Title: SISTEME DE CONTROL INTERCONECTATE
1SISTEME DE CONTROL INTERCONECTATE
2SISTEME DE CONTROL INTERCONECTATE
Topologia sistemelor de conducere distribuirea
functionala si spatiala a functiilor de conducere
- Nivelul de monitorizare si comanda
- Procesul este comandat si supravegheat.
- Reprezinta centrul automatizarii unde vin toate
informatiile. - Are la baza automate programabile sau
calculatoare de proces.
3SISTEME DE CONTROL INTERCONECTATE
- Nivelul de conectare
- Se asigura alimentarea cu energie electrica a
diferitelor componente (de masura, control sau
actionare).
- Nivelul campului
- Aici se gasesc senzorii si elementele de
executie. - Diversitate mare de componente.
- Este necesara solutionarea unor probleme legate
de functionarea dispozitivelor si modulelor
electronice in mediu industrial. - Trebuie realizat un sistem de comunicatie deschis
si flexibil.
4SISTEME DE CONTROL INTERCONECTATE
Complexitatea functionalitatii si valoarea
costurilor
Enterprise
Gateway dedicat
Control
Ierarhie completa a bus-urilor industriale
Fieldbus
Devicebus
Sensorbus
5SISTEME DE CONTROL INTERCONECTATE
Nivel companie sau intreprindere
Protocoale si aplicatii pe suport Ethernet
Control
ControlNet si HSE
Fieldbus
Profibus PA si Fieldbus Foundation
Devicebus
DeviceNet si Profibus
Sensorbus
CAN
Tipuri de retele utilizate
Nivelul de lucru
Observatie. O parte din protocoale pot utiliza un
nivel fizic comun (Ethernet), respectiv o serie
de nivele de protocol (IP, TCP), dar care
actioneaza ca niste punti, in ideea limitarii si
controlului traficului de informatie pe bus-ul de
control.
6SISTEME DE CONTROL INTERCONECTATE
- Cerinte in ceea ce priveste sistemele de
comunicatii industriale - Siguranta in functionare.
- Sa asigure comunicarea intre calculatoare si
echipamentele industriale - Exista solutii simple, seriale, ce au la baza
diverse protocoale (Modbus, Profibus, etc) - Presupun implementarea de retele de comunicatii
complexe si sofisticate care ofera robustete,
fiabilitate si comunicatii in timp real.
7Categorii de retele industriale
- Device
- Este dedicata gestionarii mesajelor scurte, in
general de dimensiune redusa, cativa octeti. - Majoritatea echipamentelor din aceasta categorie
sunt discrete (senzori de pozitie, butoane,
limitatoare de cursa, etc) - Aparatele necesita mesaje scurte
- Pot fi divizate in doua subcategorii
- De bit (realizeaza transferuri minimale de date
la si de la echipamente simple discrete, la nivel
fizic de I/O, cum ar fi senzori sau actuatori). - De octet (transfera dintr-o data in mod normal
mai mult de 50 de octeti de date, oferind
performanta in comunicatiile de nivel inalt).
8SISTEME DE CONTROL INTERCONECTATE
- Process
- Suporta comunicarea a catorva sute de octeti de
date per sesiune de transmisie (sunt mai lente
tocmai datorita dimensiunilor pachetelor de
date). - Controlerele de proces sunt de obicei echipamente
inteligente, dedicate controlului marimilor
analogice (debit, temperatura, concentratie,
etc). Bus-urile conectate se utilizeaza pentru
transmiterea parametrilor de proces catre
controlerele de proces. - Majoritatea echipamentelor conectate sunt
analogice
9SISTEME DE CONTROL INTERCONECTATE
- MODELUL OSI (OPEN SYSTEM INTERCONNECTION)
STRUCTURAT PE 7 NIVELE - A fost dezvoltat si introdus in 1978 de ISO.
- A indepartat restrictiile aplicate utilizatorilor
de catre producatorii de echipamente . - Defineste cadrul general de lucru pentru retele
de comunicatie in vederea implementarii de
protocoale, organizate pe 7 nivele, astfel incat
sa permita oricarui echipament sau sistem
utilizand orice protocol sa comunice cu alt
echipament sau sistem folosind propriul sau
protocol.
10SISTEME DE CONTROL INTERCONECTATE
Aplicatie Prezentare Sesiune Transport Retea Data
Link Fizic
7 6 5 4 3 2.1 2.2
- Fiecare nivel are un set de specificatii si
functii care trebuie indeplinite. - Fiecare nivel poate comunica la un moment dat de
timp cu nivele inferioare sau superioare, corect,
pe baza informatiilor ce ii parvin sistem
deschis.
11SISTEME DE CONTROL INTERCONECTATE
- NIVEL 7 - APLICATIE
- Suporta aplicatiile software si procesele
end-user (transfer de fisiere, e-mail, etc). - Tot ce se gaseste la acest nivel este specific
aplicatiei - Identificarea partenerilor de comunicatie si
calitatea serviciilor - Se acorda atentie autentificarii si securitatii
comunicatiei, precum si oricaror restrictii
impuse sintaxei datelor. - Sarcini
- Gestionarea si redirectionarea resurselor
- Accesul de la distanta al fisierelor
- Comunicatii interproces
- Managementul retelei.
12SISTEME DE CONTROL INTERCONECTATE
- NIVEL 6 - PREZENTARE
- Raspunde pentru conversia formatelor de date ale
aplicatiei expeditoare in cele ale aplicatiei
receptoare. - Asigura independenta fata de diferentele care pot
exista in reprezentarea datelor pe diferite
platforme de calcul - Transforma datele intr-un format acceptabil de
catre nivelul superior (rezolva problemele de
compatibilitate) - Functii
- Compresie a datelor
- Criptare
- Conversie a ordinii bitilor, integer spre
floating point - Translatia codului caracterelor (ASCII spre
EBCDIC)
13SISTEME DE CONTROL INTERCONECTATE
- NIVEL 5 - SESIUNE
- Stabileste, gestioneaza si termina sesiunile de
comunicatie intre aplicatii. - Este responsabil pentru pregatirea, coordonarea
si terminarea conversatiilor, schimburilor si
dialogurilor intre aplicatiile aflate in
conexiune. - Inregistreaza daca echipamentul trebuie sa
trimita sau sa primeasca date, protocoalele ce
trebuie utilizate, modurile de comunicare,
verificarea si remedierea erorilor. - Procese ce se desfasoara la acest nivel
- Conectarea si deconectarea oricarui nod din retea
- Autentificarea accesului utilizatorilor
- Autorizarea aplicatiilor multiple pentru
accesarea unui circuit virtual - Remedierea defectiunilor in cazul aparitiei unei
intreruperi in serviciu
14SISTEME DE CONTROL INTERCONECTATE
- NIVEL 4 - TRANSPORT
- Raspunde pentru realizarea interfetei dintre
software-ul de aplicatie si hardware-ul existent,
protejand nivelele superioare de erori, pierderi
de date si date corupte, in afara cadrului de
comunicatie. - Asigura transferul transparent si complet al
datelor intre sisteme. - Functii indeplinite
- Segmentarea mesajelor divizarea mesajelor ce
pleaca in unitati mai mici (frames cadre) care
pot fi manipulate de nivelul retea - Reasamblarea cadrelor fluxului de date de intrare
in mesaje de dimensiuni mai mari, tinand cont de
ordinea corecta - Validarea mesajelor
- Controlul traficului de mesaje gestioneaza
asteptarea cand buffer-ul sau stiva este plin/a - Multiplexarea mai multor sesiuni pe o legatura
logica sau virtuala pastrand evidenta
apartenentei cadrelor la sesiunile
corespunzatoare.
15SISTEME DE CONTROL INTERCONECTATE
- NIVEL 3 - RETEA
- Asigura tehnologiile de comutare si
directionare/rutare, realizand cai logice,
cunoscute ca si circuite virtuale, pentru
transmiterea datelor de la nod la nod. - Aici se realizeaza interfatarea nivelelor
superioare cu cele inferioare, ce tin de mediul
fizic de comunicatie. - La acest nivel exista numai fragmente de mesaj,
pachete, care sunt adresate si directionate - Asigura
- Directionarea cadrelor printre retele
- Controlul traficului si al congestiilor
- Fragmentarea cadrelor
- Maparea adreselor logice cu cele fizice
(realizarea corespondentei intre numele unui
computer si adresa IP) - Evidenta utilizarii retelei pentru statistica si
facturare.
16SISTEME DE CONTROL INTERCONECTATE
- NIVEL 2 DATA LINK CONTROL
- Protejeaza nivelurile superioare de orice grija
asupra canalelor fizice de transmisie si de a
asigura transferul pe nivelul fizic, fara erori,
de la un nod la urmatorul. - Pachetele de date sunt codate si decodate in biti
- Functii
- Stabilirea si terminarea legaturilor logice intre
noduri - Controlul traficului de cadre
- Transmiterea si receptia secventiala a cadrelor
- Confirmarea cadrelor
- Detectarea si remedierea erorilor de la nivel
fizic prin retransmiterea cadrelor neconfirmate
si manipularea receptiei cadrelor duplicat - Crearea si recunoasterea delimitarilor de cadru
- Este divizat in doua subnivele
17SISTEME DE CONTROL INTERCONECTATE
Data Link Control
Media Acces Control (MAC)
Logical Link Control (LLC)
Controleaza modul in care calculatorul primeste
acces la date, respectiv permisiunea sa le
transmita, acoperind astfel managementul adreselor
Controleaza sincronizarea cadrelor, fluxul de
date si verifica erorile, avand implementate
mecanismele de cerere automata de retransmisie
(ARQ) si procesele de handshaking
18SISTEME DE CONTROL INTERCONECTATE
- NIVEL 1 FIZIC
- Asigura
- vehicularea fluxurilor de biti (impulsuri
electrice, semnal luminos sau radio) in retea la
nivel electric, optic sau mecanic - mijloacele fizice de transmitere si receptie a
datelor pe o purtatoare, incluzand cabluri, placi
(Network Interface Card), circuite si alte
aspecte fizice - Aici nu mai exista informatii despre structura de
date ci doar o insiruire de biti
19SISTEME DE CONTROL INTERCONECTATE
- NIVEL 1 FIZIC
- Sunt acoperite urmatoarele aspecte
- Codarea datelor modificarea valorilor binare in
stari electrice sau optice, simplu de transportat
si de detectat la celalalt capat al suportului de
transmisie - Tehnici de transmisie functie de metoda de
transmisie a semnalului, digitala sau analogica - Mediul fizic de transmitere transmite bitii ca
semnale electrice sau optice si determina factori
de evaluare a semnalelor pe mediul fizic
specific - Accesoriile mediului fizic factori absolut
esentiali, cum ar fi echipamentele externe
utilizate, conectorii utilizati, numar de pini,
semnalele alocate pinilor.
20SISTEME DE CONTROL INTERCONECTATE
INTERFETE SERIALE
STANDARDE DE COMUNICARE SERIALA Caracteristicile
functionale, procedurale, electrice si mecanice
ale echipamentelor de interfata sunt
standardizate de catre CCITT si ISO, apeland la
standardele EIA, asigurand compatibilitatea
diverselor echipamente.
21SISTEME DE CONTROL INTERCONECTATE
- RS 232C
- Este un standard EIA (Electronic Industries
Association) - Se refera la conectarea seriala, sincrona sau
asincrona intre calculatoare, modem-uri sau
terminale, la distante de pana la 12 m si rate de
transmisie sub 20 Kbps - Reprezinta un standard de interfata la nivel
fizic, care specifica tipul conectorului,
semnificatia pinilor si un standard la nivelul
electric al interfetei. - Categorii de echipamente care folosesc
comunicatii seriale - DCE (Data Connunications Equipment) modem,
plotter, etc - DTE (Data Terminal Equipment) - calculator
22SISTEME DE CONTROL INTERCONECTATE
- RS 449
- A fost destinat sa inlocuiasca la nivel fizic si
functional interfata RS 232C avand mai multe
functii decat aceasta - Ofera specificatii pentru un conector principal
de 37 pini si un conector de 9 pini pentru
schimbarea pe un al doilea canal. - Permite o rata maxima de transmisie de pana la 2
Mbps
- RS 423A
- Specifica caracteristicile electrice pentru o
interfata numerica cu canale de transmisie
nesimetrice. - Reprezinta o configuratie superioara a interfetei
RS-232C si poate opera cu rate de transmisie de
pana la 100Kbps. - Distanta suportata de interfata este dependenta
de rata de transmisie si cablurile de legatura
utilizate.
23SISTEME DE CONTROL INTERCONECTATE
- RS 422A
- Specifica caracteristicile electrice pentru o
interfata numerica cu canale de transmisie
simetrice. - Permite obtinerea unor rate superioare de
transmisie de pana la 10 Mbps si o imunitate
crescuta la zgomote.
- RS 485
- Reprezinta o modificare a standardului RS-422A
pentru a permite operarea in retea - Permite obtinerea unor rate superioare de
transmisie de pana la 10 Mbps. - Un canal de transmisie poate fi partajat de pana
la 32 de perechi de emitatori - receptori
24SISTEME DE CONTROL INTERCONECTATE
- USB
- Standard popular ce conecteaza calculatoarele
personale cu instrumente externe acestora. - Permite performante superioare atat pe porturi
seriale cat si paralele, oferind o viteza de 12
Mbits/s, configurare plugplay, conectare
standard si putere. - Este utilizat pentru conectare echipamentelor ca
mouse, tastatura, joystick, etc.
25SISTEME DE CONTROL INTERCONECTATE
STANDARDE DE COMUNICARE PARALELA IEEE-488 (GPIB
- General Purpose Instrument Bus) Realizeaza
interconectarea astfel incat comunicatiile
paralele de date sa aiba loc intre receptori,
emitatori si controleri.
Dispozitive care accepta date de la bus
Dispozitive care plaseaza la cerere datele pe bus
Dispozitive care gestioneaza fluxul de date si
furnizeaza facilitati de procesare
Exista 24 de linii 8 bidirectionale folosite
pentru transmisia de date sau comenzi intre
diversele dispozitive conectate la bus 5 folosite
pentru semnale de control si stare 3 pentru
handshaking 8 linii de masa.
26PROTOCOALE SIMPLE DE COMUNICATIE - MODBUS
Protocol procesul de accesare a unui
dispozitiv, raspunsul la cererile venite de la
alte dispozitive si modalitatea de detectare si
raportare a erorilor El stabileste formatul
mesajului si continutul campurilor din mesaj.
Modbus protocolul utilizat in retele cu
echipamente Modicon
Retele standard (MAP si Ethernet)
Retele Modicon Modbus
Retele Modbus Plus
27- Protocolul Modbus
- Furnizeaza standardul intern pe care controlerele
Modicon il utilizeaza pentru analizarea mesajelor - Determina, pe durata comunicarilor,
- cum isi valideaza adresa fiecare controler
- cum recunoaste un mesaj adresat lui
- ce tip de actiune urmeaza
- cum extrage informatiile si datele continute in
mesaj - Construieste raspunsul si il trimite in retea
- In alte retele, realizeaza conversia intre
mesajele Modbus incluse si cadrele specifice
acelor retele
28Tranzactiile intr-o retea Modbus Porturile
standard Modbus ale controlerelor Modicon
utilizeaza o interfata seriala compatibila cu
RS-232C sau RS-485 la nivelul pinilor
conectorului, cablului, nivelelor semnalului,
ratei de transmisie si controlul paritatii.
Direct in retea
Conectarea controlerelor
Prin intermediul modem-urilor
Utilizeaza tehnica master-slave
29Dispozitiv MASTER Procesor local software
Dispozitiv SLAVE
- Returneaza mesajul de raspuns la cerere daca este
adresat individual - Nu sunt returnate raspunsuri daca cererea este
adresata tuturor dispozitivelor slave
- Adreseaza individual fiecare dispozitiv slave
- Poate initia trimiterea mesajului la toate
dispozitivele slave
- Format cerere dispozitiv master
- Includerea adresei dispozitivului
- Codul functiei
- Definirea actiunii cerute
- Datele ce trebuie transmise
- Campurile de control al erorilor
- Format raspuns dispozitiv slave
- Campurile de confirmare a actiunii
- Datele returnate
- Campurile de control al erorilor