Промышленная витая пара (10BASE–T).

Среда передачи представляет собой экранированный кабель с двумя витыми парами с волновым сопротивлением 100 Ом. На концах кабеля, согласно стандарту 10BASE–T, располагаются разъемы RJ–45.

Витая пара позволяет устанавливать соединения “точка – точка” между двумя электрически активными компонентами. Это означает, что между ООД и портом сетевого компонента всегда устанавливается прямая связь (прямой канал). Сетевой компонент осуществляет усиление принятых сигналов и их дальнейшую передачу через все свои выходные порты. В сетях Industrial Ethernet семейства SIMATIC NET эти задачи выполняются такими сетевыми компонентами, как OLM, ELM, OSM и ESM. Максимальная длина канала, связывающего ООД и сетевой компонент (известная как “длина сегмента”) не может превышать 100.

Волоконно-оптический канал связи (10BASE–FL)

Реализация Industrial Ethernet (10 Мбит/с) с волоконно-оптическим каналом связи . В качестве среды передачи используется многомодовый волоконно-оптический кабель со стеклянными волокнами типа 62.5/125 мкм или 50/125 мкм.

Промышленная витая пара (100BASE–TX)

. В качестве среды передачи используется экранированный кабель с двумя витыми парами с волновым сопротивлением 100 Ом. Характеристики передачи данных кабеля должны удовлетворять требованиям, предъявляемым к кабелям категории 5.

Волоконно-оптический кабель (100BASE–FX)

В качестве среды передачи используется многомодовый волоконно-оптический кабель со стеклянными волокнами 62.5/125 мкм или 50/125 мкм или одномодовый волоконно-оптический кабель со стеклянными волокнами 10/125 мкм.

Волоконно-оптические кабели позволяют устанавливать соединения “точка – точка” между двумя активными компонентами. Один из сетевых компонентов выполняет усиление принимаемых сигналов и дальнейшую передачу данных через выходные порты.

В любой момент времени по сети может передаваться лишь один пакет данных. Каждый пакет данных проходит через все сегменты. Когда одна станция передает, все остальные станции принимают. Станция получает право на передачу в соответствии с методом доступа к среде передачи CSMA/CD. В состав изделий, функционирующих в соответствии с методом доступа CSMA/CD и формирующих ЛС совместного доступа, входят модули OLM/ELM, Mini UTDE, Mini OTDE, звездообразный разветвитель ASGE.

С использованием данных компонентов можно создавать шинные, звездообразные и кольцевые топологии.

Идеальной средой передачи для организации таких линий связи являются многомодовые стеклянные волокна типа 50/125 мкм и 62.5/125 мкм.

Длина оптического канала связи зависит от имеющегося оптического энергетического потенциала, а так же от потерь мощности оптического излучения на длине волны 850 нм.

Оптический канал, который связывает передатчик и приемник, характеризуется энергетическим потенциалом.

Данный параметр определяет разность между мощностью оптического излучения, отдаваемой в канал (в отдельное волокно) оптическим передатчиком, и мощностью, которая должна быть на входе оптического приемника для надежного обнаружения сигнала.

В сетях Industrial Ethernet используются следующие компоненты и кабели:

• Компоненты

OLM/ELM

Звездообразный разветвитель с интерфейсными картами

Mini OTDE

• Кабели

Волоконно-оптические кабели

Витая пара, TP корд

Триаксиальный кабель

Пример шинной топологии с использованием OLM

Узел 2

Узел 1

Электрические и оптические модули связи (ELM, OLM)

Рисунок 6–1 Industrial Ethernet OLM Рисунок 6–2 Industrial Ethernet ELM

Рисунок 6–6 Оптические/электричесие коммутирующие мод (OSM/ESM)

Модули OLM/ELM восстанавливают (регенерируют) форму и амплитуду принятого сигнала.

Оптические/электрические коммутирующие модули OSM/ESM версии 2 являются недорогим и эффективным средством для построения коммутируемых сетей, работающих при скоро

стях передачи данных 100 Мбит/с.

Industrial Ethernet является основой для построения систем управления с распределенным интеллектом, поддерживающими стандарт PROFInet. Этот стандарт существенно упрощает организацию связи между Industrial Ethernet и сетями полевого уровня, объединение в одну систему продукции различных производителей, позволяет заменить трудоемкие операции программирования систем связи их графическим проектированием

PROFIBUS

Коммуникационная сеть полевого уровня и уровня отдельных производственных участков, базирующаяся на стандарте EN 50170–1–2 и использующая гибридный метод доступа к шине (маркерное кольцо между активными узлами и "ведущий - ведомый" между активными и пассивными узлами). Средой передачи может являться витая пара, волоконно-оптический кабель или беспроводная среда.

PROFIBUS–PA – это сеть PROFIBUS для приложений в автоматизации непрерывных процессов. Она объединяет коммуникационный протокол PROFIBUS–DP и технологию передачи IEC 61158–2.

Сети PROFIBUS могут быть реализованы с использованием одной из следующих сред:

Экранированная витая пара (волновое сопротивление 150 Ом)

Искробезопасная экранированная витая пара (для PROFIBUS-PA)

Волоконно-оптический кабель

Беспроводные сети (ИК-технология)

Различные коммуникационные сети могут использоваться независимо или, в случае необходимости, объединяться между собой.

В сетях PROFIBUS используются методы доступа, описываемые стандартом EN 50170, Том 2, а именно “Token Bus” (сеть с передачей маркера или маркерное кольцо) для активных станций и “Master–Slave” (Ведущий-Ведомый) – для пассивных.

Оборот маркера (логическое кольцо)

Ведомый Ведомый Ведомый Ведомый Ведомый

Ведущий = активная станция Ведомый = пассивная станция

Маркерное кольцо ■** Ведущий-Ведомый

Рисунок 1-1 Принципы технологии доступа к среде передачи информации в сетях PROFIBUS

Активные и пассивные узлы

Технология доступа не зависит от конкретной среды передачи данных.

Право доступа к каналу передачи данных, так называемый “маркер”, передаётся от активного узла к активному узлу в порядке, определяемом логическим кольцом.

Если узел получил маркер (адресованный именно ему), он может передавать пакеты. Время, отпущенное ему на передачу пакетов, определяется временем удержания маркера. Как только это время истекает, узлу разрешается передать только одно сообщение высокого приоритета. Если такое сообщение у узла отсутствует, он передаёт маркер следующему узлу в логическом кольце. Маркерные таймеры, по которым рассчитывается максимальное время удержания маркера, конфигурируются для всех активных узлов.

Если активный узел обладает маркером, и если для него сконфигурированы соединения с пассивными узлами (соединения "ведущее устройство-ведомое устройство"), производится опрос пассивных узлов (например, считывание значений) или передача данных на эти устройства (например, передача уставок).

Пассивные узлы никогда не принимают маркер.

Описанная технология доступа поддерживает вход и выход узлов из логического кольца во время работы.

Встроенные оптические интерфейсы, OBT, OLM

Оптическая передача данных в сетях SIMATIC NET PROFIBUS реализуется с использованием встроенных оптических портов, оптических шинных терминалов (OBT) и модулей оптической связи (OLM). В качестве среды передачи используются двужильные волоконно-оптические кабели, выполненные из стекла, волокон с полимерной оболочкой или пластиковых волокон. Двужильные волоконно-оптические кабели содержат два проводящих оптических волокна, заключённых в общую оболочку.

Модули со встроенными оптическими портами и оптическими шинными терминалами (OBT) можно соединять между собой только для формирования оптических сетей, имеющих шинную топологию.

С помощью модулей OLM можно получать оптические сети, имеющие шинную топологию, топологию типа "звезда" и "кольцо". При использовании кольцевой топологии достигается резервирование канала передачи сигнала, и она лежит в основе построения сетей с высокой степенью надёжности.

Архитектура протоколов и профили

Из рис.1.2, представляющего архитектуру протоколов PROFIBUS, можно видеть, что в ней реализованы уровни 1,2 и 7. С точки зрения пользователя PROFIBUS подразделяется на 3 профиля протокола: DP, FMS и PA.

Рис.

PPOFIBUS-DP

PROFIBUS-DP применяет уровни 1 и 2, а также пользовательский интерфейс. Уровни с 3 по 7 не используются. Благодаря такой архитектуре достигается быстрая передача данных. Direct Data Link Mapper (DDLM) организует доступ к уровню 2. В основу пользовательского интерфейса положены необходимые пользовательские функции, а также системные и аппаратно-зависимые функции различных типов PROFIBUS-DP-приборов.

Этот профиль протокола PROFIBUS оптимизирован для быстрого обмена данными специально для коммуникаций между системами автоматизации и децентрализованной периферией на полевом уровне.

PROFIBUS-FMS

В PROFIBUS-FMS применяются уровни 1,2 и 7. Пользовательский уровень состоит из FMS (Fieldbus Message Specification) и LLI (Lower Layer Interface). FMS содержит пользовательский протокол и предоставляет в распоряжение коммуникационные службы.

LLI реализует различные коммуникационные связи и создает для FMS аппаратно-независимый доступ к уровню 2. FMS применяется для обмена данными на уровне ячеек (PLC и PC).

PROFIBUS-PA

PROFIBUS-PA применяет расширенный PROFIBUS-DP-протокол передачи данных. Техника передачи согласно IEC 1158-2 обеспечивает надежность и питание полевых приборов через шину. Приборы PROFIBUS-PA могут благодаря применению специальных устройств (PROFIBUS-PA-Links) в простейшем случае интегрироваться в PROFIBUS-DP-сеть.

PROFIBUS-PA – специальная концепция, позволяющая подключать к общей шине датчики и приводы, находящиеся во взрывоопасной зоне.

Активные участники, подключенные к PROFIBUS, упорядочены по возрастанию их адреса в логическое маркерное кольцо (Token-Ring) (рис.1.16).

Время одного обращения маркера через всех активных участников называется временем обращения маркера. С помощью устанавливаемого заданного времени обращения маркера Ttr (Time Target Rotation) определяется максимально разрешенное время обращения маркера.

Логическое маркерное кольцо

Мастера (Masters) – активные участники Адр.: 2

Пассивные участники (Slaves)

Рис. 1.16 Метод обмена маркером (токеном)

Метод Master-Slave

Если логическое маркерное кольцо состоит только из одного активного и нескольких пассивных участников, то это соответствует “чистой” системе Master-Slave (рис.1.17).

Метод Master-Slave делает возможным мастеру (активному участнику), который имеет право прямой передачи, опрашивать назначенных ему Slaves (пассивных участников). Мастер при этом имеет возможность принимать сообщения от Slave, и соответственно, передавать. Типичная стандартная шинная конфигурация PROFIBUS-DP базируется на этом методе управления шиной. Активная станция (DP-Master) обменивается в циклической последовательности данными с пассивными станциями (DP-Slaves).

Master (активный участник) Slave’ы (пассивные участники) Рис. 1.17 Метод доступа Master-Slave

Шинные параметры

Безупречное функционирование сети PROFIBUS достигается только тогда, когда установленные шинные параметры соответствуют друг другу. Шинные параметры, заданные для одного участника, должны устанавливаться для каждого другого участника сети, так что они идентичны во всей сети. В целом шинные параметры зависят от выбранной скорости передачи и задаются соответствующим инструментом проектирования. Изменения этих наборов параметров должно проводиться только опытным персоналом.

Все шинные параметры описывают таким образом времена, которые должны точно соответствовать друг другу. Единицей для измерения этих параметров является tBIT (time_Bit). Один tBIT – это время передачи по шине одного бита и называется также временем передачи бита. Это время зависит от скорости передачи и вычисляется следующим образом:

tBIT = 1/скорость передачи (бит/c)

Например, для скорости передачи 12 Мбит/с время передачи бита – 83 ns, а для скорости передачи 1,5 Мбит/c – 667 ns.

Резюме:

PROFIBUS (PROcess FIeld BUS) - это наиболее мощная сеть полевого уровня, которая может быть использована для большинства практических применений. Эта сеть отвечает требованиям международных стандартов IEC 61158 и EN 50170. PROFIBUS объединяет технологические и функциональные особенности последовательной связи полевого уровня. Она позволяет объединять разрозненные устройства автоматизации в единую систему на уровне датчиков и приводов. PROFIBUS использует обмен данными между ведущим и ведомыми устройствами. Требования пользователей к получению открытой, независимой от производителя системе связи, базируется на использовании стандартного протокола PROFIBUS. Одни и те же каналы связи сети PROFIBUS допускают одновременное использование нескольких протоколов передачи данных:

PROFIBUS-FMS: универсальный протокол для решения задач по обмену данными между и\нтеллектуальными сетевыми устройствами (контроллерами, компьютерами/программаторами, системами человеко-машинного интерфейса) на полевом уровне.

PROFIBUS-DP: протокол, ориентированный на обеспечение скоростного обмена данными между системами автоматизации (ведущими DP-устройствами) и устройствами распределенного ввода-вывода (ведомыми DP-устройствами). Протокол характеризуется минимальным временем реакции и высокой стойкостью к воздействию внешних электромагнитных полей.

PROFIBUS-PA: протокол обмена данными с оборудованием полевого уровня, расположенным в обычных или Ex-зонах (зонах повышенной опасности). Протокол отвечает требованиям международного стандарта IEC 61158-2.

Все оборудование, выпускаемое A&D SIEMENS для сети PROFIBUS, сертифицировано организацией пользователей PROFIBUS (PNO). Наличие этих сертификатов гарантирует надежную работу оборудования SIEMENS в сетевых структурах PROFIBUS. PROFIBUS является открытой сетью полевого уровня. Свыше 500 крупных мировых производителей выпускает оборудование с встроенным интерфейсом PROFIBUS-DP. SIEMENS оказывает техническую поддержку всем производителям, выпускающим оборудование для PROFIBUS.

Поддержка оказывается в форме технических консультаций, поставки специализированных микросхем или интерфейсных модулей. Каналы связи

В зависимости от требований, предъявляемых к сети PROFIBUS, для передачи данных могут использоваться различные виды каналов связи. Электрические каналы связи Электрические каналы связи выполняются экранированной витой парой. Для прокладки линий связи может использоваться множество кабелей для различных условий эксплуатации. Большинство из этих кабелей поддерживает технологию быстрого соединения (Fast Connect). Оптические каналы связи Оптические каналы связи PROFIBUS могут выполняться стеклянными или пластиковыми оптоволоконными кабелями, предназначенными для различных условий эксплуатации. Инфракрасные каналы связи Применение модуля ILM позволяет осуществлять передачу информации по инфракрасным каналам на расстояние до 15м. Комбинированные системы В составе одной сети PROFIBUS может использоваться комбинированное сочетание различных каналов связи.