

  • zanotowane.pl
  • doc.pisz.pl
  • pdf.pisz.pl
  • styleman.xlx.pl

    		•