Сетевые технологии АПК

В настоящее время практически ни одна система управления не обходится без объединения отдельных устройств системы в сеть. Промышленная сеть – это набор стандартных протоколов обмена данными, позволяющих связать воедино оборудование различных производителей, а также обеспечить взаимодействие нижнего и верхнего уровней системы управления. На первых этапах развития ИСУ использовался последовательный порт компьютера и сеть RS-232. Затем на основе RS-232 в 1978 г. появилась сеть RS-422A, а в 1983 г. был создан вариант промышленной сети RS-485. Вариант сети на коаксиальном кабеле обеспечивает скорость передачи до 10 Мбит/с на длине линии менее 13 м. Структура сети объединяет источники, приемники данных, симметричную двухпроводную линию связи и два согласующие резистора 120 Ом на концах линии. Такая линия рассчитывается на подключение 32 единиц нагрузки. Мы уже привели отдельные возможности интерфейса RS-485. Рассмотрим другие.

8.1. Сеть BITBUS

Для организации распределенных систем управления на базе локальной промышленной сети BITBUS предназначено изделие microTCX (Technological Control eXtention for Micro PC) компании ТЕКОН. Имеются примеры и других АПК сети BITBUS, скажем микропроцессорные интеллектуальные контроллеры СМ9107 ИНЭУМ.

Сеть BITBUS соответствует стандарту IEEE-1118 (IEEE Standart Microcontroller System Serial Control Bus). В типичных применениях сеть Bitbus объединяет промышленные ПК и ПЛК. microTCX позволяет выйти в интерфейс Bitbus вычислительным машинам, имеющим шину, совместимую с шиной PC/XT ISA, и соответствующий разъем. По аналогии с другими сетевыми платами мы будем также употреблять термин "адаптер" применительно к microTCX, хотя microTCX является программируемым устройством, и он может выполнять гораздо больше функций, чем другие сетевые адаптеры. В локальной сети Bitbus адаптер microTCX обычно выполняет функции ведущего устройства (master), однако microTCX может работать и как ведомое устройство (slave). По терминологии локальной сети Bitbus PC представляет собой "расширение" (extention) адаптера, то есть дополнительное устройство, расширяющее возможности узла сети. Следует подчеркнуть, что PC действительно не является принципиально необходимым для нормальной работы адаптера устройством, поскольку microTCX представляет собой функционально полную одноплатную микроЭВМ, которой в минимальном варианте требуется только питание +5 В. Адаптер microTCX может работать под управлением собственного встроенного программного обеспечения, выполнять запросы от прикладных программ, работающих на PC (через драйверы), а также дополнительно выполнять прикладные программы, записанные пользователем в ОЗУ или ППЗУ адаптера. Основу собственного встроенного программного обеспечения адаптера (firmware) составляют многозадачная операционная система реального времени OS51(Operation System for MCS-51) и системная задача дистанционного доступа и управления RAC(Remote Access and Control task), которая собственно и занимается поддержкой протокола Bitbus. Прикладные программы, работающие на PC, могут посылать и принимать сообщения в соответствии с протоколом Bitbus, используя для связи с адаптером поставляемые с ним программы-драйверы. Пользователь может создать также прикладные программы, оформленные в виде задач OS51, и разместить эти программы в ОЗУ или ППЗУ адаптера. Эти задачи будут работать одновременно с системной задачей RAC. Таким образом, при работе с адаптером microTCX можно разгрузить PC от части прикладных задач и повысить суммарную производительность системы управления. Для написания задач, которые будут исполняться процессором адаптера, можно воспользоваться любыми кроссовыми системами программирования для однокристальных микроЭВМ семейства MCS-51. Наиболее целесообразно использовать компилятор и отладчик системы TeconC+. Системное ПО версии 1.2Cи выше содержит библиотеки и другие компоненты, необходимые для полноценной работы TeconC+. Однако, не существует принципиальной необходимости создавать пользовательское программное обеспечение для адаптера; функционально полное системное программное обеспечение microTCX делает его готовым к использованию непосредственно в момент поставки. Адаптер microTCX выполняет функции обслуживания локальной сети самостоятельно. От программы в PC (или от задач пользователя) адаптер получает только сами данные для обмена и возвращает полученные ответы. В терминах Эталонной Модели Открытых Систем ISO/OSI это означает, что программист общается с верхним (седьмым) уровнем, с уровнем приложений (application level). В комплект поставки адаптера microTCX входит драйвер для PC, компонуемый, поставляется в исходном тексте на языке Си. Поставляемая по отдельному заказу программа TCMon(для MS-DOS) обеспечивает доступ ко всем узлам сети Bitbus в режиме экранного диалога. При этом оператор получает возможность дистанционно управлять узлами, просматривать и изменять память узлов, отлаживать программное обеспечение узлов, обмениваться с ними файлами. Следует подчеркнуть, что адаптер microTCX полностью совместим с программным обеспечением для Bitbus, разработанным фирмой Intel. Адаптер microTCX специально приспособлен для надежного и отказоустойчивого управления, требующегося для локальных промышленных сетей. Адаптер обеспечивает гальваническую развязку PC от локальной сети (до 500 В), имеет встроенный сторожевой таймер (Watchdog), аппаратно выполняет программную команду сброса от PC. microTCX выполнен в виде одноплатного модуля. Электрорадиоэлементы расположены на четырехслойной печатной плате, соответствующей конструктивным требованиям IBM PC и Micro PC. Адаптер устанавливается в свободный слот PC и может работать с любым типом PC, совместимым с IBM PC XT/AT, от медленных IBM PC XT до Pentium с повышенной до 11 МГц частотой шины. Логически адаптер располагается в адресном пространстве ввода-вывода PC и занимает 8 последовательных адресов. Установка базового адреса производится с помощью трех перемычек. Таким образом, в одной PC можно установить до шести адаптеров, настроив их на различные свободные адреса ввода-вывода. Обмен информацией между адаптером и PC производится по опросу готовности адаптера или по прерываниям, в зависимости от пользовательской настройки адаптера, задаваемой перемычками, и от используемого драйвера. При обмене по прерываниям можно использовать либо две свободные линии прерываний (по записи и по чтению), или же одну общую линию прерываний. Возможна работа нескольких адаптеров microTCX на одну линию прерываний с использованием соответствующего драйвера.

Технические характеристики интерфейса Bitbus

Интерфейс Bitbus разработан фирмой Intel специально для построения распределенных систем управления. Интерфейс Bitbus имеет следующие характеристики:

• топология – магистраль ("многоточка");

• электрические характеристики – RS-485;

• скорость обмена – 375 кбит/с, 187,5 кбит/с или 62,5 кбит/с;

• длина сегмента при скорости 375 кбит/с – до 300 м, при скорости 62,5 кбит/с – до 1200 м.

• максимальная длина сети Bitbus определяется количеством и характеристиками используемых ретрансляторов и кабелей;

• количество узлов в сети – в сумме до 250, но не более 28 узлов в одном сегменте;

• протокол – SDLC;

• вид посылок – единый кадр с кодированием NRZI и вставкой/удалением нуля;

• длина сообщений – типично 20 байт, максимальная – 255;

• способ защиты информации – циклический полиномиальный контроль-ный код кадра, счетчики сообщений;

• среда передачи – одна или две экранированные витые пары;

• сервис – функционально соответствует 1, 2 и 7 уровням Эталонной Мо-дели ISO/OSI. Спецификация интерфейса Bitbus оговаривает еще один (четвертый) режим работы – синхронный режим со скоростями обмена 500÷2400 кбит/сек. Однако, адаптер microTCX не поддерживает синхронный режим, поскольку в этом режиме протяженность линии связи не должна превышать 30 м.