Характеристики сетей типов Fieldbus и Sensorbus

Основные критерии	Fieldbus	Sensorbus
Длина сети	от 100 м до 10 км	до 1 км
Время цикла	от 10 мс до 10 с	от 1 мс до 1 с
Объем передаваемых данных за цикл	от 8 байт до нескольких сотен байт	от 1 до 8 байт
Доступ к шине	фиксированный/ свободный	свободный
Цена среды передачи	низкая	очень низкая
Цена подсоединения одного узла, EUR	150-500	10-100

На сегодняшний день спектр протоколов для обоих этих классов довольно широк.

Типичные представители промышленных сетей контроллерного уровня:

1) PROFIBUS (Process Field Bus)-DP, -PA, -FMS,

2) BITBUS,

3) ControlNet.

Типичные сети низовой автоматики:

1) HART,

2) Modbus,

3) ASI (Actuator/Sensor Interface),

4) Interbus-S,

5) DeviceNet.

Типичные открытые сети для обоих уровней применения:

1) CAN (Controller Area Network),

2) FIP (Factory Instrumentation Protocol),

3) LON (Local Operating Network).

Обобщенная сетевая структура возможного использования протоколов на определенных уровнях промышленного предприятия (рис.11.12).

Рис.11.12. Обобщенная сетевая структура промышленного предприятия

Понятие "field" - определяет область, связанную непосредственно с производственной зоной, где работают контроллеры, датчики (давления, температуры, уровня и т.д.) и исполнительные механизмы (клапаны, реле и т.д.). Промышленная сеть обеспечивает физическую и логическую связи датчиков с системным интеллектом, роль которого выполняют ПЛК или промышленные компьютеры таким образом, чтобы информация с этого уровня была доступна общезаводской информационной системе.

Функции промышленных сетей:

1) автоматизация на общезаводском уровне (высокая скорость передачи, короткое время реакции на события, длина линий до 300м, большинства приложений обеспечение взрывозащищенности не является обязательным),

2) автоматизация на уровне управления конкретными технологическими процессами (среднее время цикла опроса датчиков (до 100 мс), длина линий связи до 1500м и более, реализация механизмов внутренней и внешней защиты).

Cенсорные сети

MODBUS. (Modicon (группа Schneider Electric)).

Обеспечивает сбор данных контроллерами Modicon. Любой физический интерфейс: RS-232C, RS-422, RS-485 или токовая петля 4-20 мА. Однако чаще используется интерфейс RS-485.

Метод MASTER/SLAVE (1 MASTER-узел и до 247 SLAVE-узлов). Только MASTER инициирует циклы обмена данными.

Используется 2 типа запросов:

1) запрос/ответ (адресуется только один из SLAVE-узлов),

2) широковещательная передача (MASTER через выставление адреса 0 обращается ко всем остальным узлам сети одновременно без квитирования).

Устанавливает фиксированный формат команд, последовательность полей в команде, обработку ошибок и исключительных состояний, коды функций. Для кодирования передаваемых данных используются форматы ASCII и RTU.

Каждый запрос со стороны ведущего узла включает:

1) код команды (чтение, запись и т.д.),

2) адрес абонента (адрес 0 - для широковещательной передачи),

3) размер поля данных,

4) собственно данные или буфер под данные

5) контрольный CRC-код.

Функция обслуживания тайм-аута реализована для фиксирования коллизий при приеме/передаче данных.

Набор команд протокола описывает функции:

1) чтение/запись битов и битовых последовательностей,

2) чтение/запись регистров,

3) функции диагностики,

4) программные функции,

5) функции управления списком опроса,

6) функция сброса (RESET).

Протокол MODBUS можно назвать наиболее распространенным в мире и используется десятками фирм. Хотя ограничения этого протокола достаточно очевидны, он привлекает простотой логики и независимостью от типа интерфейса.

HART-протокол (Fisher Rosemount Inc. середина 80-х гг).

Реализует принцип частотной модуляции для цифровой передачи, на технологии 4-20 мА. На аналоговый сигнал 4-20 мА накладывается частотно модулированный цифровой сигнал:

1) с амплитудой колебаний +/-0,5 мА,

2) логической единице соответствует частота 1200 Гц,

3) логическому нулю соответствует- 2200 Гц,

4) физический канал – экранированная витая пара.

5) скорость передачи до 1200 бод.

Метод MASTER/SLAVE. (может быть 2 MASTER-узла (обычно один). Второй MASTER, как правило, обеспечивает связь с системой контроля/отображения данных).

Стандартная топология "точка-точка" или "звезда".

Возможно построение топологии типа "шина" (до 15 узлов), когда несколько узлов подключены на одну витую пару. Питание осуществляется по шине.

Два режима передачи:

1) "запрос-ответ", т.е. асинхронный обмен данными (один цикл укладывается в 500 мс);

2) все пассивные узлы непрерывно передают свои данные на MASTER-узел (время обновления данных в MASTER-узле 250-300 мс).

Три группы команд:

1) универсальные - общего назначения, используются на уровне операторских станций: код производителя для устройства в сети,

Ø модель,

Ø серийный номер,

Ø краткое описание устройства,

Ø диапазоны ограничений,

Ø набор рабочих переменных,

2) команды для групп устройств:

Ø фиксация значения тока на выходном канале,

Ø сброс

Ø и т.д.

3) команды, зависящие от устройства:

Ø старт/стоп,

Ø функции калибровки

Ø и т.д.

За одну посылку узел может передать до 4 технологических переменных,

Каждое HART-устройство может иметь до 256 переменных описывающих его состояние.

Структура информационного байта имеет стандартный формат:

1) 1 стартовый бит,

2) 8 бит данных,

3) 1 бит контроля нечетности,

4) 1 стоповый бит.

Метод контроля корректности передаваемых данных основан на получении подтверждения.

В США HART-сообщения можно свободно передавать по телефонным линиям.

В Европе для этих целей необходимо иметь выделенный телефонный канал.

На сегодня установлено около 600 тысяч HART-узлов.

Наличие международной организации "HART Communication Foundation" позволяет активно продвигать эту промышленную сеть в среде пользователей.

AS-i интерфейс. (IBM, Siemens, Pepperl+Fuchs, Allen-Bradley, Limberg, одноименная ассоциация, 1989г)

Реализует современную тенденцию построения распределенных систем автоматизации - использовать технологии сквозного сетевого доступа:

1) система должна объединять в сеть не только контроллеры, но желательно и датчики,

2) объединение должно удовлетворять всем современным требованиям по надежности и открытости, предъявляемые к любой промышленной сети.

Обеспечивает связывание в единую информационную структуру устройств нижнего уровня распределенной системы управления: датчиков и разнообразных исполнительных механизмов, имеющих соответствующий сетевой интерфейс. Имеет шлюзы в другие промышленные сети – ModBus, PROFIBUS, INTERBUS-S, Device Net и др. (рис.11.13)

Рис.11.13. Упрощенная схема ASi-сети

Каждый узел ASI-сети должен иметь специальную интерфейсную микросхему с поддержкой ASI-протокола. ASI-интерфейс позволяет передавать данные и электропитание к узлам сети по одной паре проводов Топологией может быть шина, кольцо, дерево или звезда. Общая длина сегмента до 100 м, а с использованием репитеров - 300 м. Максимальное время цикла 5..10 мс. Скорость передачи до 167Кбод Сеть ASI представляет собой сеть оконечных устройств распределенной системы управления.

Логическим центром любой топологии является один MASTER-узел:

1) контролирует всю работу сети,

2) организует обмен данными с PLC.

ASi-MASTER может быть создан на большом числе типов контроллеров, через которые организуются шлюзы в промышленные сети более высокого уровня. Часто ASI-MASTER выполняется в виде отдельной платы контроллера или компьютера. Максимальное число ведомых (slave) устройств, подключаемых к одному MASTER-узлу - 62.

Выпускается специальный ASI-кабель, в котором оба проводника упакованы в специальную мягкую резиновую оболочку, которая делает этот кабель гибким и устойчивым к многократным изгибам. Этот кабель используется для подсоединения датчиков, устанавливаемых на подвижных частях механизмов.

Для кодирования данных используется известный Манчестерский код, в котором "0" и "1" кодируются по восходящему и нисходящему фронту сигнала. Такой тип кодирования снижает влияние на ASI-кабель внешних возмущений. Адрес каждого сетевого устройства записывается в его постоянной памяти.

Для сокращения ASi-цикла на низкой скорости передачи, используется наиболее компактный формат:

ST: стартовый бит ("0"); ЕВ: стоповый (конечный) бит ("1");

SB: управляющий бит (0 - запрос данных параметра адреса; 1 - запрос команды);

А0...А4: адрес вызываемого ведомого устройства (5 разрядов);

I0..I4: параметр, команда (5 разрядов); РВ: бит четности.

Электрические характеристики: общий ток в системе ограничен 2 А, к каждому узлу подается напряжение 24 VDC.

Interbus-S ( Phoenix Contact, 1984 г).

Одна из первых промышленных шин, получивших широкое распространение благодаря:

1) дальности охвата,

2) гибкости,

3) быстродействию,

4) диагностическим средствам,

5) автоадресации.

Физический интерфейс: RS-485, является сетью с многоотводными соединениями, реализующими последовательное кольцо на базе сдвиговых регистров.

Каждый подчиненный узел имеет 2 коннектора: через один - данные принимаются, через другой передаются в следующий узел.

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 положению этого узла в кольце. Поэтому размер протокола минимален.

Благодаря необычной сетевой топологии имеет 2 дополнительных преимущества:

1) кольцевая топология дает главному устройству возможность самому себя конфигурировать, причем в некоторых случаях данный процесс не требует вмешательства со стороны пользователя,

2) точность сведений о сетевых отказах и месте их возникновения значительно упрощает процесс их поиска и устранения.

Может работать с устройствами как аналогового, так и цифрового ввода/вывода. Канал РСР - коммуникационный механизм упаковки в Interbus-протокол конфигурационных параметров и управляющих команд без какого-либо влияния на процесс передачи обычных данных ввода/вывода.

Основные характеристики:

1) максимальное число узлов в сети - 512,

2) длина соединения (расстояние между узлами) до 400 метров,

3) общая дальность охвата сети до 12,8 км,

4) скорость передачи - 500 Кбит/с,

5) размер сообщения: 512 байт данных на узел,

6) число передаваемых блоков не ограничено,

7) типы обмена сообщениями:

Ø сканирование устройств ввода/вывода,

Ø РСР-канал для передачи данных.

DeviceNet. (Allen-Bradley, 1994 г.).

Сеть нижнего уровня и обеспечивает связь между разнообразными промышленными устройствами (фото- и термодатчики, исполнительные механизмы) и устройствами более высокого уровня (ПЛК и PC) без использования модулей ввода/вывода.

Имеет шинную топологию, физический канал - 4-проводный кабель. Помимо протокола обмена, сеть предусматривает:

1) стандартизованные открытые и герметичные разъемы устройств,

2) диагностические индикаторы

3) профайлы (файлы параметров) устройств.

В дополнение к чтению состояния дискретных датчиков и управления пусковыми устройствами сеть позволяет передавать:

1) значение температуры и тока нагрузки пусковых устройств,

2) изменять скорость замедления приводов,

3) регулировать порог срабатывания датчиков.

Устройства могут быть удалены или заменены без удаления других устройств и без применения средств программирования, что снижает эксплуатационные издержки.

К сети могут быть подключены 64 узла (до 2048 устройств - по 32 на узел), для связи используется комбинация ответвителей из экранированной витой пары. Ответвители DevicePort - пассивные, многопортовые, поставляются с 4 или 8 герметичными микропортами быстрого отключения. Данные посылаются по необходимости короткими пакетами.

Определены 3 значения скорости передачи данных: 125, 250 или 500 кбит/с. Длина магистрали (толстый кабель диаметром 12,2 мм) соответственно 500, 250 и 100 м. Длина одиночных отводов - 6 м.

Контроллерные сети

BITBUS. ( Intel, 1984г.) (стандарт IEEE 1118).

Используется для построения распределенных систем, обеспечивающих высокую скорость передачи, детерминизм и надежность. Основа: широко известный протокол управления каналом передачи данных SDLC (Фирма IBM).

Метод MASTER/SLAVE. Физический интерфейс: RS-485.

Протокол прост и не требует больших аппаратных затрат, но не дает возможности построения сложных систем.

Максимальная длина локальной сети BITBUS 13,2 км, общее число абонентов в сети - до 240. Длина одного сегмента (гальванически изолированный участок сети) 1,2 км. Число абонентов и ретрансляторов в одном сегменте - 28.

Использование многоуровневой сетевой структуры оправдано тогда, когда нужно состыковать несколько BlTBUS-сетей, использующих различные скорости передачи данных.

Функции MASTER-узла могут концентрироваться в одном узле и распределяться по нескольким MASTER-узлам. В этом случае необходима организация механизма передачи телеграммы-маркера (права доступа к шине) от одного MASTER-узла к другому, но организация этого механизма довольно сложна.

Протокол BITBUS определяет два режима передачи данных по шине:

1) синхронный режим,

2) режим с самосинхронизацией.

Синхронный режим:

1) предполагает использование 2-х дифференциальных сигнальных пар: для данных и для синхронизации,

2) используется при необходимости работы на большой скорости, но на ограниченных расстояниях,

3) топология сети может включать до 28 узлов,

4) длина шины ограничивается 30 м,

5) скорость может быть от 500 до 2400 Кбод.

Режим с самосинхронизацией.

1) используются 2 дифференциальные пары: для данных и для управления репитером,

2) используя шинные репитеры, можно объединять последовательно несколько шинных сегментов (до 28 узлов на сегмент), что позволяет значительно удлинить шину,

3) скорости передачи: 375 Кбод (до 300м) и 62,5 Кбод (до 1200м),

4) общее число узлов до 240,

5) общая длина общей шины — до 13,2 км.

Общий вид стандартного формата любой информационной посылки:

Для поддержки протокола разработан ряд специальных микроконтроллеров, например:

1) Intel N 80C152JA (12 МГц);

2) Intel N 80C152JB (16 МГц).

PROFIBUS.(PROcess Field BUS) (Гр немецких компаний: Siemens, Bosch, и KIockner-Moeller), обеспечивает:

1) организация связи с устройствами, гарантирующими быстрый ответ;

2) создание простой и экономичной системы передачи данных, основанной на открытых стандартах;

3) реализация интерфейса между уровнями 2 и 7 OSI-модели.

Стандарт протокола описывает уровни 1, 2 и 7 OSI-модели (физический уровень, уровень передачи данных и прикладной уровень). Используется гибридный метод доступа: MASTER/SLAVE и децентрализованная процедура передачи маркера.

Сеть может состоять из 122 узлов, из которых 32 могут быть MASTER-узлами. Адрес 0 зарезервирован для режима широкого вещания ("broadcast") (рис.11.14).

Рис. 11.14. Общая схема PROFIBUS-сети:

В среде MASTER-узлов по возрастающим номерам узлов передается маркер, который предоставляет право ведения циклов чтения/записи на шине. Все циклы строго регламентированы по времени, организована продуманная система тайм-аутов. Протокол хорошо разрешает разнообразные коллизии на шине. Настройка всех основных временных параметров определяется пользователем.

Протоколом определены следующие команды:

1) SDN (послать данные без подтверждения),

2) SDA (послать данные с подтверждением),

3) SRD (послать и запросить данные),

4) CSRD (циклическая посылка и запрос данных).

При передаче данных обнаружение и исправление ошибок ведется на основе хеммингова расстояния 4, то есть в любой посылке данных 3 ошибочных бита будет обнаружено, а один бит может быть восстановлен.

Задачи в области промышленной связи часто требуют разных решений:

1) в одном случае необходим обмен комплексными (сложными, длинными) сообщениями со средней скоростью,

2) в другом - требуется быстрый обмен короткими сообщениями с использованием упрощенного протокола обмена, например, с датчиками или испол нительными механизмами.

3) в третьем случае необходима работа в опасных участках производства, например в газоперерабогке.

Все эти задачи могут быть решены с использованием протокола PROFIBUS.

Говоря о PROFIBUS, необходимо иметь в виду, что под этим общим названием понимается совокупность 3-х различных, но совместимых протоколов: PROFIBUS-DP, PROFIBUS-FMS и PROFIBUS-PA.

Сеть PROFIBUS-DP. Применяется для высокоскоростного обмена данными с оконечными устройствами. Протокол физического уровня базируется на стандарте RS-485. Длительность цикла опроса зависит от числа узлов в сети и для скорости обмена 1,5 Мбит/с и числа станций 32 не более 6 мс. Максимальная скорость обмена 12 Мбит/с достигается на длине сегмента 100 м, минимальная — 100 кбит/с на длине 1200 м.

DP-протокол представляет функциональное подмножество 2-го уровня протокола PROFIBUS-FMS. Уровень 7 в PROFIBUS-DP не описан.

Сеть PROFIBUS-FMS. Общего назначения для связи контроллеров и интеллектуальных устройств. Описывает уровни 1, 2 и 7 OSI-модели. Основное его назначение - передача больших объемов данных.

Сеть PROFIBUS-PA. Используется в устройствах, работающих в опасных производствах. В основе протокола PA (Process Automation) лежит протокол ISP (Interoperable Systems Project).

Уровень 1 (физический) реализует стандарт IEC 61158-2 (с внутренней защитой данных),

Уровень 2 - функциональное подмножество стандарта DIN 19245.

Сегмент PROFIBUS-PA имеет длину до 1900 м, скорость обмена между узлами сети — 31,2 кбит/с.

Распределенная система управления может состоять из устройств, реализующих все 3 типа стандарта, однако РА-устройства необходимо подключать к PROFIBUS-PA через разделительные мосты.

Известно свыше 500 PROFIBUS-изделий (как аппаратных, так и программных).

ControINet. (Allen-Bradley)

Управляющая сеть, удовлетворяющая требованиям приложений реального времени с высокой пропускной способностью. Основана на топологии общей шины, однако ее можно сконфигурировать в виде звезды или виде древовидной структуры.

Объединяет функции ввода/вывода и обмена "точка-точка", обеспечивая высокую производительность для обоих функций.

Обеспечивает детерминированные, периодические пересылки всех критических управляющих данных в дополнение к пересылке некритичных по времени данных. Фирменный метод доступа к носителю, используемый в сети, приводит к детерминированной доставке критичных ко времени данных (запланированных), назначая им более высокий приоритет, чем для некритичных (незапланированных). В результате обновление входов /выходов и взаимные блокировки контроллеров всегда имеют приоритет перед загрузкой/сохранением программ и обменом сообщениями.

Все устройства ControlNet имеют прямой доступ к данным в сети Foundation Feildbus. Сеть обеспечивает избыточность носителя, что позволяет поддерживать функционирование системы при повреждении кабеля и взрывобезопасность при использовании оптоволоконного канала передачи.

К сети могут быть подключены ПЛК, датчики, исполнительные механизмы устройства человеко-машинного интерфейса и др. Запланированные данные передаются со скоростью 5 Мбит/с, что улучшает как производительность ввода/вывода так и связи процессор-процессор. Гибкая архитектура системы может работать с несколькими процессорами, в любом месте кабеля шины сегмента сети можно установить до 99 адресуемых узлов (через ответвители).

На сегменте сети можно осуществить как дискретные, так и недискрет ные посылки данных входов/выходов. Дискретная передача данных ввода/вывод; происходит, когда единственный блок данных ввода/вывода (8, 16 или 32 бита, соответствующие образу модуля ввода/вывода) передается и принимается одновременно от всех модулей в шасси. Таким образом, за одну дискретную пересылку обновляется образ ввода/вывода для всех дискретных модулей, установленных в шасси Недискретная передача данных происходит, когда блок данных (до 64 слов в пакете) пересылается в один или из одного блока ввода/вывода.

Каждая таблица отображения входов/выходов процессора ControlNet может со держать ограниченное число данных. Каждое вхождение в сеть соответствует одной запланированной пересылке данных входов/выходов между процессором ControlNe и шасси ввода/вывода или же сообщению другому процессору ControlNet. Посколь ку добавление вхождения к таблице отображения входов /выходов создает запланированную пересылку данных входов/выходов на периодической основе, которую определяет пользователь, то для запланированных пересылок данных не требуетется программная логика. Для недискретных передач ввода/вывода существует возможность программирования их как незапланированных пересылок, чтобы сделать их пересылками по событию.

Modbus Plus. (Модификация протокола Modbus). Скорость передачи данных достигает значений 1 Мбит/с. Сетевая шина использует одиночный или для улучшения надежности системы двойной кабель. В качестве физической среды используется экранированная витая пара. До 32 узлов может быть подключено к кабелю сети длиной 450 метров При использовании повторителя длина кабеля достигает 1800 метров, а количестве узлов сети - 64.

Сети соединяются между собой с помощью мостов. В этом случае сообщения из узла в одной сети могут быть переданы узлу в другой сети.

Передача данных внутри сети опирается на механизм передачи маркера. В каждый конкретный момент передачу запросов осуществляет только один узел. Узел получивший запрос, сразу отправляет подтверждение его получения. После завершения сеанса опроса узлов активный узел передает маркер следующему узлу с большим адресом и т.д. Сами запросы, как и в случае с Modbus, опираются на регистровую структуру ПЛК.

Универсальные сети

World-FIP. (Результат коллективных усилий ряда европейских компаний (в основном Франции, Бельгии и Италии) как альтернативное решение предлагаемым американским рынком промышленным сетям).

Обеспечивает высокие скорости передачи и строго определенные интервалы обновления данных. Имеет гибридный централизованный /децентрализованный контроль за шиной, основанный на принципе широкого вещания (broadcast). Контроль осуществляется со стороны центрального узла сети (central unit), называемого Арбитром. Основной поток данных организован как набор отдельных переменных, каждая из которых идентифицирована своим именем. Любая переменная, обработанная в одном узле-передатчике, может быть прочитана любым числом узлов-приемников. Использование режима широкого вещания избавляет от процесса присваивания каждому устройству уникального сетевого адреса. Каждый узел шины полностью автономен и получают предназначенные для них переменные.

Шинный арбитр имеет 3 рабочих цикла (продолжительность каждого устанавливается самим пользователем):

1) Циклический трафик - арбитр сети имеет таблицу циклического опроса, состоящую из поименованных переменных. Порядок опроса устанавливается в соответствии с этой таблицей. Если какая-либо переменная должна опрашиваться чаще остальных, то она должна быть упомянута в этой таблице кратное числу опросов раз. Арбитр имеет доступ более чем к одной таблице опроса, но только одна из них может иметь активный статус. В конце цикла этатаблица может быть модифицирована. Такой трафик применяется в приложениях, ориентированных на пакетную обработку данных.

2) Периодический трафик - арбитр обращается к отдельным переменным из каждого узла сети по запросу. Запросы на работу с переменными генерируются во время циклического трафика.

3) Обслуживание сообщений - арбитр предоставляет право на передачу любому устройству сети, запросившему эту функцию во время циклического графика. Получив это право, устройство может передать свое сообщение (с подтверждением или без) одному или всем устройствам на шине.

Функции управления некоторым процессом могут быть распределены на шине между различными устройствами. Это возможно потому, что, с одной стороны, все "приемники" принимают одинаковые переменные одновременно, а с другой - время обновления данных и их передача подчиняются строгому контролю. Таким образом, основу FIP составляет база данных реального времени. FTP-протокол описывается стандартом UTE46 (Франция), он полностью специфицирован на уровнях 1, 2 и 7 модели ISO/OSI.

Особенностью реализации FIP-протокола является ограниченное число кристаллов, поддерживающих этот протокол. В качестве среды передачи используется витая пара или оптоволокно.

CANBUS. (BOSCH, начало 80х гг) (стандарт ISO 11898).

Обеспечивает сбор и обработку результатов от множества датчиков за короткие промежутки времени с помощью сетевой структуры, объединяющей все компоненты и использующей для этой цели недорогую, последовательную сетевую структуру. Общая схема работы сети на рис.11.15.

Рис. 11.15. Общая схема CANBUS -сети

Описывает 1-й и 2-й уровень OSI-модели, удовлетворяет требованиям задач реального времени. Механизм передачи данных позволяет обнаруживать и исправлять ошибки с хемминговым расстоянием 6, т.е. 2 ошибочных бита исправляются и 5 ошибочных битов обнаруживаются. Системы на основе CANbus достаточно легко конфигурируются и обладают средствами централизованной диагностики. Является последовательной шиной, механизм работы которой описывается моделью CSMA/CM (децентрализованный контроль за доступом к шине - модернизированный вариант модели CSMA/CD).

Отличие заключается в механизме разрешения коллизий. В CANbus каждый блок данных содержит дополнительный 11-битовый идентификатор, который является, по сути, приоритетом данного сообщения. Назначение приоритетов может происходить следующим образом: один - для параметра скорости, другой - для частоты вращения коленчатого вала двигателя и т.п. Каждый узел-приемник в сети CANbus сам выбирает предназначенные для него сообщения. Возможные коллизии, связанные с одновременным запросом шины, разрешаются на основе приоритетности сообщений; право на работу с шиной получит тот узел, который передает сообщение с наивысшим приоритетом.

В каждом сообщении может быть передано от 0 до 8 бит данных. Большие блоки можно передавать за счет использования принципа сегментации. Фирма BOSCH предоставила ряду компаний лицензионное право на выпуск микросхем для CANbus: IAM, Inicore, INTEL, Intermetall, Motorola, National Semiconductor, NEC, Philips, SGS-Thompson и Siemens.

Сегодня на основе CANbus есть решения для 7-го уровня:

1) SDS (Honeywell);

2) DeviceNET (Alien Bradley);

3) CAL (протокол, предложенный Ассоциацией CiA).

LonWorks. (Echelon Corporation (США), ассоциация "The LonMark Interoperability Assotiation" (100 компаний)).

Создана для систем управления с большим числом каналов данных, получаемых на основе коротких сообщений между большим числом узлов в сети. Каждый узел работает независимо и имеет возможность общаться с любым другим узлом в зависимости от различных событий, например, по изменению состояния на входных каналах или по возникновению каких-либо таймаутов. Узлы должны отвечать на запросы и выполнять команды со стороны других узлов. Если говорить о методе доступа к среде передачи, то здесь использован метод CSMA/CD.

Структура описывается с помощью Конфигуратора сети, позволяющего устанавливать, например, взаимосвязь входных/выходных аналоговых каналов между разными узлами сети. Разработанная таким образом конфигурация записывается в EEPROM каждого узла.

Включает группу устройств (узлов сети), соединенных тем или иным видом физического интерфейса: витая пара, радиоканал или оптический кабель. Скорости передачи, естественно, зависящие от среды передачи, достигают 1,3В Мбод.

Каждое устройство содержит специальный интерфейсный контроллер Neuron, состоящий из 3 микропроцессоров в одном корпусе:

1) MAC (media access control СРU) - процессор поддерживает уровни Z и 2 OSI-модели;

2) NET (network СРU) - процессор реализует с 3 по 6 уровни,

3) АРР (application CPU)- пpoцeccop обрабатывает функции прикладного уровня.

Этот набор работает на частоте 10 МГц. Диапазон возможных скоростей передачи данных в сети от 4,88 Кбод до 1,25 Мбод. Наиболее часто используются скорости 78 Кбод и 1,25 Мбод.

Фирмами Motorola и Toshiba выпускаются 2 интерфейсных кристалла для LON-сети 3120 и 3150. Кристалл 3120 содержит ROM, EEPROM и RAM (все в одном корпусе) и не имеет интерфейса к внешней памяти. Кристалл 3150 спроектирован для больших систем и содержит интерфейс к внешней памяти, но не имеет ROM-памяти.

Топология сети может иметь произвольный вид. Наиболее общей и часто используемой является "шина" и "произвольная топология":

Характеристика	Произвольная топология	Шина
Максимальное расстояние, м	500 — 1400
Максимальное число узлов
Пропускная способность (пакетов/с): v 12-байтовые пакеты	v 64-байтовые пакеты v 400 (пиковая)/320 (устойчивая) v 100 (пиковая)/80 (устойчивая)

Произвольная топология не имеет ограничений на структуру сети, может быть построена в виде звезды, колец и множественных соединений. Такая сеть должна обязательно иметь хотя бы один блок терминатора сети.

Особенность использования LON-сети: что устройства, разработанные для одной топологии, из-за отсутствия универсальных трансиверов нельзя использовать для другой.

Все данные, передаваемые по LON-сети, имеют стандартный сетевой тип (Standard Network Variable Type. SNVT). Когда сеть сконфигурирована, отдельные узлы посылают подробности своих SNVT-переменных в некоторый центральный узел, который хранит у себя их местоположение в сети. Использование SNVT позволяет строить сеть, в которой узлы могут заменяться на другие без изменения основного программного обеспечения.

Foundation Fieldbus. (Ассоциация североамериканских компаний ISP-Foundation (Fisher Rosemount, Yokogawa, Foxboro, Siemens) и WorldFIP (Honeywell, Groupe Shneider, Allen-Bradley и др., 1997 год).

Динамично развивающийся стандарт на промышленную сеть. Открытый протокол, позволяющий использовать программно-аппаратные средства различных производителей. Являяется 2-уровневым сетевым протоколом, сочетающим черты мощной информационной магистрали для объединения компьютеров верхнего уровня и управляющей сети, объединяющей контроллеры, датчики и исполнительные механизмы.

Стандарт определяет 2 уровня сети.

1) Нижний (протокол H1) в качестве физической среды передачи данных за основу взят стандарт IEC 61158-2, который позволяет использовать сеть Foundation Fieldbus на взрывоопасных производствах с возможностью запитки датчиков непосредственно от канала связи. Скорость передачи на уровне H1 составляет 31,25 Кбит/с.

2) Верхний (протокол Н2) используется Foundation Beldbus HSE, основанный на сети Fast Ethernet со скоростью передачи 100 Мбит/с.

Особенностью является определение дополнительного пользовательского уровня (User Level), позволяющий, применяя определенные функциональные блоки (например, аналоговый ввод или вывод, ПИД- регулятор и др.), строить промышленные сети с распределенным интеллектом.

Максимальное число узлов - 240 на сегмент (поддерживается до 65000 сегментов), длина соединения до 1900 метров (для H1).

Методы обмена сообщениями:

1) клиент/сервер (Client/Server),

2) издатель /подписчик (Publisher /Subscriber),

3) уведомление о событиях (Event Notification).

Сеть Foundation Fieldbus может быть использована в качестве полной замены аналогового стандарта токовой петли 4...20 мА.

Ethernet. (Термин от слов Ether (перевод "простой эфир" - многообразие сред передачи данных) и Net (сеть).) Часто называют DIX-технологией по начальным буквам фирм-разработчиков: DEC, Intel и Xerox).

Спецификация Ethernet (стандарт IEEE 802.3) была опубликована в 1980 г:

1) Fast Ethernet (IEEE 802.3u.) - в 1995 г,

2) Gigabit Ethernet (IEEE 802.3z) - в 1997 г.

3) Eigabit Ethernet(на витой паре категории 5) (IEEE 802.3ab) – в 1999г.

Число сетей Ethernet (стандарт IEEE 802.3) в настоящее время превышает несколько миллионов, а число пользователей - десятки и сотни миллионов и непрерывно увеличивается.

Ethernet - открытый промышленный сетевой стандарт, который поддерживает:

1) неявный обмен сообщениями (обмен сообщениями ввода/вывода в реальном времени),

2) явный обмен (обмен сообщениями),

3) одновременно оба вида обменов.

Использует широко распространенные чипы связи Ethernet и физические носители. Поскольку технология Ethernet используется с середины 70-х годов и широко распространена во всем мире, продукты Ethernet поддерживает большое количество поставщиков оборудования для автоматизации. Использование Ethernet обеспечивает доступ ко всем устройствам уровня данных из Internet.

Сеть использует протокол стандарта Ethernet TCP/IP (Transmission Control Protocol/ Internet Protocol) - протокол управления и передачи/ протокол Интернета. Поскольку технология Ethernet и стандартные блоки протокола TCP/IP опубликованы для общественного использования, стандартизованные сервисные программы и физические носители производятся массово и легко доступны. Стандарты TCP/IP являются открытыми и постоянно совершенствуются. Протокол TCP/IP является двухуровневым.

IP-протокол - базовый протокол нижнего уровня стека TCP/IP - отвечает за передачу информации по сети, т.е. за правильность доставки сообщения (message) по указанному адресу. Информация передается блоками, которые называются дейтаграммами. Протокол IP не исключает потерь данных или доставки дейтаграмм с ошибками.

При передаче дейтаграмм IP-протокол выполняет фрагментацию дейтаграмм на передающей стороне и их сборку на приемной стороне, если размер кадров в сети отличается от размера исходных дейтаграмм.

Дейтаграмма состоит из заголовка и поля данных. Размер дейтаграммы, способной быть принятой устройствами в сети, составляет 576 байт. Именно поэтому, при большой длине дейтаграммы, производится ее фрагментация, т. е. разделение на части. После передачи фрагментов дейтаграммы маршрутизатором, эти фрагменты на приемной стороне объединяются.

По своим функциям IP-протокол, являясь протоколом сетевого уровня, образует с протоколом межсетевых управляющих сообщений отдельный межсетевой уровень. Модуль IP подготавливает заголовок дейтаграммы, подсоединяет к нему данные, получаемые от протоколов верхнего уровня TCP и UDP, определяет подсетевой адрес и передает их модулю, реализующему протокол сетевого уровня подсети отправителя. Последний создает заголовок пакета подсети, присоединяет к нему в качестве данных дейтаграмму и передает пакет через подсеть отправителя. Затем вызывается модуль протокола сетевого уровня подсети получателя, который в свою очередь создает заголовок пакета, присоединяет к нему в качестве данных дейтаграмму и отправляет пакет получателю. Станция-получатель освобождает дейтаграмму от заголовка пакета и передает её модулю IP, определяющему, какой прикладной программе предназначена дейтаграмма. Затем, в ответ на системный вызов, данные передаются прикладной программе получателя вместе с адресом отправителя и др. параметрами. В настоящее время используется 32-х битная адресация IP-адреса (IP v.4).

Для определения локального или физического адреса по IP-адресу используется, протокол разрешения адресов ARP (Address Resolution Protocol) (RFC 826). Обратная задача - нахождение IP-адреса по известному физическому адресу, решается с помощью реверсивного протокола разрешения адреса RARP (Revers Address Resolution Prot