Лекция 11.Информационные (проводные) сети промавтоматики

Промышленные сети контроллеров

Сеть (информационная) - среда обмена данными.

Общая характеристика:

1) масштабность,

2) протокол (обмена).

Типы сетей по масштабности:

1) локальные LAN (Local Area Networks) - расположенные на ограниченной территории,

2) городские MAN (Metropolitan Area Networks) - предназначенные для обслуживания территории крупных городов (мегаполисов) (связывают локальные сети в масштабах города и обеспечивают их выход в глобальные сети),

3) глобальные WAN (Wide Area Networks) - объединяющие территориально удаленных пользователей на большой территории (за пределами городов и стран).

Сети промышленной автоматики являются локальными.

Протокол - формализованные правила, определяющие последовательность и формат сообщений, которыми обмениваются устройства (узлы) сетевые, находящиеся на одном уровне.

Стек коммуникационных протоколов (Стек) - иерархически организованный набор протоколов взаимодействия узлов в сети (например стек TCP/IP).

 

Промышленная сеть (FieldBus, или «полевая» шина) – среда, обеспечивающая обмен данными между контроллерами, датчиками сигналов и разнообразными исполнительными механизмами.

Обеспечивает:

v совместимость в сети приборов от разных производителей,

v выход на уровень системы управления предприятием (верхний уровень - коммерческие системы обработки данных).

Основные требования к промышленной сети:

1) Высокая производительность.

2) Предсказуемость времени доставки информации.

3) Помехоустойчивость.

4) Доступность и простота организации физического канала.

5) Максимально широкий сервис для приложений верхнего уровня.

6) Минимальная стоимость аппаратной реализации, особенно на уровне контроллеров.

7) Максимальный доступ к каналу с минимальным временем ожидания в очереди.

8) Возможность резервирования сети и сетевых устройств.

Основная особенность промышленных сетей:

1) низкая стоимость,

2) надежность передачи данных.

Общая характеристика других сетей используемых в промышленности приведена в следующей главе.

Архитектура промышленных сетей

Модель ISO/OSI

ISO (1978 г) с целью разрешения проблемы взаимодействия сетевых систем с различными видами вычислительного оборудования предложена «Описательная модель взаимосвязи открытых систем» (OSI-модель, ISO/OSI Model или 7-уровневая модель). Большинство промышленных сетей поддерживают эту модель, особенно 1,2 и 7-ой уровни: физический, уровень передачи данных и прикладной. Однако единой стандартной промышленной сети сейчас не существует, поскольку эта область развивалась усилиями отдельных компаний или групп.

Организацией Fieldbus Foundation (более 125 компаний, 1994 г) введен стандарт Fieldbus (IEC-61158-2), включающий 8 подстандартов на сети Foundation Fieldbus, Control Net, Profibus, P-Net, Interbus и др.

Модель ISO/OSI

7.Прикладной (Application)	Обеспечивает связь программ пользователя с объектами сети
6.Представление данных (Presentation)	Определяет синтаксис данных, управляет их отображением на виртуальном терминале
5.Сеансовый (Session)	Управляет ведением диалога между объектами сети
4.Транспортный (Transport)	Обеспечивает прозрачность передачи данных между абонентами сети
3.Сетевой (Network)	Определяет маршрутизацию «пакетов»сети и связь между сетями
2.Канальный (Data Link)	Выполняет передачу данных («кадров») по каналу, контроль ошибок, синхронизация данных
1.Физический (Physical)	Устанавливает и поддерживает физическое соединение

1. Физический уровень (стандарт Х.21 ICCTT) - обеспечивает необходимые механические, функциональные и электрические характеристики для установления, поддержания и размыкания физического соединения.

2. Канальный уровень (стандарт HDLC ISC) - гарантирует передачу данных между устройствами: управляет сетевым доступом и механизмами записи и восстановления данных в случае ошибок при передаче.

3. Сетевой уровень (стандарт Х.25 ICCTT) - определяет функции маршрутизации «пакета данных» через несколько логических каналов по одной или нескольким сетям. Принадлежностью «пакета» является сетевой адрес.

4. Транспортный уровень (стандарт ЕСМА-72) - обеспечивает прокладку маршрута в сети и продвижение пакета данных по маршруту. Используется механизм «окна» с подтверждением получения данных от отправителя.

5. Сеансовый уровень (стандарт ЕСМА-75) - определяет синхронизацию информационного взаимодействия прикладных процессов обмена данными, т. е. поддержание диалога между процессами определенного типа.

6. Уровень представления данных (стандарт ЕСМA 84, -86, -88) - обеспечивает представление данных в требуемом формате. Хранение и обработка данных осуществляется СУБД.

7. Прикладной уровень обеспечивает непосредственную поддержку прикладных процессов и программ конечного пользователя и управление взаимодействием этих программ с различными объектами сети передачи данных (реализуются функции «объект-объект», «объект-оператор», «оператор-объект», «объект-архив»).

Протокол модели ОSI - набор правил, определяющих начало, собственно процесс связи и его окончание между одноранговыми объектами.

Перед передачей на нижеследующий уровень к сообщению добавляется управляющая информация - заголовок уровня (#N) в соответствии с протоколом, принятым на данном уровне.

Стандарты IEEE 802.x модели ОSI для уровней 1 и 2:

802.1- архитектура управления сетями и стандарты управления сетевыми устройствами на аппаратном уровне,

802.2 - протоколы подуровня 2.2 управления логическим каналом LLC (Logical Link Control),

802.3 - 802.5 - стандарты подуровня 2.1 управления доступом к среде MAC (Medium Access Control) и физического уровня,

802.6- стандарты на городские сети,

802.7 и 802.8 - методики передачи данных в широком диапазоне частот, в том числе по оптоволкну,

802.9 - стандарты для интегрированных сетей (передача речи и данных).

Стандарты IEEE 802.x модели ОSI для физического уровня и MAC- подуровня:

IEEE 802.3: стандарт сети Ethernet для множественного доступа с прослушиванием несущей и обнаружением коллизий CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detect), включает:

IEEE 802.Зu: Fast Ethenet,

IEEE 802.Зz: Gigabit, Ethernet,

IEEE 802.3ab Gigabit Ethernet на витой паре категории 5,

IEEE 802.4: маркерная шина (Token Ring),

IEEE 802.5: маркерное кольцо (Token Ring).

Механизм передачи сообщения от отправителя – на рис.11.1.

Рис.11.1.Механизм передачи сообщения от отправителя (узел А) к получателю (узел В)

Структура уровней 1 и 2 модели OSI – на рис.11.2.

Рис.11.2.Структура уровней 1 и 2 модели OSI:

 

Кроме модели OSI существуют и другие, более простые стандарты сетей передачи данных. Структура кадра канального уровня по протоколу ЕСМА – рис.11.3.

Рис.11.3.Структура кадра канального уровня по протоколу ЕСМА:

Формат кадра по стандарту FDDI, разработанного ANSI. Предусматривает использование волоконно-оптической линии связи, скорость передачи 100 Мбит/с, топология - двойное кольцо – на рис.11.4.

Рис.11.4. Формат кадра по стандарту FDDI: Р - преамбула; SD - разделитель начала кадра; FC - поле управления кадра; SA – адрес отправителя; DA - адрес получателя; FSC - контрольная последовательность кадра; ED - разделитель конца кадра; FS - поле статуса кадра