Узнать стоимость написания работы
Оставьте заявку, и в течение 5 минут на почту вам станут поступать предложения!
Реферат

Реферат по предмету "Информатика, программирование"


Основные характеристики многоуровневой сетевой модели Process Field Bus

Федеральноеагентство по образованию
Государственноеобразовательное учреждение
высшегопрофессионального образования
Уфимскийгосударственный нефтяной технический университет
Курсоваяработа
тема: Основныехарактеристики многоуровневой сетевой модели Process Field Bus
Уфа 2010

Введение
PROFIBUS (Process Field Bus) — открытая промышленнаясеть, прототип которой был разработан компанией Siemens AG для своихпромышленных контроллеров SIMATIC, на основе этого прототипа Организацияпользователей PROFIBUS разработала международные стандарты, принятые затемнекоторыми национальными комитетами по стандартизации. Очень широкораспространена в Европе, особенно в машиностроении и управлении промышленнымоборудованием. Сеть PROFIBUS — это комплексное понятие, она основывается нанескольких стандартах и протоколах. Сеть отвечает требованиям международныхстандартов IEC 61158 и EN 50170. Поддержкой, стандартизацией и развитием сетейстандарта PROFIBUS занимается PROFIBUS NETWORK ORGANISATION (PNO).
PROFIBUSобъединяет технологические и функциональные особенности последовательной связиполевого уровня. Она позволяет объединять разрозненные устройства автоматизациив единую систему на уровне датчиков и приводов.
PROFIBUSиспользует обмен данными между ведущим и ведомыми устройствами (протоколы DP и PA)или между несколькими ведущими устройствами (протоколы FDL и FMS). Требованияпользователей к получению открытой, независимой от производителя системе связи,базируется на использовании стандартных протоколов PROFIBUS.
Сеть PROFIBUSпостроена в соответствии с многоуровневой сетевой моделью ISO 7498. PROFIBUSопределяет следующие уровни:
· 1 — физическийуровень — отвечает за характеристики физической передачи;
· 2 — канальныйуровень — определяет протокол доступа к шине;
· 7 — уровеньприложений — отвечает за прикладные функции.Основные характеристики:   Интерфейсыреализованы в виде специализированных микросхем (ASIC), которые выпускаютсямножеством поставщиков. Основывается на спецификации интерфейса RS485 иевропейской электрической спецификации EN50170. Разновидности: Profibus DP(главный/подчиненный), Profibus FMS (несколько главных устройств/одноранговыеустройства), Profibus PA (внутренне безопасная шина). Максимальное число узлов:127. Длина соединения: от 100 м до 24 км (с ретрансляторами и оптоволоконными кабелями). Скорость передачи: от 9600 бит/с до 12 Мбит/с. Размер сообщения:до 244 байт на сообщение для одного узла. Методы обмена сообщениями: опрос(DP/PA) и одноранговый (FMS). Поддерживаемые стандартыОткрытость и независимость от производителя гарантируетстандарт EN 50170, всё остальное реализовано в соответствии со стандартом DIN 19245(а именно: техника передачи данных, методы доступа, протоколы передачи,сервисные интерфейсы для уровня приложений, спецификация протоколов,кодирование, коммуникационная модель и т. д.). С помощью PROFIBUS, устройстваразных производителей могут работать друг с другом без каких-либо специальныхинтерфейсов. Семейство PROFIBUS состоит из трех совместимых друг с другомверсий: PROFIBUS PA, PROFIBUS DP и PROFIBUS FMS.
1. Уровнисетевой модели OSI 1.1 Физический уровень PROFIBUS
ФизическиPROFIBUS может представлять из себя:
· электрическуюсеть с шинной топологией, использующую экранированную витую пару,соответствующую стандарту RS-485;
· оптическую сетьна основе волоконно-оптического кабеля;
· инфракраснуюсеть.Скорость передачи может варьироваться от 9,6 Кбит/сек до 12 Мбит/сек. 2.1.1 RS-485
ИнтерфейсRS-485 (другое название — EIA/TIA-485) — один из наиболее распространенныхстандартов физического уровня связи. Физический уровень — это канал связи испособ передачи сигнала (1 уровень модели взаимосвязи открытых системOSI).Сеть, построенная на интерфейсе RS-485, представляет собойприемопередатчики, соединенные при помощи витой пары. Стандартные параметры интерфейсов RS-485 Допустимое число передатчиков / приемников 32 / 32 Максимальная длина кабеля 1200 м Максимальная скорость связи 10 Мбит/с Диапазон напряжений «1» передатчика +1.5...+6 В Диапазон напряжений «0» передатчика -1.5...-6 В Диапазон синфазного напряжения передатчика -1...+3 В Допустимый диапазон напряжений приемника -7...+12 В Пороговый диапазон чувствительности приемника ±200 мВ Максимальный ток короткого замыкания драйвера 250 мА Допустимое сопротивление нагрузки передатчика 54 Ом Входное сопротивление приемника 12 кОм Максимальное время нарастания сигнала передатчика 30% бита
Преимущества:• Гибкая шинная или древовидная топология с повторителями,шинными терминалами и шинными штекерами для подключения узлов PROFIBUS • Исключительно пассивная передача сигналов, котораяобеспечивает отключение узлов без оказания влияния на сеть (за исключениемузлов, питающих нагрузочные сопротивления) • Простота прокладки и подключения шинного кабеля, нетребующая специального опыта. Ограничения: • Охватываемое расстояние снижается при увеличении скоростипередачи • При наружной установке требуются дополнительные меры помолниезащите 1.2 Волоконно-оптический канал  Топология сети Шинная топология при искользовании встроенных оптических портов и OBT; Шинная топология, топология типа «звезда» или «кольцо» при использовании OLM Среда передачи Волоконно-оптические кабели с волокнами из стекла, с пластиковым покрытием или с пластиковыми волокнами Возможные длины сегментов До 15 км Количество узлов Не более 127 в сети Скорость передачи 9,6 кбит/с 19,2 кбит/с 45,45 кбит/с 93,75 кбит/с 187,5 кбит/с 500 кбит/с 1,5 Мбит/с 3 Мбит/с 6 Мбит/с 12 Мбит/с  Схема приемо-передающей аппаратуры ВОЛС выглядитследующим образом:Преимущества: • Независимо от скорости передачи, достигаются большиерасстояния между двумя терминалами передачи данных (ТПД) (расстояния междудвумя модулями OLM достигают до 15 км) • Узлы и среда передачи данных электрически развязаны междусобой• При соединении компонентов, имеющих разные потенциалыотносительно земли, отсутствуют токи экрана • Отсутствие электромагнитных помех • Не требуются дополнительные средства молниезащиты • Простота прокладки волоконно-оптических кабелей • Высокая надёжность ЛВС благодаря использованию кольцевойтопологии • Чрезвычайно простая техника подключения при использованиипластиковых волоконно- оптических кабелей на коротких дистанциях. Ограничения: • Общее время передачи пакета увеличено по сравнению ссетями на витой паре • Для монтажа стеклянных волоконно-оптических кабелей кштекерам требуется специальный опыт и инструменты • Отсутствие питания в точках сочленения (в приспособленияхдля подключения узлов, в OLM, или в OBT) приводит к прерыванию передачи сигнала1.3 Инфракраснаясеть Топология сети Точка-точка Точка-многоточка Среда передачи Открытое пространство с прямой видимостью Возможные длины сегментов До 15 м Количество узлов Не более 127 в сети Скорость передачи 9,6 кбит/с 19,2 кбит/с 45,45 кбит/с 93,75 кбит/с 187,5 кбит/с 500 кбит/с 1,5 Мбит/с 3 Мбит/с 6 Мбит/с 12 Мбит/с  
Преимущества: • Высокая мобильность подключенных компонентовпроизводственного участка (например, тележек) • Отсутствие износа при подключении и отключении в сетях сфиксированными компонентами • Объединение узлов без монтажа кабеля (временноеподключение, подключение к труднодоступным участкам) • Не зависит от протокола • Электрическая развязка между узлами и проводной сетью Ограничения: • Скорость передачи
2. Канальный уровень 2.1 Протокол доступа к шинеДля всех версий PROFIBUS существует единый протокол доступак шине. Этот протокол реализуется на 2 уровне модели OSI (который называется в PROFIBUS-FDL).Данный протокол реализует процедуру доступа с помощью маркера (token). СетьPROFIBUS состоит из ведущих (master) и ведомых (slave) станций. Ведущая станцияможет контролировать шину, то есть может передавать сообщения (без удалённыхзапросов), когда она имеет право на это (то есть когда у неё есть маркер).Ведомая станция может лишь распознавать полученные сообщения или передаватьданные после соответствующего запроса. Маркер циркулирует в логическом кольце,состоящем из ведущих устройств. Если сеть состоит только из одного ведущего, томаркер не передаётся (в таком случае в чистом виде реализуется системаmaster-slave). Сеть в минимальной конфигурации может состоять либо из двухведущих, либо из одного ведущего и одного ведомого устройства.
Еще одна важная задачаканального уровня — сохранение целостности информации. Кадры Уровня 2 протоколаPROFIBUS обеспечивают целостность информации с высокой надежностью. Все кадрыимеют хэммингово расстояние равно 4. Для этого, в соответствии с международнымстандартом IЕС 870-5-1, используются специальные начальные и конечныеразделители, жесткая синхронизация и бит контроля четности для каждого октета. Канальныйуровень PROFIBUS работает в режиме без процедуры установления связи. Онпредлагает как передачу точка-точка, так и многопунктовую связь (широковещательнуюи групповую). Широковещательная связь означает, что активная станция посылаетвсем другим станциям (ведущим и ведомым) неподтверждаемое сообщение. Групповаясвязь означает, что активная станция посылает неподтверждаемое сообщение группеведущих или ведомых устройств. Сервисные функции канального уровня PROFIBUS:
· Функция SDA.Назначение: Послать Данные с Подтверждением (Send Data with Acknowledge).Используется протоколом FMS.
· Функция 3RD.Назначение: Послать и Запросить Данные с Ответом (Send and Request Data withReply). Используется протоколом FMS и DP.
· Функция SON.Назначение: Послать Данные без Подтверждения (Send Data With No Acknowledge).Используется протоколом FMS и DP.
· Функция CSRD.Назначение: Периодически Посылать и Запрашивать Данные с Ответом (Cyclic Sendand Request Data with Reply). Используется протоколом FMS.2.2 Прикладной уровень
Прикладнойпользовательский сервис обеспечивается уровнем 7 эталонной модели ISO/OSI.Благодаря этому сервису возможен эффективный и расширяемый обмен данными междуприкладными процессами. Прикладной уровень протокола PROFIBUS-FMS определяетсяв стандарте DIN 19245, Часть 2 и состоит из Спецификации Сообщений Fieldbus — FMS (Fieldbus Message Specification) и Интерфейса Нижнего Уровня — LLI (LowerLayer Interface).      В спецификации FMS описываются объекты взаимодействия,прикладной сервис и результирующие модели с точки зрения взаимодействующегопартнера. Интерфейс LLI служит для адаптации прикладных функций к разнымхарактеристикам Уровня2.

3. Протоколы сети PROFIBUS
profibusэлектрический шина протокол
3.1 ProfibusDP
Profibus DP (Decentralized Peripherals) — профиль протоколов промышленнойсети Profibus.
Используетуровни модели OSI:
· 1 — физическийуровень — отвечает за характеристики физической передачи
· 2 — Канальныйуровень — определяет протокол доступа к шине
· 7 — Прикладнойуровень — отвечает за прикладные функции
Данная сетьбыла спроектирована для высокоскоростной передачи данных между устройствами. Вданной сети центральные контроллеры (программируемые логические контроллеры иPC) связаны с их распределёнными полевыми устройствами через высокоскоростнуюпоследовательную связь. Большинство передач данных осуществляется циклическимспособом.
В качествеведущего устройства могут использоваться контроллеры. Как ведомые устройства,могут использоваться приводы, клапаны или устройства ввода-вывода.
С помощьюProfibus DP могут быть реализованы Mono и MultiMaster системы. Основной принципработы заключается в следующем: центральный контроллер (ведущее устройство)циклически считывает входную информацию с ведомых устройств и циклическизаписывает на них выходную информацию. При этом время цикла шины должно бытькороче, чем время цикла программы контроллера, которое для большинстваприложений составляет приблизительно 10 мсек. В дополнение к циклическойпередаче пользовательских данных Profibus DP предоставляет широкие возможностипо диагностике и конфигурированию. Коммуникационные данные отображаютсяспециальными функциями как со стороны ведущего, так и со стороны ведомогоустройства.
Диагностическиефункции Profibus DP позволяют быстро локализовать сбои в системе.Диагностические сообщения передаются по шине мастеру, сообщения делятся на триуровня:
· связанная состанцией диагностика — определяет состояние всего устройства (перегрев,низкое напряжение и т. д.)
· связанная смодулем диагностика — сообщения связанные с ошибками в том или иномвходном/выходном модуле
· связанная сканалом диагностика — определяют ошибку конкретного бита входа/выхода.
Поведение системыпри использовании протокола DP определяется состоянием ведущего устройства.Существует три основных состояния:
· ОСТАНОВ — в этом состоянии непроисходит передачи данных между ведущим устройством и периферией
· ОЧИСТКА — ведущее устройство считываетинформацию с ведомых устройств и держит выходы в состоянии защиты от сбоев
· РАБОТА — ведущее устройство находитсяв состоянии приёма или передачи данных с периферии
Ведущееустройство циклически посылает информацию о своём состоянии всем ведомымустройствам присоединённым к нему. Передача данных между ведущим и ведомымустройствами делится на три фазы:
· параметризация
· конфигурирование
· передача данных
На 1 и 2стадиях ведомое устройство сравнивает свою текущую конфигурацию с конфигурациейожидаемой ведущим устройством и только если они совпадают, происходит передачаданных. В дополнение к обычной передаче пользовательских данных, ведущееустройство может посылать управляющие команды одному, группе или всем своимведомым устройствам. Существует две таких команды. Одна переводит ведомыеустройства в режим sync (все выходы блокируются в текущем состоянии),другая — переводит в режим freeze (все входы блокируются в текущемсостоянии). Вывод из этих режимов происходит с помощью команд unsync и unfreezeсоответственно.
В дополнениек данной системе передачи, существуют расширенные DP функции, которые позволяютпроизводить ациклическое чтение и запись параллельно циклической передачеданных.
3.2 ProfibusFMS
PROFIBUS FMS — протокол предназначен в основномдля связи программируемых контроллеров друг с другом и станциями оператора. Ониспользуется в тех областях, где высокая степень функциональности более важнанежели чем быстрое время реакции системы.
При связичерез FMS используются отношения типа клиент-сервер. Клиент является процессомприложения, который в качестве заказчика услуги обращается к объектам. Серверявляется исполнителем услуги «Объекты».
Враспоряжение клиенту предоставляются объекты связи. В качестве примераустройств, соединенных по FMS протоколу можно взять из оборудования фирмыСименс — SIMATIC S7 c FMS-CP или, например, SIMATIC S5 c CP 5431FMS. Оченьчасто используется комбинированный режим работы устройств PROFIBUS FMS и PROFIBUSDP, в этом случае между мастерами и ведомыми устройствами используется протоколDP, а между самими мастерами протокол FMS:
Основнаянагрузка в протоколе FMS приходится на уровень приложений. Им предоставляютсякоммуникационные службы, которые могут использоваться непосредственнопользователем, которые отвечают за выполнение запросов в системе клиент-сервер. Коммуникационная модель PROFIBUS FMS допускает объединение распределенныхпроцессов приложений в общий процесс с использованием коммуникационных связей.Часть процесса приложения в полевом устройстве, которая может быть достигнутачерез коммуникацию называется виртуальным полевым устройством VFD. В немнаходится словарь так называемых коммуникационных объектов, через которые ипроисходит связь между устройствами с помощью служб. Словарь содержит описание,структуру и типы данных, а также связи между адресами внутреннего устройствакоммуникационных объектов и их назначение на шине (индекс/имя).
Болееподробно, словарь состоит из следующих объектов:
· заголовок — информация по структуре словаря
· списокстатических типов данных — список поддерживаемых статических типов данных
· словарьстатических объектов в нем — все статические коммуникационные объекты
· динамическийсписок списка переменных — список всех списков переменных
· динамическийсписок программ — список всех программ
В настоящеевремя применение протокола PROFIBUS FMS сокращается, в связи с переходом к ПромышленныйEthernet и PROFInet.
Однакоспецификации FMS стали частью стандарта FOUNDATION Fieldbus и используются внём.
3.3 ProfibusPA
PROFIBUS PA (Process Automation) — промышленнаясеть, служит для соединения систем автоматизации и систем управления процессамис полевыми устройствами (например, датчиками давления, температуры и уровня).Может использоваться для аналоговой (от 4 до 20 мА) технологии. Profibus PAиспользует основные Profibus DP функции передачи измеренных величин и состоянияконтроллера, а также расширенные функции PROFIBUS DP для параметризации иопераций с полевыми устройствами.

4. Примеры использования
 
4.1 Примерыэлектрической сети PROFIBUS
Характеристики:
· Высококачественныйсетевой кабель.
· Передача данныхпо RS 485 в соответствии с EIA.
· Магистральнаятопология с подключением станций через сетевые терминалы и сетевые соединители.
· Метод передачиданных IEC 61158-2 в зонах повышенной опасности.
· Согласование DP(кодирование с использованием дифференциальных сигналов напряжения RS 485) и PA(кодирование с использованием сигналов силы тока) каналов связи с помощьюсоответствующей аппаратуры (модулей и соединителей DP/PA связи).
· Концепцияоднородных способов монтажа и заземления.
· Простота монтажа.
4.2 Пример оптическойсети PROFIBUS
Оптические каналы связи обладают целым рядом преимуществ по сравнению сэлектрическими каналами:
· Нечувствительностьк воздействию электромагнитных помех.
· Широкий спектрвозможных применений.
· Гальваническаяизоляция.
· Возможностьприменения пластиковых, PCF и стеклянных оптоволоконных кабелей.

4.3 Примербеспроводного решения для PROFIBUS
Инфракрасные каналы используются для организации беспроводной связи ипозволяют передавать данные на расстояние до 15м. Такие каналы являютсянаиболее эффективным решением для обмена данными с аппаратурой, расположеннойна подвижных частях технологического оборудования. Скорость передачи данныхможет достигать 1.5Мбит/с. Для передачи данных по инфракрасным каналамприменяются модули ILM (Infrared Link Module – инфракрасный модуль связи).
4.4 Пример доступ ксетям PROFIBUS по Ethernet
Преимущества:
-Одновременныйдоступ нескольких приложений к сети PROFIBUS
-Фактическийстандарт для параметризации устройств независимо от производителя или классаустройства
-Возможностьвыбора необходимого количества каналов PROFIBUS
-Одновременныйдоступ к данным уже функционирующих систем
управления
-Быстраяинтеграция в систему благодаря открытому
пользовательскомуинтерфейсу и OPC-серверу
-Многочисленныепримеры использования для различных сред
разработкии языков программирования
-Возможностьадаптации для оптимальной интеграции в конкретную среду

Списокиспользованных источников
1. Мир компьютерной автоматизации.Журнал ( www.mka.ru/?p=40754)
2. Каталог продуктов Siemens (http://siemens.el-complex.com)
3. Средства и системы компьютернойавтоматизации (http://www.asutp.ru/?p=600012)
4. Википедия (http://ru.wikipedia.org/wiki/PROFIBUS)
5. Profibus. Краткий обзор (http://plc4good.org.ua/view_post.php?id=39 )


Не сдавайте скачаную работу преподавателю!
Данный реферат Вы можете использовать для подготовки курсовых проектов.

Поделись с друзьями, за репост + 100 мильонов к студенческой карме :

Пишем реферат самостоятельно:
! Как писать рефераты
Практические рекомендации по написанию студенческих рефератов.
! План реферата Краткий список разделов, отражающий структура и порядок работы над будующим рефератом.
! Введение реферата Вводная часть работы, в которой отражается цель и обозначается список задач.
! Заключение реферата В заключении подводятся итоги, описывается была ли достигнута поставленная цель, каковы результаты.
! Оформление рефератов Методические рекомендации по грамотному оформлению работы по ГОСТ.

Читайте также:
Виды рефератов Какими бывают рефераты по своему назначению и структуре.

Сейчас смотрят :

Реферат Офіційно ділова стилістика
Реферат Пейзаж в лирике АСПушкина
Реферат Славянские и общекультурные символы в песенном тексте на материале текстов песен группы Калинов
Реферат Отчего люди не летают так как птицы
Реферат Первый русский романтик Жуков
Реферат Паша-Мерседес или речевая стратегия дискредитации
Реферат Образ Татьяны Лариной в романе Александра Пушкина Евгений Онегин
Реферат Отношение к герою романа Преступление и наказание Родиону Раскольникову
Реферат Отражение этнических стереотипов в тексте анекдота
Реферат Отрицание суетного бездуховного образа жизни в рассказе ИА Бунина Господин из Сан-Франциско
Реферат Алгоритмічні мови програмування: мова С
Реферат Особенности сатиры В Маяковского
Реферат Очеловечить человека
Реферат ПА Кропоткин
Реферат Патриотизм состоит не в пышных возгласах В ГБелинский