Характеристики основных промышленных шин

Шина ASI

Основная задача этой сети - связать в единую информационную структуру устройства самого нижнего уровня автоматизируемого процесса (датчики и разнообразные исполнительные механизмы) с системой контроллеров. Это следует из названия: Actuator Sensor Interface (ASI).

ASI-интерфейс позволяет через свои коммуникационные линии передавать не только данные, но и запитывать датчики. Здесь используется принцип последовательной передачи на базовой частоте. Информационный сигнал модулируется на питающую частоту. В качестве физической среды используется специальный неэкранированный двухпроводный кабель с трапециевидным профилем. Этот кабель позволяет подключать датчики, устанавливаемые на подвижных частях механизмов. Топологией ASI-сети может быть шина, звезда, кольцо или дерево с циклом опроса 31 узла за 5 мс. Максимальный объем данных с одного ASI-узла - 4 бит.

Происхождение: консорциум AS-I Consortium, 1993 год.

Максимальное число узлов: 31 подчиненный, 1 главный.

Коннекторы: монтируемые с прорезанием изоляции разъемы для плоского желтого кабеля, двухпозиционные клеммные колодки и 12-миллиметровые быстроразборные ("микро-") разъемы.

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

Скорость передачи: 167 Кбит/с.

Размер сообщений: 8 бит (4 входящих, 4 исходящих) на сообщение для одного узла.

Метод обмена сообщениями: Strobing (стробирование).

Поддерживающая организация: AS-I Trade Organization.

Типичные области применения: в основном в сборочных, сварочных и транспортировочных агрегатах. Используется для однокабельного соединения многовходовых блоков датчиков, интеллектуальных датчиков, пневматических вентилей, коммутаторов и индикаторов.

Достоинства: чрезвычайная простота, дешевизна, распространенность, высокое быстродействие, подача питающего напряжения по сетевому кабелю. Превосходное средство для объединения устройств цифрового ввода/вывода.

Недостатки: плохо подходит для объединения устройств аналогового ввода/вывода; ограниченные размеры сети; слабая распространенность в Северной Америке (в настоящее время).

Примечание - 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.

Для питания слаботочных устройств ввода в сигнальном кабеле имеется постоянное напряжение 30 В. Питание для устройств вывода может подаваться по дополнительному плоскому (черному) кабелю; большинство устройств вывода имеет клеммы, предназначенные для подключения этого кабеля.

2 Шина ControlNet

Шина Interbus

Происхождение: Phoenix Contact, 1984 год.

Топология на основе быстродействующих сдвиговых регистров.

Максимальное число узлов: 256.

Коннекторы: 9-штырьковые D-Shell- и 23-миллиметровые цилиндрические DIN-разъемы; соединения: витая пара, оптоволоконный канал, контактное кольцо, инфракрасная связь, SMG.

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

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

Размер сообщения: 512 байт данных на узел, число передаваемых блоков не ограничено.

Типы обмена сообщениями: сканирование устройств ввода/вывода, РСР-канал для передачи данных.

Типовые области применения: в основном в сборочных, сварочных и транспортировочных агрегатах. Используется для однокабельного соединения многовходовых блоков датчиков, пневматических вентилей, считывателей штрих-кодов, приводов и операторских пультов. Может применяться вместе с подсетями SensorLoop и AS-I.

Достоинства: существенно упрощающая конфигурирование система автоадресации, расширенные диагностические возможности, широкая распространенность (особенно в Европе), низкие издержки, малое время отклика, рациональное использование пропускной способности, подача напряжения питания (для устройств ввода) по сетевому кабелю.

Недостатки: сбой любого соединения приводит к отказу всей сети; ограниченные возможности по передаче данных большого объема.

Информация об адресе в протоколе отсутствует; данные в сети пересылаются по кругу, и главное устройство всегда способно определить, из какого узла считывается или в какой узел передается информация по, так сказать, положению этого узла в кольце. Издержки протокола, таким образом, минимальны; в типовых системах с несколькими десятками узлов и (возможно) десятком устройств ввода/вывода на узел немногие шины способны показывать лучшие результаты, чем Interbus.

Кольцевая топология дает главному устройству возможность самому себя конфигурировать, причем в некоторых случаях данный процесс не требует вмешательства со стороны пользователя. Таким образом, Interbus вполне может играть роль сети, "защищенной от дурака". Кроме того, точность сведений о сетевых отказах и месте их возникновения значительно упрощает процесс их (отказов) поиска и устранения.

Шина CAN

CAN (Controller Area Network) - последовательная шина, разработанная компаниями Bosch и Intel для автомобильной промышленности. В настоящее время она используется и в распределенных системах управления (а также и в других областях автоматизации и контроля) для объединения интеллектуальных датчиков, интеллектуальных приводов и высокоуровневых систем.

CAN - это шина с несколькими мастер-узлами на основе пары медных проводников. Скорость передачи данных по этой шине зависит от длины линии связи. На расстояния до 40 метров данные могут передаваться со скоростью 1 Мбит/с, при передаче на 1000 метров скорость падает до 50 Кбит/с.

Максимальное число узлов: 64.

Коннекторы: популярные быстроразборные 18-миллиметровые ("мини") и 12-миллиметровые ("микро") разъемы с гнездами и штекерами в герметичном исполнении и универсальные 5-штырьковые клеммные блоки.

Длина соединения: от 100 до 500 метров.

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

Максимальный размер сообщения: 8 байт на сообщение для одного узла.

Типы сообщений: Polling (опрос), Strobing (стробирование), Change-of-State (изменение состояния), Cyclic (циклическое); Explicit (для передачи конфигурационных сведений и значений параметров) и UCMM (для обмена между одноранговыми устройствами). Модель обмена производитель/потребитель (Producer/Consumer).

Достоинства: дешевизна, широкое распространение, высокая надежность, эффективное использование пропускной способности, в большей степени пригодна для быстродействующих систем управления перемещением и контуров регулирования с обратной связью, подача питающего напряжения по сетевому кабелю..

Недостатки: ограниченная пропускная способность, ограниченный размер сообщений, ограниченная длина соединения, чрезмерная сложность и запутанность протокола с точки зрения разработчиков.

Основное отличие CANopen от других промышленных шин, ориентированных на соединения типа "главный-подчиненный", заключается в способности каждого узла самостоятельно обращаться к шине и напрямую обмениваться данными с любым другим узлом, минуя главное устройство. Поскольку в основе CANopen лежит протокол CAN, процесс передачи данных в коммуникационном профиле определен как управляемый событиями, что позволяет максимально сократить объем трафика. Для нужд систем управления перемещениями в CANopen имеются операции синхронизации (циклическая и ациклическая).

Протокол HART

Схема взаимоотношений между узлами сети основана на принципе MASTER/SLAVE. В HART-сети может присутствовать до 2 MASTER-узлов (обычно один). Второй MASTER, как правило, освобожден от поддержания циклов передачи и используется для организации связи с какой-либо системой контроля/отображения данных. Стандартная топология - "звезда", но возможна и шинная организация. Для передачи данных по сети используются два режима:

1) асинхронный: по схеме "MASTER-запрос\SLAVE-ответ" (один цикл укладывается в 500 мс);

2) синхронный: пассивные узлы непрерывно передают свои данные MASTER-узлу (время обновления данных в MASTER-узле за 250-300 мс).

За одну посылку один узел может передать другому до 4 технологических переменных, а каждое HART-устройство может иметь до 256 переменных, описывающих его состояние. Контроль корректности передаваемых данных основан на получении подтверждения.