Retele Pentru Comunicatii Industriale (1)

  • View
    25

  • Download
    4

Embed Size (px)

Text of Retele Pentru Comunicatii Industriale (1)

Facultatea de Electronica, Telecomunicatii si Ingineria Informatiei

RETELE PENTRU COMUNICATII INDUSTRIALE

Miron Mandoiu

Master ISC

Universitatea Politehnica Bucuresti

2007Cuprins :1. Protocolul HART

1.1 Istoric

1

1.2 Protocolul HART principii de functionare

11.3 Frequency Shift Keying

3 1.4 Moduri de comunicare la protocolul HART

3

1.5 Retele HART

5

1.5.1 Point-To-Point

5

1.5.2 Multidrop

6

1.6 Structura protocolului HART

8

1.6.1 Nivelul 1 HART

8

1.6.2 Nivelul 2 HART

9

1.6.3 Nivelul 7 HART

10

1.7 Condiii de funcionare ale protocolului HART

11

1.7.1 Date tehnice

11

1.7.2 Recomandri hardware

12

1.8 Avantajele utilizrii aparatelor de cmp cu protocol HART

12

2. Protocolul LIN

14

2.1.1 Istoric

14

2.1.2 Caracteristici

14

2.2 Conceptul de nod

15

2.3 Conceptul de functionare Master si Slave

16

2.4 Telegrama

17

2.5 Transportul datelor

17

2.5.1 Semnale

17

2.5.2 Mesajele de diagnoza

17

2.5.3 Schedule Table

17

2.5.4 Impachetarea semnalelor

18

2.5.5 Receptia si transmisia semnalului

18

2.6 Transferul telegramelor

19

2.6.1 Structura telegramei

19

2.6.1. Campurile header-ului

20

2.6.2 Lungimea telegramei

21

2.7 Tipuri de telegrame

22

2.7.1 Telegrame Unconditional

22

2.7.2Telegrame Event triggered

22

2.7.3 Telegrame Sporadic

23

2.7.4 Telegrame Diagnoza

23

2.7.5 Telegrama Reserved

23

2.9 Modelul de comportare al task-ului

24

2.9.1 Sarcina master

24

2.9.2 Sarcina slave

24

2.10 Managementul retelei

25

2.11 Managementul starilor

26

2.12 Nivelul de Transport

26

2.12.1 Strucutura PDU Packet Data Unit

26

2.12.2 Comunicarea

27

2.13 Serviciile de Configurare si Identificare a Nodului

28

2.14 Diagnosticarea specificatii

29

2.15 Nivelul Fizic

30

2.15.1 Procedura de sincronizare

30

3.Protocolul CAN

31

3.1Istoric CAN

32

3.2 Protocolul Controller Area Network (CAN)

34

3.2.3 Formatul frame-ului de date

35

3.2.4 Semnalizarea si detectia erorilor

37

3.3 Structura Nivelelor la CAN

39

3.4 Nivelul Fizic la CAN

39

3.5 Standarde ale Nivelului Fizic

42

4.Protocolul PROFIUS

44

4.1 PROFIBUS-FMS

45

4.2 PROFIBUS-DP

45

4.3 PROFIBUS-PA

46

4.4 Nivelul Fizic

47

4.4.1 Nivelul fizic pentru DP/FMS

47

4.4.2 Nivelul fizic pentru PA

49

4.5 Nivelul Legaturii de Date

50

4.5.1 Formatele telegramei PROFIBUS

514.6 Nivelul de Aplicatie (nivelul 7)

53

4.7 Controlul accesului la magistrala intr-o retea PROFIBUS

53

4.6.1 Procedura Token Bus

54

4.6.2 Procedura Master-Slave

55

4.8 Servicii PROFIBUS

56

5.Protocolul PROFINET

61

5.1 PROFINET I/O (Distributed I/O)

61

5.2 PROFINET CBA (Distributed automation)

61

5.3 Comunicarea la PROFINET

63

5.4 Distributed I/O cu PROFINET IO

65

5.5 Servicii PROFINET IO

66

6.Concluzii

7.Bibliografie

RETELE PENTRU COMUNICATII INDUSTRIALE

Protocoale de comunicatie folosite in retele in domeniul industrial si al aplicatiilor cu masini automatizate:

HART

LIN

CAN

PROFIBUS

PROFINET

1 Protocolul HART1.1 Istoric

Protocolul HART (Highway Addressable Remote Transducer), a fost creat de Rosemount la sfarsitul anilor 80. Protocolul a fost deschis pentru utilizare si altor companii, astfel in 1990 sa format un User Group.

In martie 1993, grupul a votat pentru a crea o organizatie independenta si non-profit pentru o mai buna dezvoltare a protocolului HART. Fundatia va detine tehnologia HART, va administra standardele protocolului, si va asigura ca tehnologia va disponibila (open) in beneficiul industriei.

Astazi, HCF administreaza standardele protocolului si dreptul intelectual al protocolului, detine sectii de training, un site web cu stiri de ultima ora.

1.2 Protocolul HART principii de functionare

De multi ani standardul comunicatiei de camp pentru echipamentele din procesele de automatizare a reprezentat-o semnalul analogic de curent mA. Acesta variaza in intervalul 4-20 mA in functie de variatia marimii de proces. In aplicatii un semnal de 4 mA corespunde limitei de jos (0%) din scala si 20 mA va corespunde limitei de sus (100%). In principiu toate sistemele instalate folosesc acest standard international pentru a comunica informatiile variabilelor de proces intre echipamentele din automatizare.

Comunicarea HART are loc intre doua dispozitive HART, de obicei un dispozitiv de camp (slave) si un sistem de monitorizare sau de control (master). Comunicarea are loc folosind instrumentatie si cablare standard.

Figura. Comunicarea simultana Analogica si Digitala

HART asigura doua canale de comunicatie simultan : semnalul analog de 4-20 mA si un semnal digital. Semnalul de 4-20 mA comunica valorile masurate primare (in cazul unui instrument din teren) folosind o bucla de curent de 4-20 mA cel mai rapid si mai sigur standard industrial. Aditional informatii despre dispozitiv sunt comunicate folosind un semnal digital care este suprapus pe semnalul analog. Semnalul digital contine informatii de la dispozitiv care includ starea, diagnoza, masuri aditionale sau valori calculate,etc. Impreuna cele doua canale de comunicatie asigura solutia completa de comunicatie in teren, care este usor de configurat, robusta si la un pret scazut.

Deoarece dispozitivel HART suporta standardul 4-20 mA, pot fi folosite cu orice sistem care lucreaza cu dispozitive 4-20mA.

1.3 Frequency Shift Keying

Protocolul HART se bazeaza pe principiul Bell 202 FSK (Frequency Shift Keying). Semnalul digital este format din doua frecvente 1,200 Hz si 2,200 Hz reprezentate de 1 si 0. Sinusoidele celor doua frecvente sunt suprapuse pe firul de curent continuu al semnalului analog pentru a asigura o comunicare analoaga si digitala simultana. Pentru ca valoarea medie a semnalului FSK este intotdeauna zero, semnalul analog 4-20 mA nu este afectat. Pentru comunicare se impune o impedanta minima a buclei de 230 Ohmi.

Pentru a evita interferenta cu semnalul de comunicatie HART care se suprapune peste semnalul continuu, banda de trecere a semnalului de iesire la un traductor compatibil HART este limitata la 25 Hz. Max, cu un filtru cu alternarea de 40 dB / decada.

Receptorul HART este proiectat sa rejecteze orice semnal dreptunghiular cu amplitudine 16 mA, care trece printr-un astfel de filtru.1.4 Moduri de comunicare la protocolul HART

Sunt doua moduri de comunicare disponibile cu tehnologia HART:

Request-Response Mode si Burst Mode.

Modul Request-Response (master-slave)

Partea digitala a comunicarii o constitue protocolul request-response, care in timpul operarii normale, comunicatia fiecarui dispozitiv este initiata printr-o cerere de la un dispozitiv gazda cunoscut ca master. Doi masteri pot sa se conecteze de fiecare bucla HART. Primul Master este in general un sistem de control distribuit (DCS), programmable logic controller (PLC), sisteme de management active sau computere personale PC ruland o aplicatie. Al doilea Master este in general un terminal mobil sau un alt PC cu o aplicatie HART. Dispozitivele HART includ transmitere, servomotoare, debitmetre, valve, analizoare si controlere care raspund comenzilor Master-ului primar sau secundar.

Modul Burst

Unele dispozitive HART, suporta modul optional de comunicare burst. Modul burst face capabila o comunicare mai rapida (3-4 actualizari pe secunda). In acest mod, Master-ul instruieste dispozitivul sa transmita in continuu (broadcast) un mesaj de raspuns standard HART (ex, valoarea unei variabile de proces). Master-ul receptioneaza mesajul la o rata inalta pana cand instruieste dispozitivul sa opreasca transmisia (bursting-ul). Acest mod permite ca dispozitive multiple sa fie conectate intr-o schema multidrop.

1.5 Retele HART

Protocolul HART specifica ca "master"-ul (sistemul central de conducere sau un dispozitiv de comunicare portabil) transmite un semnal de tensiune, in timp ce "slave"- ul (dispozitiv de camp) transmite un semnal de curent.

Semnalul de curent este convertit intr-un semnal corespunzator de tensiune prin intermediul unei rezistente, deoarece toate aparatele utilizeaza sisteme de receptie care sesizeaza nivelul de tensiune.

In tabelul urmator se specifica nivelele de semnal minime si maxime acceptate in sistemele de transmisie folosind protocoale HART. Ideal, semnalul trebuie sa fie sinusoidal, dar se accepta si o forma trapezoidala. Semnalul dreptunghiular nu este acceptat.

HART nivele de semnal

Semnal transmis de "master" min. 400 mV v-v

max. 600 mV v-v

Semnal transmis de "slave"