Важные стандарты GRID/Web-сервисов

Технология GRID возникла в результате стандартизации оборудования и программного обеспечения. Одним из важных аспектов технологии явилась виртуализация систем и процессов, включая процессы управления. Наиболее важные стандарты, которые стоит рассмотреть, относятся к GRID/SOA и включают в себя:

· Предложенный OASIS, стандарт "WS-Provisioning";

· Ресурсы управления (WS-RF или структура ресурсов Веб-сервисов);

· Установление безопасности (WS-Security, WS-SecureConversation, WS-Trust, WS-Federation, безопасные Web-сервисы, использующие Kerberos);

· Обработка метаданных (WSDL, UDDI, WS-Policy);

· Построение и интеграция архитектуры Веб-сервисов c использованием GRID (см. OGSA);

· Гармоничное сочетание (стандарты, используемые для для абстрагирования бизнес-процессов от прикладной логики и источников данных и устанавливать правила, которые позволяют взаимодействовать бизнес-процессам).

· Верхний программный слой управления бизнес-процессом (инженерный язык для Веб-сервисов - BPEL4WS).

· Два других предложенных стандарта WS-Notification (поддерживаемый IBM/HP) и WS-Eventing (спонсируется Microsoft и другими) достойны более детального рассмотрения.

· BPEL4WS – язык реализации бизнес-процессов Веб-сервисами, (BPEL4WS) - стандарт, для управления бизнес-процессами, который соответствует архитектуре, ориентированной на сервисы. BPEL4WS использует Веб-сервисы для того, чтобы пропускать информацию через программы и базы данных. а также для взаимодействия программа-программа, BPEL4WS способен взаимодействовать с другими бизнес-процессами, работающими на разных платформах.

Есть множества определений "вычислительной архитектуры GRID". Некоторые определения очень широки и рассматривают кластеры серверов, которые используют общий источник данных. Другие определения описывают GRID, как распределенную сетевую среду, которая использует тысячи информационных систем и других субсистем памяти. Остальные определения лежат где-то между этими двумя. С нашей точки зрения, GRID’ы состоят из:

1. Схемы интеллектуальной загрузки/балансировки для сетей высокого быстродействия.

2. Сетевой архитектуры, для подсоединения к вычислительным ресурсам и ресурсам памяти.

3. Стандарты, которые делают возможным построение неоднородных систем и приложений для совместного прозрачного использования этих ресурсов.

GRID – архитектура, позволяющая распределенным системам обмениваться ресурсами, совместно производить вычисления и хранить информацию.

 

Важным стимулом внедрения GRID явилось и то, что большинство информационных центров используют свои ресурсы не более чем на 30% (Forrester Research). Побочным стимулом к развитию данной технологии был и тот факт, что в существовавших центрах до 75% стоимости стало составлять питание, охлаждение и управление.

 

Виртуализация

Ресурсы, которые могут быть доступными, для выполнения вычислительных задач, называются виртуальными (нереальными до тех пор, пока они не понадобятся). На рис. 1 показана виртуализация в качестве уровня, относящегося к инфраструктуре SOA. Если требуются дополнительные ресурсы вычисления или хранения, SOA посылает этому слою запрос о необходимости увеличения вычислительной мощности, оперативной или дисковой памяти слою виртуализации, задачей которого является нахождение дополнительных ресурсов (локально или во внешней сети).

Рис. 1. Виртуализационный слой (см. Clabby_GRID_Report)

Вычислительные GRID

Многие из самых емких вычислительных приложений исследовались и разрабатывались различными научными сообществами, и не должно удивлять то, что эти сообщества были ранними создателями технологии GRID, которые могли использовать незадействованные вычислительные возможности. Вычислительные GRID’ы, использовались в течение более чем десятилетия в этих сообществах для того, чтобы соединить мощности тысяч PC и серверов для создания среды, которая может обеспечить супервычислительные возможности (по цене, которая много ниже стоимости суперкомпьютера).

Некоторые из самых известных научных проектов GRID:

· Проект Seti@Home – используются тысячи интернет-PC, для поиска внеземной жизни).

· Проект (GIMPS - Great Internet Mersenne Prime Search) - международная научно-исследовательская математическая система.

· Информационный GRID NASA (IPG) GRIDобъединяет суперкомпьютеры и системы памяти, принадлежащие организациям-участникам, Этот проект помогает правительству, исследователям и промышленности в целом, накапливать вычислительную мощность и облегчать информационный обмен между учеными НАСА..

· The Oxford e-Science GRID - Проект университета Оксфорда в области e-Science касается всемирных распределенных научных коллабораций, которые требуют доступа к большому объему данных и больших компьютерных ресурсов, и очень высокого качества визуализации для каждого отдельного ученого.

· Проект Intel-United Devices для исследований рака - этот исследовательский проект, основанный на GRID, предназначен для создания новых лекарств от рака, К проекту привлекаются организации и отдельные лица, желающие внести вклад имеющимися процессорными мощностями (PC). Эти свободные мощности используются в GRID инфраструктуре путем загрузки специального программного обеспечения. Исследования фокусируются на протеинах, которые могут быть возможными мишенями раковой терапии.

Наибольшие усилия в области GRID прикладываются для развития научно-исследовательского проекта “TeraGRID”. TeraGRID был начат национальным научным фондом (NSF) США в августе 2001. Проект рассчитан на многие годы и предполагает создание крупнейшей в мире инфраструктуры GRID для научных вычислений. В 2004, TeraGRID будет включать в себя 20 терафлоп вычислительной мощности, почти один петабайт данных, и среду для визуализации с высоким разрешением для моделирования и симуляции. Поддерживающая GRID сеть будет работать со скоростью 40 гбит/c.

Информационные GRID

Информационные GRID являются GRID, которые обеспечивают компьютерные ресурсы для углубленного анализа используемых совместно больших баз данных (часто разнородных).

Коллаборационные GRID

Коллаборационные GRID используются для обработки и интерпретации данных. Эти данные могут иметь визуальную форму, размещены географически рассредоточено, например, это могут быть группы, работающие над проектами по дизайну и моделированию.

Правительственные GRID

Правительства используют распределенное программирование дольше, чем какой-либо бизнес. Использование правительствами распределенных сетей для обороны и разведки, началось задолго до прихода ученых в эту область. Сегодня правительства используют технологию GRID, чтобы понизить эксплуатационные расходы, улучшить использование ресурсов, и стимулирования научные исследований и открытий.

Прикладные GRID

Доклад, подготовленный в прошлом году (его можно найти по адресу www.saugatech.com) компанией Connecticut-based Saugatuck Technology из Коннектикута отмечает, что менеджеры информационных систем плохо понимают различие между вычислительными и прикладными GRID. Так же там сказано, что, хотя 48 % - рассмотренных менеджеров, знакомы со термином "utility computing ", только 2 % действительно понимают, что это такое, Так же там сказано что только 19 % менеджеров, знают и понимают, что такое "GRID computing".

11 ПРОМЫШЛЕННЫЕ ИНТЕРФЕЙСЫ. 11.1 Основные критерии выбора

 

Предпочтительность того или иного сетевого решения как средства транспортировки данных можно оценить по следующей группе критериев:

 

· объем передаваемых полезных данных;

 

· время передачи фиксированного объема данных;

 

· удовлетворение требованиям задач реального времени;

 

· максимальная длина шины;

 

· допустимое число узлов на шине;

 

· помехозащищенность;

 

· денежные затраты в расчете на узел.

 

Часто улучшение по одному параметру может привести к снижению качества по другому, то есть при выборе того или иного протокольного решения необходимо следовать принципу разумной достаточности.В зависимости от области применения весь спектр промышленных сетей можно разделить на два уровня:

 

· Field level (промышленные сети этого уровня решают задачи по управлению процессом производства, сбором и обработкой данных на уровне промышленных контроллеров);

 

· Sensor/actuator level (задачи сетей этого уровня сводятся к опросу датчиков и управлению работой разнообразных исполнительных механизмов).

 

Другими словами, необходимо различать промышленные сети для системного уровня (field busses) и датчикового уровня (sensor/actuator busses). Сравнение этих двух классов в самом общем виде можно получить по критериям из табл. 5.

 

Табл. 5. Сравнительные критерии промышленных сетей типов Fieldbus и Sensorbus

 

На сегодняшний день спектр протоколов для обоих этих классов довольно широк. Но надо помнить, что область их применения лежит на одном из двух уровней.

 

Типичные представители открытых промышленных сетей:

 

· PROFIBUS (Process Field Bus)

 

· BITBUS

 

Типичные открытые сенсорные (датчиковые) сети:

 

· ASI (Actuator/Sensor Interface)

 

· Interbus-S

 

· PROFIBUS-DP (Profibus for Distributed Periphery)

 

· SERCOS interface

 

Типичные открытые сети для обоих уровней применения:

 

· CAN (Controller Area Network)

 

· FIP (Factory Instrumentation Protocol)

 

· LON (Local Operating Network)

 

Ha рис. 1 представлена обобщенная сетевая структура, показывающая в общем виде возможное использование того или иного протокола на определенных уровнях условного промышленного предприятия.

 

Рис.1. Уровни связи и типовые промышленные сети в автоматизации

 

11.2. Промышленные сети

 

Как уже отмечалось выше, 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.). Задача "fieldbus" (или полевой шины, или промышленной сети) состоит в организации физической и логической связи датчиков с системным интеллектом, роль которого выполняют PLC или промышленные компьютеры таким образом, чтобы информация с этого уровня была доступна общезаводской информационной системе.

 

Промышленные сети должны полностью удовлетворять запросам потребителей по модульности, надежности, защите от внешних помех, простоте в построении, монтаже и программировании логики работы.

 

Сегодня говорить о некоей универсальной промышленной сети не приходится. Однако требования к ней уже сегодня проглядываются и понятны классы прикладных задач, которые надо решать с ее помощью:

 

· Автоматизация на общезаводском уровне;

 

Здесь необходимы следующие качества: высокая скорость передачи, короткое время реакции на события, длина линий до 300 метров. На этом уровне для большинства приложений понятие взрывозащищенность не является обязательным.

 

· Автоматизация на уровне управления конкретными технологическими процессами.

 

Здесь необходимы следующие качества: среднее время цикла опроса датчиков (до 100 мс), длина линий связи до 1500 м с реализацией механизмов внутренней защиты (intrinsically safe).

 

На сегодняшний день существуют десятки разнообразных промышленных сетей. Но в данном обзоре будут приведены характеристики, свойства и области применения наиболее известных из них. Выводов и рекомендаций, что лучше, а что хуже, автор данного материала не делает. Цель одна: дать читателю пищу для размышлений и возможность самому сделать соответствующие заключения.

 

11.4  Modbus

 

Этот протокол разработан фирмой Gould Inc. для построения промышленных распределенных систем управления. Специальный физический интерфейс для него не определен. Эта возможность предоставлена самому пользователю: RS-232C, RS-422, RS-485 или же токовая петля 20 мА.

 

Протокол MODBUS работает по принципу MASTER-SLAVE, или "ведущий-ведомый". Конфигурация на основе этого протокола предполагает наличие одного MASTER-узла и до 247 SLAVE-узлов. Только MASTER инициирует циклы обмена данными. Существует два типа запросов:

 

· запрос/ответ (адресуется только один из SLAVE-узлов);

 

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

 

Протокол MODBUS описывает фиксированный формат команд, последовательность полей в команде, обработку ошибок и исключительных состояний, коды функций. Длякодированияпередаваемыхданныхиспользуютсяформаты ASCII (American Standard Code for Information Interchange) и RTU (Remote Terminal Unit). Каждый запрос со стороны ведущего узла включает код команды (чтение, запись и т.д.), адрес абонента (адрес 0 используется для широковещательной передачи), размер поля данных, собственно данные или буфер под данные и контрольный CRC-код. Функция обслуживания тайм-аута реализована для фиксирования коллизий при приеме/передаче данных.

 

Набор команд протокола описывает функции:

 

· чтение/запись битов и битовых последовательностей;

 

· чтение/запись регистров;

 

· функции диагностики;

 

· программные функции;

 

· функции управления списком опроса;

 

· функция сброса (RESET).

 

Протокол MODBUS можно назвать наиболее распространенным в мире. Для работы со своими изделиями его используют десятки фирм. Хотя ограничения этого протокола достаточно очевидны, он привлекает простотой логики и независимостью от типа интерфейса.

 

11.5 World-FIP

 

Этот протокол является результатом коллективных усилий ряда европейских компаний (в основном, Франции, Бельгии и Италии) как некое альтернативное решение, предлагаемое американским рынком промышленных сетей. Протокол FIP (The Factory Information Protocol) нацелен на высокие скорости передачи и строго определенные интервалы обновления данных.

 

Протокол 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 (участник) на шине полностью автономен. Все узлы должны уметь получать предназначенные для них переменные.

 

Шинный арбитр имеет три рабочих цикла. Продолжительность каждого цикла устанавливается самим пользователем. Эти три цикла выглядят следующим образом:

 

1. Циклический трафик.

 

В этом случае 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 эта таблица может быть модифицирована. Такой трафик применяется в приложениях, ориентированных на пакетную обработку данных.

 

2. Периодический трафик.

 

В этом случае шинный 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. То есть, основу FIP составляет так называемая "База данных реального времени".

 

FIP-протокол описывается стандартом UTE46 (Франция). Он полностью специфицирован на уровнях 1, 2 и 7.

 

· 7-ойуровень (Application Layer): NF C46-602, NF C46-606

 

· 2-ойуровень (Data Link Layer): NF C46-603

 

· 1-ыйуровень (Physical Layer): IEC 1158-2

 

Особенностью реализации FIP-протокола является ограниченное число кристаллов, поддерживающих этот протокол. Вот их полный ряд: FIPIU2, FIPCO1, FULLFIP2 и FULLFIP2LP.

 

В таблице 6 суммируется некоторая информация по этим кристаллам.

 

Табл. 6. Обобщенная информация по FlP-кристаллам

 

В качестве среды передачи используется витая пара или оптоволокно.

 

Описанные выше интерфейсные кристаллы сегодня работают с такими известными микроконтроллерами, как 8051, 68НС11, 68332, 80196, 80386.

 

Программное обеспечение реализовано под операционные системы MS DOS и OS-9.

 

11.6 CANBUS

 

История этого протокола началась в начале 80-х годов. Технологии того уровня подошли к такому этапу, что возникла необходимость сбора и обработки результатов от множества датчиков, устанавливаемых в автомобилях, за короткие промежутки времени. Эту задачу можно было решить только при использовании сетевой структуры, объединяющей все компоненты и использующей для этой цели недорогую, последовательную сетевую структуру. По этой причине фирма BOSCH (Германия) разработала протокол "Control Area Network" (CAN), который был утвержден Международной организацией по стандартам в качестве стандарта ISO 11898. Этот стандарт был взят на вооружение несколькими фирмами-производителями кристаллов.

 

Протокол CAN описывает 1-ый и 2-ой уровень OSI-модели.

 

По своим характеристикам он удовлетворяет требованиям задач реального времени. Реализованный механизм передачи данных позволяет обнаруживать и исправлять ошибки с хемминговым расстоянием 6, то есть 2 ошибочных бита исправляются и 5 ошибочных битов обнаруживаются.

 

Системы на основе CANbus достаточно легко конфигурируются и обладают средствами централизованной диагностики.

 

CANbus - это последовательная шина, механизм работы которой описывается моделью децентрализованного контроля за доступом к шине, так называемой моделью CSMA/CM. Эта модель представляет собой 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. Общая схема работы сети представлена на рис. 3.

 

Рис.3. Общая схема работы сети CANBUS

 

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 доступны следующие микроконтроллеры:

 

· от INTEL - 82526, 82627;

 

· от NEC - 72005;

 

· от Philips - 82С200;

 

· от Siemens - 81С90/91.

 

В марте 1992 года пользователи и производители аппаратуры, имеющей отношение к CANbus, создали международную Ассоциацию "CAN in Automation" (CiA). Эта некоммерческая организация занята продвижением этого протокола и системных решений на его основе на рынке автоматизации.

 

В настоящее время она объединяет около 170 фирм.

 

Протокол CANbus закрывает 1-ый и 2-ой уровни OSI-модели. Сегодня на основе CANbus есть решения для 7-го уровня. Это протоколы промышленных сетей:

 

· SDS (Honeywell)

 

· DeviceNET (Alien Bradley)

 

· CAL (протокол, предложенный Ассоциацией CiA)

 

Каждый из этих высокоуровневых протоколов имеет свою область применения.

 

Из-за недостатка информации они в данный обзор не вошли.

 

11.7. LonWorks

Система LonWorks (а об этом продукте более уместно говорить именно так, а не только как о протоколе) была спроектирована американской фирмой Echelon Corporation для построения 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 уже известный по CANbus метод CSMA/CD.

 

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

 

Сеть LON 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 1,25 Кбод.

 

Каждое устройство, подсоединенное к LON-сети, содержит специальный интерфейсный контроллер Neuron, состоящий из 3 микропроцессоров в одном корпусе:

 

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

 

· NET (network CPU)-процессор реализует с 3 по 6 уровни;

 

· APP (application CPU)-процессор обрабатывает функции прикладного уровня.

 

Весь этот микропроцессорный 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.

 

Фирмой Echelon спроектированы два интерфейсных кристалла для LON-сети: 3120 и 3150; они производятся фирмами Motorola и Toshiba. 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 "линия" и "произвольная топология".

 

Рис.4. Произвольная топология LON-сети

 

Произвольная топология не имеет ограничений на структуру сети. Она 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 состоит в том, что устройства, разработанные для одной топологии, из-за отсутствия универсальных трансиверов нельзя использовать для другой.

 

 

Все данные, передаваемые по LON-сети, имеют некий Стандартный сетевой тип (Standard Network Variable Type, SNVT). Используя этот тип, можно получить представление для переменных, например, "напряжение" или "температура". 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.

 

Для продвижения промышленной сети LonWorks на рынке автоматизации создана соответствующая международная организация "The LonMark Interoperability Association". Она объединяет и координирует работу свыше 100 компаний по всему миру.

 

11.8 HART

 

Протокол HART (Highway Addressable Remote Transducer), разработанный фирмой Rosemount Inc. в середине 80-х годов, реализует известный стандарт BELL 202 FSK (Frequency Shift Keying) для организации цифровой передачи, основанной на технологии 4-20 мА.

 

HART-протокол позволяет передавать до 1200 бит/с. MASTER-узел дважды в секунду получает все обновленные данные с других узлов.

 

 

Итак, в HART-протоколе реализована схема отношений между узлами сети по принципу MASTER/SLAVE, то есть ведомый узел (SLAVE) может активизировать среду передачи только по запросу ведомого узла (MASTER). В HART-сети может присутствовать до 2 MASTER-узлов (обычно один). Второй MASTER, как правило, освобожден от поддержания циклов передачи и занят под связь с какой-либо системой контроля/отображения данных.

 

Стандартная топология организована по принципу "точка-точка" или "звезда". Для передачи данных по сети используются два режима:

 

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

 

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

 

Возможно построение топологии типа "шина" (до 15 узлов), когда несколько узлов подключены на одну витую пару. Здесь интересна зависимость метода экранирования проводников от длины шины (Табл. 7).

 

Табл. 7. Зависимость метода экранирования проводников от длины линий в HART-сети

 

Весь набор команд, реализованных в HART-протоколе, условно можно разделить на три группы:

 

· Универсальные команды. Это команды общего назначения и используются на уровне операторских станций: код производителя устройства в сети, модель, серийный номер, краткое описание устройства, диапазоны ограничений, набор рабочих переменных.

 

· Команды для групп устройств: фиксация значения тока на выходном канале, сброс и т.д.

 

· Команды, зависящие от устройства: старт/стоп, специальные функции калибровки и т.д. За одну посылку один узел другому может передать до 4 технологических переменных, а каждое HART-устройство может иметь до 256 переменных, описывающих его состояние.

 

Структура информационного байта имеет стандартный формат:

 

· 1 стартовый бит

 

· 8 бит данных

 

· 1 бит контроля по нечетности

 

· 1 стоповый бит

 

Метод контроля корректности передаваемых данных основан на получении подтверждения.

 

В США HART-сообщения можно свободно передавать по телефонным линиям. В Европе это не разрешено - для этих целей необходимо иметь выделенный телефонный канал.

 

Объявлено, что на сегодня установлено около 600 тысяч HART-узлов. Наличие международной организации "HART Communication Foundation" позволяет активно продвигать эту промышленную сеть в среде пользователей.

 

11.8. ASI

 

Основная задача этой сети - связать в единую информационную структуру устройства самого нижнего уровня распределенной системы автоматизации, а именно: датчики и разнообразные исполнительные механизмы, имеющие соответствующий сетевой интерфейс. Название описываемой сети раскрывает ее предназначение: Actuator Sensor Interface (ASI) - интерфейс с датчиками и исполнительными механизмами.

 

Впервые ASI-протокоп вышел на рынок в конце 1989 года и уже сегодня поддержан рядом известных фирм: IFM, Limberg, Siemens, Pepperl+Fuchs, Allen-Bradley. Существует и одноименная ассоциация по поддержке этой сети, ASI.

 

Тенденция в построении распределенных систем автоматизации имеет явное стремление использовать технологии сквозного сетевого доступа. Система должна увязывать в сеть не только контроллеры, но уже желательно и датчики. Но эта увязка должна удовлетворять всем современным требованиям по надежности и открытости, предъявляемые к любой промышленной сети.

 

Сеть ASI эти задачи решает. С ее помощью можно строить системы, в которых датчики и контроллеры связаны одной сетью.

 

Причем ASI имеет шлюзы в другие промышленные сети: PROFIBUS, INTERBUS-S и другие (см. рис. 5).

 

Рис.5. Пример комбинированной сети

 

Каждый узел ASI-сети должен иметь специальный интерфейсный кристалл с поддержкой ASI-протокола.

 

ASI-интерфейс позволяет передавать как данные, так питающую нагрузку к узлам сети, поскольку существует большое число фотоэлектрических и индуктивных датчиков. Упрощенно ASI-сеть может выглядеть, как на рис. 6.

 

Рис.6. Пример ASI-структуры

 

Топологией ASI-сети может быть линия, кольцо или дерево. Длина сегмента до 100м. За счет репитеров длину сети и число узлов можно увеличивать. Цикл опроса для 31 узлов укладывается в 5 мс.

 

Логическим центром любой топологии является MASTER-узел, который контролирует всю работу сети, организует обмен данными с PLC.

 

ASI-MASTER может быть организован на широком спектре контроллеров, через которые организуются шлюзы в промышленные сети более высокого уровня. Часто ASI-MASTER оформляется в виде отдельной платы контроллера или компьютера. Максимальное число узлов к одному MASTER-узлу - 31.

 

В качестве среды передачи используется пара обычных проводников. Скорость передачи ограничена до 167 Кбод. Сегодня появился 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. В сечении этот кабель выглядит так:

 

 

Для кодирования данных используется известный Манчестерский код, в котором "О" 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.

 

С тем чтобы обеспечить короткий ASI-цикл на низкой скорости передачи, был выбран наиболее компактный формат телеграммы:

 

 

ST: стартовый бит ("О")

 

EB: стоповый бит ("1")

 

SB: управляющий бит (0-это данные или параметр; 1-это команда)

 

А0..А4: адрес (1-31)

 

10..14: информация (м.б. и данные)

 

РВ: бит четности

 

Некоторые электрические характеристики: общий ток в системе ограничен 2А, к каждому узлу должно быть подано до 24 В.

 

11.9. BITBUS

 

Протокол BITBUS разработан фирмой INTEL в 1984 году для построения распределенных систем, в которых должны быть обеспечены высокая скорость передачи, детерминизм и надежность. За основу был взят широко известный протокол управления каналом передачи данных, разработанный фирмой IBM - SDLC (Synchronous Data Link Control). Логика сети использует принцип MASTER/SLAVE. Физический интерфейс основан на RS-485. Институтом инженеров по электротехнике и радиоэлектронике (IEEE) BITBUS-протоколу был присвоен статус стандарта, а именно: IEEE 1118.

 

На основе BITBUS можно строить системы двух конфигураций (см. рис. 7).

 

Рис.7. Пример топологий сети BITBUS