Интерфейс Нижнего Уровня (LLI)

Преобразование Уровня 7 в службы Уровня 2 осуществляется Интерфейсом LLI. Он управляет потоком данных, отслеживает состояние соединений и устанавливает соответствие служб FMS с Уровнем 2, учитывая различные типы устройств (ведущие/ведомые).

 

Пользователь взаимодействует с другими прикладными процессами через логические каналы, которые представляют собой коммуникационные связи. Для выполнения служб FMS и FMA7 LLI предоставляет разные виды коммуникационных связей. Они отличаются свойствами своих соединений (механизмом отслеживания, возможностями передачи данных и потребностями на удаленной станции). Выбор зависит от нужд прикладного процесса. На рис. 5.9 показаны различные коммуникационные связи.

 

Рис. 5.9 Сводка поддерживаемых коммуникационных связей

Коммуникационные связи, ориентированные на соединение, представляют собой логическое соединение между двумя прикладными процессами типа точка-точка. Перед тем как соединение сможет использоваться для передачи данных, оно должно быть установлено с помощью функции "Инициировать Обслуживание" ("Initiate Service"). После успешной установки соединение защищается от доступа третьей стороны и может использоваться для передачи данных с помощью различных служб FMS. Если для передачи данных установленное соединение больше не нужно, его можно отменить функцией "Завершить Обслуживание" ("Abort Service"). Для коммуникационных связей, ориентированных на соединение, LLI предоставляет возможность отслеживания контролируемых по времени соединений.

Коммуникационные связи без установления соединения позволяют одновременное взаимодействие одного устройства с несколькими станциями. Могут использоваться только неподтверждаемые сервисные функции.

С помощью широковещательных коммуникационных связей не подтверждаемая сервисная функция одновременно передается всем остальным станциям.

С помощью групповых коммуникационных связей неподтверждаемая сервисная функция одновременно передается некоторой группе станций (ведущим или ведомым устройствам) Типичными применениями этих функций является синхронизация процессов или передача глобальных сигналов.

 

Управление сетью

Кроме служб FMS в PROFIBUS-FMS включаются определения для управления сетью. (Уровень 7 Управления Fieldbus – FMA7 (Fieldbus Management Layer 7)). Они специфицируются в Части 2 стандарта DIN 19245. FMA7 адаптируется к требованиям Fieldbus и, в частности, позволяет конфигурирование независимо от поставщика, запуск и обслуживание системы на данной шине. Инициализировать службы FMA7 можно локально или удаленно. Эти службы и модели позволяют достигать простых станций без полной реализации возможностей FMA7. В FMA7 используются функции Уровней 1/2 и Интерфейса Нижнего Уровня (LLI). Сводка служб FMA7 представлена на рис. 5.10.

 

 

Рис. 5.10 Сводка служб управления (FMA7)

 

Службы управления контекстом позволяют устанавливать и убирать управляющие соединения. Службы управления конфигурированием позволяют загружать и считывать CRL (Список Коммуникационных Ссылок). Они позволяют также доступ к переменным, статистическим счетчикам и параметрам Уровней 1/2. идентификацию коммуникационных компонентов станций и регистрацию станций. Служба управления обнаружением неисправностей указывает на неисправности или события и позволяет производить общий сброс станций.

 

Профили PROFIBUS-FMS

Для того чтобы сделать шинную систему более универсальной в прикладном смысле, в PROFIBUS-FMS специфицируется широкий спектр функций. Для различных field-приложений необходимо приспособить эти функции к конкретным требованиям. Это делается при помощи специальных прикладных определений, называемых "Профилями". Благодаря профилям, PROFIBUS-устройства различных производителей, соответствующие одному и тому же профилю, обладают одинаковыми коммуникационными возможностями. Профили дают больше информации, чем простой выбор коммуникационных параметров. Они включают дополнительные специфические определения коммуникационных функций, а также интерпретацию статусных сообщений и сообщений об ошибках. Определением Профилей занимаются Пользовательские Группы PNO.

 

 

6. Полевая шина FOUNDATION Fieldbus [53]

 

Аппаратура и автоматизированные системы управления Fieldbus положили начало новой эры в развитии систем управления технологическими процессами. Эволюция, начало которой положила эта новая технология, затронула такие области, как пневматическое управление, аналоговые схемы, и распределенное управление, предложив принципиально новое решение вместо этих методов управления. FOUNDATION Fieldbus представляет собой цифровую, последовательную, дуплексную систему передачи данных, соединяющую и поддерживающую взаимодействие полевого оборудования – датчиков, пускателей и контроллеров. Fieldbus представляет собой локальную сеть (LAN) для устройств, используемых для автоматизации производственных процессов и автоматизации производства, обладающую возможностью распределять управление по всей сети.

Компания Fieldbus Foundation – мировой лидер в области разработки единого международного стандарта полевых шин, обладающих широкой функциональной совместимостью с другими устройствами. Эта независимая, некоммерческая организация объединяет более чем 125 крупных компаний, являющихся мировыми лидерами в области поставки, производства и эксплуатации оборудования для систем управления процессами и управления производством. Благодаря совместным усилиям этих компаний, создан и поддерживается уникальный, не имеющий аналогов протокол fieldbus, используемый во многих странах мира, а также был разработан стандарт IEC/ISA fieldbus.

 

В настоящее время на мировом рынке существует несколько промышленных технологий для полевых шин; в названиях многих из них встречается термин «fieldbus»; многие из этих технологий имеют несколько общих характеристик с FOUNDATION fieldbus и обладают рядом общих с FOUNDATION fieldbus преимуществ. Большинству пользователей уже знакомы эти преимущества: существенно уменьшен объем соединительных кабелей и проводов, необходимых для поддержки работы системы, уменьшение модуля ввода-вывода, расширенный доступ к данным, высокий уровень комплексируемости оборудования, устойчивость и чистота сигнала, и т.д. Все эти протоколы реализуют отдельные преимущества, заложенные в технологию полевой шины (fieldbus), но только FOUNDATION fieldbus реализует весь спектр преимуществ. Протокол FOUNDATION fieldbus также имеет несколько уникальных характеристик и особенностей, которыми не обладают другие технологии, используемые производителями шин, благодаря которым пользователи FOUNDATION fieldbus получают дополнительные преимущества и средства повышения конкурентоспособности эксплуатируемых установок. Несмотря на определенное сходство между различными технологиями полевых шин архитектура, функциональные характеристики и степени комплексируемости этих устройств весьма различны. Также между этими технологиями существует существенные различия в степени реализации данных преимуществ. Кроме того, существенно различаются организации-разработчики, поддерживающие данные протоколы.

 

Преимущества Fieldbus

Применение технологии fieldbus в жизненном цикле системы управления (рис. 6.1) позволяет достигнуть существенных преимуществ:

1. Уменьшение числа кабельных соединений и кроссовых щитов.

2. Уменьшение количества барьеров искрозащиты.

3. Уменьшение количества преобразователей ввода-вывода (в/в).

4. Уменьшение количества источников питания и шкафов.

5. Уменьшение размеров щитовых помещений.

6. Дистанционное конфигурирование устройств.

7. Доступность большего количества информации для оперативно-технологического персонала.

8. Повышенная точность измерений.

9. Упрощение модернизации благодаря стандартизированным функциональным блокам.

10. Более совершенные и универсальные измерительные приборы.

11. Увеличение продолжительности безотказной работы благодаря меньшему количеству оборудования, улучшенной самодиагностике и дистанционной диагностике.

 

 

Планирование и установка Эксплуатация Техническое Модернизация обслуживание

Рис. 6.1

 

Технические перспективы

Одним из первых и важнейших вопросов, при обсуждении новой технологии являются особенности и возможности этой технологии. Далее будут обсуждаться характеристики, благодаря которым FOUNDATION существенно отличается от других протоколов fieldbus.

Обзор технологии

Международные стандарты технологии полевой шины (fieldbus) соответствуют спецификациям базовых протоколов полевых шин ISA/ANSI S50.02 и IEC DIS 61158 (ISA/ANSI S50.02 и IEC DIS 61158 являются аналогами друг друга). Данный стандарт разработан ведущими специалистами в области коммуникаций более чем из 17 стран.

Работая совместно с комиссиями по стандартизации ISA и IEC, международное объединение Fieldbus FOUNDATION разработала ряд спецификаций для реализации стандарта на двух уровнях приложений:

– H1 (взаимодействие полевых устройств управления процессом) и H2 (высокоскоростная сеть с использованием шлюзов для связи сетей устройств управления процессом H1).

– FOUNDATION fieldbus – это законченное решение проблемы автоматизации в масштабе всей установки, разработанное для поддержки сетей, в которых питание подводится к шине, и обеспечивается безопасность с точки зрения их внутренней структуры. Шина H1 (скорость передачи данных 31.25 кбит/с) идеально подходит для сбора данных и управления технологическими процессами. Реализация полевой шины с высокой скоростью обмена данными объединяет открытую промышленную технологию Ethernet и стандарт полевых шин IEC/ISA, обеспечивает экономически эффективные решения для таких областей индустрии, как производство отдельных деталей и непрерывные процессы.

H1

Выпуску версии полевой шины FOUNDATION H1, поддерживающей скорость обмена данными 31,25 кбит/с, в 1996 г. предшествовала напряженная работа разработчиков, в которой участвовали несколько поставщиков систем и устройств управления технологическими процессами, а также интенсивное тестирование в полевых условиях. Была разработана полная спецификация приложения управления процессом – функционального блока, предусматривающая поддержку управления полевой шиной на нижних уровнях протокола обмена данными. Она основана на стандартах ISA SP50.02 и IEC 61158 для полевых шин.

В сетях, использующих протокол H1, питание может подводится к шине, причем такие сети обеспечивают безопасность с точки зрения их внутренней структуры, что означает их пригодность для работы в потенциально опасных условиях. В безопасной зоне к одному кабелю может подключаться до 32 устройств. Число устройств, которые могут подключаться к одному кабелю в потенциально опасной зоне эксплуатации, зависит от потребляемой мощности, а также от электроемкости устройств и кабеля, а также от правил и ограничений, действующих в опасной зоне.

Во многих странах ограничения, определяемые местными регулирующими органами, ограничивают число устройств, которые могут подключаться к одному кабелю при работе в потенциально опасной зоне, четырьмя устройствами, хотя в других странах допустимо подключать большее число устройств.

Делегированный маркер, передача данных от узла к узлу FOUNDATION fieldbus основывается на модели делегированного маркера, позволяющего передать функции управления на уровень полевых устройств.

Другие полевые шины опираются на устаревшую централизованную архитектуру управления, в которой весь обмен данными между устройствами осуществляется через хост. При такой устаревшей архитектуре управление на уровне полевых устройств невозможно реализовать, и преимущества использования полевой шины сводятся к замене аналоговой схемы передачи данных, рассчитанной на амплитуду 4-20мА. Устройство Fieldbus позволяет использовать несколько хостов в сети, причем хосты можно добавлять во время цикла просмотра без прерывания этого цикла. Прежние технологии не предоставляют этих возможностей.