SISTEME DE CONTROL INTERCONECTATE

1. SISTEME DE CONTROL INTERCONECTATE CNSEM - CURS 9

2. SISTEME 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. CNSEM - CURS 9

3. SISTEME 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. CNSEM - CURS 9

4. SISTEME DE CONTROL INTERCONECTATE Complexitatea functionalitatii si valoarea costurilor Enterprise Gateway dedicat Control Ierarhie completa a bus-urilor industriale Fieldbus Devicebus Sensorbus CNSEM - CURS 9

5. SISTEME 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. CNSEM - CURS 9

6. SISTEME 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. CNSEM - CURS 9

7. Categorii 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). CNSEM - CURS 9

8. SISTEME 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 CNSEM - CURS 9

9. SISTEME 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. CNSEM - CURS 9

10. SISTEME DE CONTROL INTERCONECTATE 7 6 5 4 3 2.1 2.2 Aplicatie Prezentare Sesiune Transport Retea Data Link Fizic • 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. CNSEM - CURS 9

11. SISTEME 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. CNSEM - CURS 9

12. SISTEME 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) CNSEM - CURS 9

13. SISTEME 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 CNSEM - CURS 9

14. SISTEME 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. CNSEM - CURS 9

15. SISTEME 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. CNSEM - CURS 9

16. SISTEME 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 CNSEM - CURS 9

17. SISTEME 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 CNSEM - CURS 9

18. SISTEME 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 CNSEM - CURS 9

19. SISTEME 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. CNSEM - CURS 9

20. SISTEME 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. CNSEM - CURS 9

21. SISTEME 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 CNSEM - CURS 9

22. SISTEME 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. CNSEM - CURS 9

23. SISTEME 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 CNSEM - CURS 9

24. SISTEME 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 plug&play, conectare standard si putere. • Este utilizat pentru conectare echipamentelor ca mouse, tastatura, joystick, etc. CNSEM - CURS 9

25. SISTEME 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. CNSEM - CURS 9

26. PROTOCOALE 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 CNSEM - CURS 9

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 CNSEM - CURS 9

28. Tranzactiile 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 CNSEM - CURS 9

29. Dispozitiv 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 CNSEM - CURS 9