CNSEM - CURS 10 1

RETELE INDUSTRIALE CU ARHITECTURA DESCHISA

CNSEM - CURS 10 2

Echipament 1

Echipament 2

Echipament n

Protocol propriu de comunicatie

Realizarea retelei necesita utilizarea acelorasi protocoale

Retea de comuncatie intre echipamentele unui sistem

Standardizarea protocoalelor

Reducerea costurilor cablarii

Utilizarea sistemelor cu functii de control si

monitorizare

CNSEM - CURS 10 3

Standarde de retea

1979 – Open Systems Interconnect – OSI

1980 – Proiectul 802 - IEEE adera la OSI subdivizand nivelul Data link in cele doua subnivele Madia Acces Control (MAC) si Logical Link Control (LLC)

1990 – General Motors dezvolta Manufacturing automation Protocol (MAP)

Nivel OSI

Aplicatie

Prezentare

Sesiune

Transport

Retea

Legatura de date

Fizic

Manufacturing message from standard(MMFS); File transfer (FTAM), Common application service(CASE)

ISO session kernel

ISO Transport class 4

ISO internet

IEEE 802.2 class 1, IEEE 802.4 token bus

IEEE 802.4 broad band

Protocol MAP

CNSEM - CURS 10 4

Protocol MAP

Nivel Aplicatie – furnizeaza un set de comenzi care vor fi intelese de dispozitivele si software-ul folosit

Nivel Legatura de date – se asigura transmiterea informatiei de catre un singur utilizator la un anumit moment dat

Nivel Fizic – informatia este modulata dupa o purtatoare in radio frecventa, iar apoi transmisa prin cablu coaxial.

Exemple de retele si domeniile lor de aplicatie

CANopen, DeviceNet, SDS – retele tip CAN pentru echipamente de manufacturare

FOUNDATION Fieldbus – retele de control de proces

Interbus – S - retele low-level pentru echipamente I/O

LonWorks - retele digitale de orientare generala, utilizate in automatizarea cladirilor/sistemelor embedded

PROFIBUS DP/FMS/PA - familie de retele destinate proceselor industriale si de fabricatie

CNSEM - CURS 10 5

DeviceNET

A fost dezvoltata initial de Allen-Bradley

Este administrata la momentul actual de ODVA (Open DeviceNet Vendors Application)

Este o retea low-level, destinata conectarii echipamentelor si instrumentatiei industriale (senzori si elemente de executie) la aparatura de high-level (controlere)

Asigura interschimbabilitatea la costuri foarte reduse, pentru aparate simple, utilizate frecvent in aplicatii de manufacturare (limitatori de cursa, senzori fotoelectrici, soft-startere, cititoare de cod de bare, actionari cu turatie variabila, interfete operator integrate, etc)

CNSEM - CURS 10 6

DeviceNET – protocolul de comunicatie

Este implementat pe suportul protocolului CAN (Controller Area Network)

CAN DeviceNET

Specifica numai anumite portiuni ale nivelului fizic si de date

Defineste forma de deplasare a datelor

Completeaza restul nivelelor plus nivelul Media (0) si Aplicatie (7)

Defineste semnificatia datelor deplasate

CNSEM - CURS 10 7

DeviceNET – caracteristici

Pana la 64 de adrese pe o singura retea

Comunicatie peer-to-peer, cu prioritati, bazata pe schema de arbitrare nondestructiva a protocolului CAN

Model producator-consumator de transfer al datelor

CNSEM - CURS 10 8

DeviceNET – profile

Defineste profilele standard ale echipamentelor pentru a permite o compatibilitate sporita intre echipamente

Sectiunile unui profil de echipament:

Definirea modelului obiect al echipamentului, incluzand o schema

Definirea formatului datelor de intrare/iesire, incluzand definirea Assembly Object pentru un transfer de date simplificat si eficient

Definirea parametrilor configurabili ai echipamentului, precum si a interfetelor publice la acesti parametri

Profilul echipamentului si Electronic Data Sheet (EDS) descriu obiectele care sunt disponibile in respectivul echipament, prin urmare functionalitatea acestuia din punctul de vedere al utilizatorului

CNSEM - CURS 10 9

Foundation FIELDBUS

Retea industriala realizata in mod specific pentru controlul proceselor distribuite.

A fost creata de Fundatia Fieldbus, organizatie ce contine peste 100 de companii membre (mai mult de 80% din produsele, echipamentele si serviciile destinate sistemelor de automatizare

Tehnologia se compune din:

Nivel fizic – Physical Layer

Stiva de comunicatie – Communication Stack

Nivel utilizator – User Layer

CNSEM - CURS 10 10

Aplicatie

Prezentare

Sesiune

Transport

Retea

Data Link

Fizic Fizic

Data Link

Fieldbus Message Specification

Fiedbus Access Sublayer

User Layer

Model OSI Foundation Fieldbus

Stack

CNSEM - CURS 10 11

Foundation FIELDBUS – Nivelul Fizic

Foloseste nivelul fizic (electric, conexiuni, etc), standardizat de ISA 550.02 – 1992, IEC 1158 – 2

Sunt disponibile mai multe rate de trabsfer, incluzand varianta de viteza redusa ce este compatibila cu solutiile existente, de 4-10 mA

Echipamentele sunt alimentate din aceleasi doua conductoare de semnal, eliminand necesitatea surselor externe de alimentare

Capacitati de operatiuni interne securizate, o cerinta pentru medile periculoase

CNSEM - CURS 10 12

Foundation FIELDBUS – Stiva de comunicatii

Realizeaza serviciile necesare pentru a realiza interfata nivelului utilizator cu nivelul fizic.

Data Link Layer este un protocol de tip token-passing

La acest nivel actioneaza LAS(Line Active Scheduler), cu rol de arbitru central al bus-ului, ce permite controlul si comunicarea deterministica

Controlul poate fi trecut prin mai multe Link Master (echipamente de tip LAS), asigurandu-se astfel redundanta in reteaua Fieldbus

CNSEM - CURS 10 13

Foundation FIELDBUS – Nivelul Utilizator

Defineste o interfata prin care utilizatorii pot comunica cu echipamentele printr-un set de blocuri, mai eficient decat prin simple colectii de date punctuale

Blocuri ce realizeaza nivelul utilizator:

Resource Block – descrie caracteristicile echipamentului (nume, producator, serie echipament)

Function Block - asigura controlul si comportarea intrarilor/iesirilor echipamentului

Transducer Block – decupleaza blocurile de functii de functiile necesare pentru citirea/scrierea intrarilor/iesirilor locale.

CNSEM - CURS 10 14

Foundation FIELDBUS – Nivelul Utilizator

Defineste seturi standard de blocuri de functii, din care se distinge un set de 10 functii pentru operatiunile de baza de control si functii I/O

Intrare Analogica - AI

Iesire Analogica - AO

Bias - B

Selector Control - CS

Intrare discreta - DI

Iesire Discreta - DO

Incarcare Manuala - ML

Proportional/Derivativ - PD

Proportional/Integral/Derivativ - PID

Ratio -RA

CNSEM - CURS 10 15

Foundation FIELDBUS – Nivelul Utilizator

Aplicatiile se creeaza prin conectarea functiilor bloc, Fieldbus specificand si modul de gestionare a resurselor de timp

Blocurile de functii sunt rezidente in fiecare echipament in parte, dar gestionarea genrala a executiei este specificata si executata pe retea

Device Descriptions asigura descrierea standard a functiilor disponibile in echipament, permitand crearea unei interfete operator pentru interactiunea cu echipamentul

Device Descriptions asigura interoperabilitatea, reprezentand o metoda standard prin care orice host poate afla lista capabilitatilor fiecarui echipament conectat la Fieldbus.

CNSEM - CURS 10 16

PROFIBUS

Retea industriala utilizata la inceput preponderent in Europa, apoi la nivel mondial, in sistemele de productie, la controlul proceselor si in automatizari.

Tehnologia este dezvoltata si administrata de PROFIBUS User Organization (peste 600 de membri).

Poate fi utilizata:

Pentru transmisii de date de mare viteza, intre controlere si intrari/iesiri

Pentru comunicatii complexe intre automate programabile

CNSEM - CURS 10 17

PROFIBUS - versiuni

PROFIBUS – DP:

Pentru comunicatii de mare viteza, eficiente ca raport performanta/pret, intre automatele programabile si modulele de intrare/iesire distribuite. Comunicare seriala.

Utilizeaza nivelul 1 si 2 si interfata Utilizator care specifica atat functiile de aplicatie disponibile, cat si comportamentul echipamentului.

Suport fizic: RS-485 sau fibra optica.

CNSEM - CURS 10 18

PROFIBUS - versiuni

PROFIBUS – FMS:

Pentru comunicatii obisnuite, de orientare generala, desfasurate initial intre controlere programabile

Defineste modelul de comunicatie in care procesele aplicatiilor distribite pot fi unificate intr-un proces comun pe baza relatiilor de comunicatie.

Utilizeaza nivelele 1, 2 si 7.

Suport fizic: RS-485 sau fibra optica.

CNSEM - CURS 10 19

PROFIBUS - versiuni

PROFIBUS – PA:

Este realizat in mod specific pentru automatizarea de proces

Utilizeaza protocolul de transmitere a datelor DP extins, echipamentele de camp putand fi alimentate direct din bus si integrate in retelele DP prin intermediul unor cuplori de segment.

Suport fizic: RS-485

CNSEM - CURS 10 20

ETHERNET

Cea mai populara interfata de retea ultrarapida de comunicare intre PC-uri. Racordarea hardware a Ethernet-ului este o carcateristica standard a calculatoarelor moderne, majoritatea acestora fiind interconectate printr-un protocol TCP/IP sau altul similar.

Este cea mai raspandita retea de comunicare pentru afaceri si aplicatii tehnologice.

Este administrat de IEEE sub specificatia 802.3.

Dezvoltarea Ethernet-ului comutabil (o noua tehnologie cu o banda sporita pentru comunicatii si o viteza de transmisie de 100Mb/s) a permis largirea considerabila a gamei de aplicatii.

Opereaza la 10Mb/sec si are la baza o topologie de conexiune multinod, care manipuleaza pana la 1024 noduri in formatele de cablu: torsadat, fibra optica, cablu axial.

CNSEM - CURS 10 21

ETHERNET - Avantaje

Comercializarea in volume mari la preturi mici, fiind componenta standard pe placile de baza a numeroase sisteme de calcul;

Devide standard industrial de facto, in special pentru comunicatiile ndustriale de mare viteza

Integrarea si distributia informatiilor de productie si manufacturare vor fi mai facile.

Majoritatea sistemelor de computere utilizate in busness sunt incadrate cu personal specializat in administrarea retelelor, avand abilitati pentru proiectarea de retele, instalare si intretinere.

CNSEM - CURS 10 22

ETHERNET - Tehnologie

Foloseste protocolul CS/MA/CD (Carrier Sense, Multiple Access, Collision Detect) care intrebuinteaza o metoda de transmisie speciala pentru comunicarea cu nodurile retelei

Echipament

Echipament

Echipament

Echipament

Echipament

Echipament

Hubb repetor Hubb de comutatie

Fac ca echipamentele sa apara conectate

impreuna

Trec mesajele spre echipamentele de

destinatie, evitandu-se coliziunile

CNSEM - CURS 10 23

ETHERNET – Elemente de baza

Mediul fizic folosit la transportul semnalelor intre computere si noduri

Setul de reguli care controleaza si arbitreaza accesul la Ethernet care se aplica la mai multi utilizatori diferiti

Cadrul pachetelor Ethernet, ce consta intr-un set standard de biti, folosit sa vehiculeze date pe Ethernet.

CNSEM - CURS 10 24

ETHERNET – Protocol

Application-Oriented Layer

Transport Layer

Network Layer

Link/Physical Layer

FTP DNS Telnet HSE/FF

TCP UDP

IP

Leased Line

Ethernet Token Ring

AIRPANET1,2

3

4

7

Model OSI la nivelul solutiei Ethernet TCP/IP

Ethernet reprezinta suportul fizic.

CNSEM - CURS 10 25

ETHERNET – Protocol

Functii:

Defineste o adresa unica, astfel incat computerele sau echipamentele sa se poata identifica reciproc pe retea

Determina modul de transmitere a datelor

Proceseaza informatie la sosirea la destinatia finala.

Exemple simple de protocoale de retea folosite pentru sistemele informatice cu scop general: TCP/IP, NetBEUI, IPX/SPX, UDP, AppleTalk, SNMP, LAT.

Ethernet, completat cu protocoale industriale stanndard (TCP/IP, OLE sau OPC), respectiv Windows ca sistem de operare, concura la realizarea de solutii foarte

atractive ca performante si pret in aplicatii industriale.