RETELE INDUSTRIALE CU ARHITECTURA DESCHISA

1. RETELE INDUSTRIALE CU ARHITECTURA DESCHISA CNSEM - CURS 10

2. Protocol propriu de comunicatie Echipament 1 Echipament 2 Realizarea retelei necesita utilizarea acelorasi protocoale Echipament n Standardizarea protocoalelor Reducerea costurilor cablarii Utilizarea sistemelor cu functii de control si monitorizare Retea de comuncatie intre echipamentele unui sistem CNSEM - CURS 10

3. Standarde de retea 1979 – Open Systems Interconnect – OSI 1980 – Proiectul 802 - IEEE adera la OSI subdivizand nivelul Data link in cele doua subnivele Madia Acces Control (MAC) si Logical Link Control (LLC) 1990 – General Motors dezvolta Manufacturing automation Protocol (MAP) Protocol MAP Nivel OSI Aplicatie Prezentare Sesiune Transport Retea Legatura de date Fizic Manufacturing message from standard(MMFS); File transfer (FTAM), Common application service(CASE) ISO session kernel ISO Transport class 4 ISO internet IEEE 802.2 class 1, IEEE 802.4 token bus IEEE 802.4 broad band CNSEM - CURS 10

4. Protocol MAP Nivel Aplicatie – furnizeaza un set de comenzi care vor fi intelese de dispozitivele si software-ul folosit Nivel Legatura de date – se asigura transmiterea informatiei de catre un singur utilizator la un anumit moment dat Nivel Fizic – informatia este modulata dupa o purtatoare in radio frecventa, iar apoi transmisa prin cablu coaxial. Exemple de retele si domeniile lor de aplicatie CANopen, DeviceNet, SDS – retele tip CAN pentru echipamente de manufacturare FOUNDATION Fieldbus – retele de control de proces Interbus – S - retele low-level pentru echipamente I/O LonWorks - retele digitale de orientare generala, utilizate in automatizarea cladirilor/sistemelor embedded PROFIBUS DP/FMS/PA - familie de retele destinate proceselor industriale si de fabricatie CNSEM - CURS 10

5. DeviceNET • A fost dezvoltata initial de Allen-Bradley • Este administrata la momentul actual de ODVA (Open DeviceNet Vendors Application) • Este o retea low-level, destinata conectarii echipamentelor si instrumentatiei industriale (senzori si elemente de executie) la aparatura de high-level (controlere) • Asigura interschimbabilitatea la costuri foarte reduse, pentru aparate simple, utilizate frecvent in aplicatii de manufacturare (limitatori de cursa, senzori fotoelectrici, soft-startere, cititoare de cod de bare, actionari cu turatie variabila, interfete operator integrate, etc) CNSEM - CURS 10

6. DeviceNET – protocolul de comunicatie • Este implementat pe suportul protocolului CAN (Controller Area Network) DeviceNET CAN • Completeaza restul nivelelor plus nivelul Media (0) si Aplicatie (7) • Defineste semnificatia datelor deplasate • Specifica numai anumite portiuni ale nivelului fizic si de date • Defineste forma de deplasare a datelor CNSEM - CURS 10

7. DeviceNET – caracteristici • Pana la 64 de adrese pe o singura retea • Comunicatie peer-to-peer, cu prioritati, bazata pe schema de arbitrare nondestructiva a protocolului CAN • Model producator-consumator de transfer al datelor CNSEM - CURS 10

8. DeviceNET – profile • Defineste profilele standard ale echipamentelor pentru a permite o compatibilitate sporita intre echipamente • Sectiunile unui profil de echipament: • Definirea modelului obiect al echipamentului, incluzand o schema • Definirea formatului datelor de intrare/iesire, incluzand definirea Assembly Object pentru un transfer de date simplificat si eficient • Definirea parametrilor configurabili ai echipamentului, precum si a interfetelor publice la acesti parametri • Profilul echipamentului si Electronic Data Sheet (EDS) descriu obiectele care sunt disponibile in respectivul echipament, prin urmare functionalitatea acestuia din punctul de vedere al utilizatorului CNSEM - CURS 10

9. Foundation FIELDBUS • Retea industriala realizata in mod specific pentru controlul proceselor distribuite. • A fost creata de Fundatia Fieldbus, organizatie ce contine peste 100 de companii membre (mai mult de 80% din produsele, echipamentele si serviciile destinate sistemelor de automatizare • Tehnologia se compune din: • Nivel fizic – Physical Layer • Stiva de comunicatie – Communication Stack • Nivel utilizator – User Layer CNSEM - CURS 10

10. Foundation Fieldbus Model OSI User Layer Aplicatie Prezentare Sesiune Transport Retea Data Link Fizic Fieldbus Message Specification Fiedbus Access Sublayer Stack Data Link Fizic CNSEM - CURS 10

11. Foundation FIELDBUS – Nivelul Fizic • Foloseste nivelul fizic (electric, conexiuni, etc), standardizat de ISA 550.02 – 1992, IEC 1158 – 2 • Sunt disponibile mai multe rate de trabsfer, incluzand varianta de viteza redusa ce este compatibila cu solutiile existente, de 4-10 mA • Echipamentele sunt alimentate din aceleasi doua conductoare de semnal, eliminand necesitatea surselor externe de alimentare • Capacitati de operatiuni interne securizate, o cerinta pentru medile periculoase CNSEM - CURS 10

12. Foundation FIELDBUS – Stiva de comunicatii • Realizeaza serviciile necesare pentru a realiza interfata nivelului utilizator cu nivelul fizic. • Data Link Layer este un protocol de tip token-passing • La acest nivel actioneaza LAS(Line Active Scheduler), cu rol de arbitru central al bus-ului, ce permite controlul si comunicarea deterministica • Controlul poate fi trecut prin mai multe Link Master (echipamente de tip LAS), asigurandu-se astfel redundanta in reteaua Fieldbus CNSEM - CURS 10

13. Foundation FIELDBUS – Nivelul Utilizator • Defineste o interfata prin care utilizatorii pot comunica cu echipamentele printr-un set de blocuri, mai eficient decat prin simple colectii de date punctuale • Blocuri ce realizeaza nivelul utilizator: • Resource Block – descrie caracteristicile echipamentului (nume, producator, serie echipament) • Function Block - asigura controlul si comportarea intrarilor/iesirilor echipamentului • Transducer Block – decupleaza blocurile de functii de functiile necesare pentru citirea/scrierea intrarilor/iesirilor locale. CNSEM - CURS 10

14. Foundation FIELDBUS – Nivelul Utilizator • Defineste seturi standard de blocuri de functii, din care se distinge un set de 10 functii pentru operatiunile de baza de control si functii I/O Intrare Analogica - AI Iesire Analogica - AO Bias - B Selector Control - CS Intrare discreta - DI Iesire Discreta - DO Incarcare Manuala - ML Proportional/Derivativ - PD Proportional/Integral/Derivativ - PID Ratio -RA CNSEM - CURS 10

15. Foundation FIELDBUS – Nivelul Utilizator • Aplicatiile se creeaza prin conectarea functiilor bloc, Fieldbus specificand si modul de gestionare a resurselor de timp • Blocurile de functii sunt rezidente in fiecare echipament in parte, dar gestionarea genrala a executiei este specificata si executata pe retea • Device Descriptions asigura descrierea standard a functiilor disponibile in echipament, permitand crearea unei interfete operator pentru interactiunea cu echipamentul • Device Descriptions asigura interoperabilitatea, reprezentand o metoda standard prin care orice host poate afla lista capabilitatilor fiecarui echipament conectat la Fieldbus. CNSEM - CURS 10

16. PROFIBUS • Retea industriala utilizata la inceput preponderent in Europa, apoi la nivel mondial, in sistemele de productie, la controlul proceselor si in automatizari. • Tehnologia este dezvoltata si administrata de PROFIBUS User Organization (peste 600 de membri). • Poate fi utilizata: • Pentru transmisii de date de mare viteza, intre controlere si intrari/iesiri • Pentru comunicatii complexe intre automate programabile CNSEM - CURS 10

17. PROFIBUS - versiuni • PROFIBUS – DP: • Pentru comunicatii de mare viteza, eficiente ca raport performanta/pret, intre automatele programabile si modulele de intrare/iesire distribuite. Comunicare seriala. • Utilizeaza nivelul 1 si 2 si interfata Utilizator care specifica atat functiile de aplicatie disponibile, cat si comportamentul echipamentului. • Suport fizic: RS-485 sau fibra optica. CNSEM - CURS 10

18. PROFIBUS - versiuni • PROFIBUS – FMS: • Pentru comunicatii obisnuite, de orientare generala, desfasurate initial intre controlere programabile • Defineste modelul de comunicatie in care procesele aplicatiilor distribite pot fi unificate intr-un proces comun pe baza relatiilor de comunicatie. • Utilizeaza nivelele 1, 2 si 7. • Suport fizic: RS-485 sau fibra optica. CNSEM - CURS 10

19. PROFIBUS - versiuni • PROFIBUS – PA: • Este realizat in mod specific pentru automatizarea de proces • Utilizeaza protocolul de transmitere a datelor DP extins, echipamentele de camp putand fi alimentate direct din bus si integrate in retelele DP prin intermediul unor cuplori de segment. • Suport fizic: RS-485 CNSEM - CURS 10

20. ETHERNET • Cea mai populara interfata de retea ultrarapida de comunicare intre PC-uri. Racordarea hardware a Ethernet-ului este o carcateristica standard a calculatoarelor moderne, majoritatea acestora fiind interconectate printr-un protocol TCP/IP sau altul similar. • Este cea mai raspandita retea de comunicare pentru afaceri si aplicatii tehnologice. • Este administrat de IEEE sub specificatia 802.3. • Dezvoltarea Ethernet-ului comutabil (o noua tehnologie cu o banda sporita pentru comunicatii si o viteza de transmisie de 100Mb/s) a permis largirea considerabila a gamei de aplicatii. • Opereaza la 10Mb/sec si are la baza o topologie de conexiune multinod, care manipuleaza pana la 1024 noduri in formatele de cablu: torsadat, fibra optica, cablu axial. CNSEM - CURS 10

21. ETHERNET - Avantaje • Comercializarea in volume mari la preturi mici, fiind componenta standard pe placile de baza a numeroase sisteme de calcul; • Devide standard industrial de facto, in special pentru comunicatiile ndustriale de mare viteza • Integrarea si distributia informatiilor de productie si manufacturare vor fi mai facile. • Majoritatea sistemelor de computere utilizate in busness sunt incadrate cu personal specializat in administrarea retelelor, avand abilitati pentru proiectarea de retele, instalare si intretinere. CNSEM - CURS 10

22. ETHERNET - Tehnologie • Foloseste protocolul CS/MA/CD (Carrier Sense, Multiple Access, Collision Detect) care intrebuinteaza o metoda de transmisie speciala pentru comunicarea cu nodurile retelei Echipament Echipament Echipament Echipament Echipament Echipament Hubb repetor Hubb de comutatie Trec mesajele spre echipamentele de destinatie, evitandu-se coliziunile Fac ca echipamentele sa apara conectate impreuna CNSEM - CURS 10

23. ETHERNET – Elemente de baza • Mediul fizic folosit la transportul semnalelor intre computere si noduri • Setul de reguli care controleaza si arbitreaza accesul la Ethernet care se aplica la mai multi utilizatori diferiti • Cadrul pachetelor Ethernet, ce consta intr-un set standard de biti, folosit sa vehiculeze date pe Ethernet. CNSEM - CURS 10

24. ETHERNET – Protocol Model OSI la nivelul solutiei Ethernet TCP/IP Application-Oriented Layer FTP DNS Telnet HSE/FF 7 Transport Layer 4 TCP UDP Network Layer 3 IP Link/Physical Layer 1,2 Leased Line Token Ring Ethernet AIRPANET Ethernet reprezinta suportul fizic. CNSEM - CURS 10

25. ETHERNET – Protocol • Functii: • Defineste o adresa unica, astfel incat computerele sau echipamentele sa se poata identifica reciproc pe retea • Determina modul de transmitere a datelor • Proceseaza informatie la sosirea la destinatia finala. • Exemple simple de protocoale de retea folosite pentru sistemele informatice cu scop general: TCP/IP, NetBEUI, IPX/SPX, UDP, AppleTalk, SNMP, LAT. Ethernet, completat cu protocoale industriale stanndard (TCP/IP, OLE sau OPC), respectiv Windows ca sistem de operare, concura la realizarea de solutii foarte atractive ca performante si pret in aplicatii industriale. CNSEM - CURS 10