Модель взаимодействия открытых систем
Содержание
Введение. 3
1 Технологическая часть. 4
1.1 Основы промышленных сетей. 4
1.2 Модель взаимодействия открытых систем. 5
1.3 Основные критерии выбора. 7
2 Техническая часть. 8
2.1 Промышленная сеть Industrial Ethernet 8
2.1.1 Industrial Ethernet на базе триаксиальных и коаксиальных кабелей, а также промышленных витых пар. 11
2.1.2 Межсетевой обмен данными. 13
2.2 Промышленная сеть PROFIBUS. 15
2.2.1 Физический уровень для DP/FMS (световоды) 16
2.2.2 Физический уровень для PA.. 18
2.2.3 Интерфейс RS-485. 19
2.3 Промышленная сеть Modbus. 20
2.3.1 Физический уровень. 21
2.3.2 Канальный уровень. 22
2.3.3 Прикладной уровень. 25
3 Расчетная часть. 27
3.1 Расчет энергетического потенциала каналов, выполненных с использованием стеклянного оптоволокна и модулей OLM.. 27
Заключение. 29
Список литературы.. 30
Введение
Компьютеры и микропроцессоры стремительно проникают в нашу жизнь. В современных системах автоматизации даже механические клапаны и задвижки, некогда абсолютно пассивные, теперь способны общаться – воспринимать команды и информировать о своих рабочих состояниях, поскольку имеют микропроцессорное управление.
Основная цель построения распределенных систем автоматизации - удешевление и упрощение технологий и управления производством и эксплуатацией системы за счет обеспечения технологии сквозного сетевого доступа: от мощных компьютеров и многофункциональных контроллеров до интеллектуальных пассивных элементов (датчиков, регуляторов и т. п.). При этом такая сеть должна удовлетворять всем современным требованиям по функциональности, надежности и открытости.
Другими словами, на первый план выступают так называемые промышленные сети. В мире насчитывается уже несколько десятков типов таких сетей. Комплектующие изделия к ним выпускают сотни компаний. Современные системы управления невозможны без применения промышленных сетей.
В данной работе рассмотрены характеристики, свойства и области применения таких промышленных сетей как Modbus, Profibus и Industrial Ethernet.
Технологическая часть
Основы промышленных сетей
Технология построения единой информационной сети, объединяющей компьютеры, интеллектуальные контроллеры, программаторы, панели оператора, датчики и исполнительные механизмы, определяется одним термином - fieldbus (полевая шина или промышленная сеть).
Fieldbus - это основополагающий термин, определяющий некоторую цифровую сеть, призванную заменить широко использовавшуюся ранее централизованную аналоговую 4 - 20 мА - технологию. Такая сеть является цифровой, двунаправленной, многоточечной, последовательной коммуникационной сетью, используемой для связи изолированных друг от друга (по функциям) таких устройств, как контроллеры, датчики, силовые привода и т. п. Каждое field-устройство обладает самостоятельным вычислительным ресурсом, позволяющим относить его к разряду интеллектуальных (smart fieldbus device). Каждое такое устройство способно самостоятельно выполнять ряд функций по самодиагностике, контролю и обслуживанию функций двунаправленной связи. Доступ к нему возможен не только со стороны инженерной станции, но и со стороны аналогичных ему устройств. Поэтому технология fieldbus - это нечто большее, чем просто замена 4 - 20 мА - технологии.
Fieldbus - это сеть для промышленного применения, логически очень похожая на LAN-сети, применяемые в офисных приложениях. К промышленным сетям предъявляются следующие требования:
• жесткая детерминированность (предсказуемость) поведения;
• обеспечение функций реального времени;
• работа на длинных линиях с использованием недорогих физических сред (например, витая пара);
• повышенная надежность физического и канального уровней передачи данных для работы в промышленной среде (например, при мощных электромагнитных помехах);
• наличие специальных высоконадежных механических соединительных компонентов.
Переход на fieldbus-технологию обещает улучшение качества, снижение затрат и повышение эффективности конечной системы.
Эти прогнозы основаны на том факте, что принимаемая или передаваемая информация кодируется в цифровом виде. Каждое устройство может выполнять функции управления, обслуживания и диагностики. В частности, оно может сообщать о возникающих ошибках и обеспечивать функции самонастройки. Это существенно увеличивает эффективность системы в целом и снижает затраты по ее сопровождению.
Серьезный ценовой выигрыш достигается за счет сокращения длины и количества проводов и уменьшения объема монтажных работ: аналоговая технология связи требует, чтобы каждое устройство имело собственный набор проводов и собственную точку подключения к общей системе управления. Fieldbus устраняет эту необходимость, так как использует всего одну витую пару проводников для объединения всех активных (контроллеры) и пассивных (датчики) устройств.
Кроме того, общее снижение количества оборудования делает всю систему не только проще в эксплуатации, но и надежнее за счет уменьшения потенциальных аппаратных отказов.
Модель взаимодействия открытых систем
В 1978 г. Международной организацией по стандартизации (ISO) в противовес закрытым сетевым системам и с целью разрешения проблемы взаимодействия открытых систем с различными видами вычислительного оборудования и различающимися стандартами протоколов была предложена "Описательная модель взаимодействия открытых систем" (OSI-модель, ISO/OSI Model или семиуровневая модель). В таблице 1 представлены все уровни и функции этой модели.
Все, что находится выше 7-го уровня модели - это задачи, решаемые в прикладных программах. Идея семиуровневого открытого соединения состоит не в попытке создания универсального множества протоколов связи, а в образовании модели, в рамках которой могут быть использованы уже существующие протоколы.
Таблица 1 – Функция уровней OSI - модели
| Уровень OSI-модели | Функция | Примеры |
| 7. Прикладной | Доступ к сетевым службам | HTTP |
| 6. Представления данных | Представление и шифрование данных | ASCII |
| 5. Сеансовый | Управление сеансом связи | RPC |
| 4. Транспортный | Прямая связь между конечными пунктами и надёжность | TCP, UDP |
| 3. Сетевой | Определение маршрута и логическая адресация | IPv4, IPv6 |
| 2. Канальный | Физическая адресация | Ethernet, DSL, сетевая карта |
| 1. Физический | Работа со средой передачи, сигналами и двоичными данными | USB, «витая пара» |
Большинство промышленных сетей поддерживают только 1, 2 и 7-й уровни OSI-модели: физический уровень, уровень передачи данных и прикладной уровень. Все другие уровни, как правило, избыточны.
• Физический уровень (Physical Layer) обеспечивает необходимые механические, функциональные и электрические характеристики для установления, поддержания и размыкания физического соединения.
• Уровень передачи данных (Data Link Layer) гарантирует передачу данных между устройствами. Этот уровень управляет не только сетевым доступом, но также механизмами защиты и восстановления данных в случае ошибок при передаче.
• Прикладной уровень (Application Layer Interface) обеспечивает непосредственную поддержку прикладных процессов и программ конечного пользователя и управление взаимодействием этих программ с различными объектами сети передачи данных.
Основные критерии выбора
Предпочтительность того или иного сетевого решения как средства транспортировки данных можно оценить по следующим критериям:
· объему передаваемых полезных данных;
· времени передачи фиксированного объема данных;
· удовлетворению требованиям задач реального времени;
· максимальной длине шины;
· допустимому числу узлов на шине;
· помехозащищенности;
· денежным затратам в расчете на узел.
Часто улучшение по одному параметру может привести к снижению качества по-другому, поэтому при выборе того или иного протокольного решения необходимо следовать принципу разумной достаточности.
Техническая часть
Дата добавления: 2019-01-14; просмотров: 141; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!