Локальные сети (стр. 5 из 7)

Если число ошибок в любом из счетчиков превысит 255, узел должен отключиться от шины (на практике REC содержит только 8 дв. разрядов и поэтому число ошибок приема не может превысить этот порог). Самостоятельно CAN контроллер узла не может вернуться в рабочее состояние. Если произведен внешний сброс, CAN контроллер возвращается в состояние активной ошибки и после паузы 128х11 (1408) может передавать сообщения.

CAN протокол определяет правила накопления числа ошибок в счетчиках REC и TEC. В зависимости от вида ошибки увеличение числа ошибок в счетчиках может быть от 1 до 8 при обнаружении однократной ошибки. Декремент содержимого счетчиков в состоянии активной ошибки производится всегда только на 1. Это позволяет присваивать разные веса различным ошибкам. Например, обнаружение ошибки при приеме увеличивает REC на единицу одновременно с отправкой кадра активной ошибки; если принимается доминантный бит после отправки узлом кадра активной ошибки, REC увеличивается на 8, т.к это означает, что только данный узел обнаружил ошибку. Успешный прием кадра узлом уменьшает REC (если он был не нулевым) на 1 в состоянии активной ошибки; если узел был в состоянии пассивной ошибки, в REC устанавливается величина от 119 до 127 (т.е. при TEC менее 128 узел перейдет в состояние активной ошибки).

Любой узел может также послать кадр перегрузки (overloadframe), если, во-первых, он не успевает обрабатывать поступающие сообщения и не может обеспечить прием следующего сообщения, во-вторых, при приеме доминантных бит в паузе между кадрами (это может означать потерю синхронизации при приеме). Кадр перегрузки имеет такой же формат, как и кадр ошибки, но передается всегда только после завершения приема кадра. А кадр ошибки может быть передан только в процессе передачи кадра. Кадр перегрузки не увеличивает состояние счетчиков ошибок и не приводит к повторной передаче кадров. Допускается передача узлом не более 2 кадров перегрузки подряд.

В соответствии со всеми процедурами контроля:

передача кадра считается успешной, если не обнаружено ошибок до конца поля EOF;

прием кадра считается успешным, если не обнаружено ошибок и в течение межкадрового интервала (3 бита после EOF).

Необходимо помнить, что CAN протокол не содержит эффективных средств контроля и восстановления искаженных данных кроме процедуры контроля CRC. Процедуры LLC не предусмотрены, несмотря на высокую помехоустойчивость возможны выпадения и вставки. Если необходимы дополнительные средства контроля данных, они должны реализовываться HLP протоколами.

В настоящее время выпускают CAN контроллеры, которые поддерживают одну из трех версий протокола. Версия CAN 2.0A поддерживает работу только с кадрами стандартного формата, имеющими 11-битный идентификатор. CAN 2.0Bpassive обеспечивает передачу кадров стандартного формата, а прием и обработку кадров и стандартного формата, и расширенного формата с 29-битным идентификатором. CAN 2.0Bactive обеспечивает обработку кадров обоих форматов.

Рис.1. Архитектура CAN контроллера

Очевидно, что CAN контроллер должен содержать буферные ЗУ и для передаваемых данных, и для принимаемых данных. Реализация процедур CAN протокола, как правило, производится аппаратно с передачей через трансивер выходных сигналов узла (Tx) и входных сигналов с шины (Rx). Приемный фильтр аппаратно производит селективную запись принимаемых кадров по их идентификаторам в буферное ЗУ. Предполагается, что буфер передачи должен обеспечивать хранение, по крайней мере, одного сообщения, а буфер приема - не менее двух сообщений. Чаще всего CAN контроллеры имеют больший объем буферных ЗУ. Доступ к данным в буферных ЗУ может производиться по алгоритму FIFO либо в более сложных реализациях с учетом уровня приоритета, определяемого идентификатором. Интерфейс CAN контроллера с управляющим микроконтроллером узла - стандартный. Через этот интерфейс производится настройка параметров, режимов, приемного фильтра и т.п., а также обмен данными с CAN шиной. В настоящее время производится достаточно большое число управляющих микроконтроллеров, которые содержат встроенные средства для обмена данными по CAN сети.

В связи с тем, что CAN протокол определяет только процедуры физического и MAC уровней, а построение сети требует решения и других задач, связанных, например, с процедурами LLC, процедурами автоматического выбора параметров и режимов при инициализации работы узлов, разработаны так называемые CANHLP протоколы.

К настоящему времени известно уже более четырех десятков CAN HLP. Среди CAN HLP наибольшее распространение в системах промышленной автоматизации получили четыре, поддерживаемых ассоциацией CiA: CAL/CANopen, CAN Kingdom, DeviceNet и SDS.

3.2 Сети PROFIBUS

Комплекс коммуникационных средств для решения задач автоматизации SIMATICNET (Siemens) содержит три самостоятельных технологии передачи данных для разных уровней управления: AS-интерфейс, сеть Profibus, сеть IndustrialEthernet. Области применения каждой технологии показаны на рис.2. IndustrialEthernet- технология классических компьютерных сетей и на верхнем уровне управления решает задачи информационного взаимодействия подсистем управления. AS-интерфейс с упрощенными алгоритмами организации передачи данных предназначен для обеспечения связи между двухпозиционными элементами локальных систем управления: датчиками, исполнительными устройствами, контроллерами нижнего уровня и т.п. Profibus содержат средства для реализации и технического взаимодействия локальных систем управления, и информационного взаимодействия подсистем управления.

3.2.1 AS-интерфейс

AS-интерфейс (международный стандарт EN 50 295) реализует обмен данными следующим образом:

AS-интерфейс является системой с одним ведущим устройством. Это устройство опрашивает поочерёдно все ведомые, ожидая от каждого ответ. Максимальное число ведомых устройств - 31, цикл опроса - 5 мс.

Адрес ведомого устройства является его идентификатором. Присвоение адреса происходит в системе AS-интерфейса только один раз.

Рис.2. Коммуникационные средства SIMATICNET

Установку адреса можно выполнить либо с помощью специального модуля задания сетевых адресов, или с помощью ведущего устройства. Адрес постоянно хранится в ведомом устройстве.

Ведущее устройство контролирует сигналы в линии связи, а также передаваемые данные и распознаёт ошибки передачи или выход из строя ведомых.

Замена или добавление ведомых устройств в режиме нормальной работы не окажет влияние на обмен данными с другими ведомыми устройствами.

Физические характеристики интерфейса:

2-жильный кабель для передачи сигналов и подачи напряжения питания. Мощность, которая может быть подана на ведомое устройство, зависит от используемого блока питания AS-интерфейса. Для выполнения соединений предлагается кабель специального типа, исключающий подключение с неправильной полярностью и позволяющий производить подключение пользовательских модулей AS-интерфейса методом прокалывания оболочки кабеля.

Древовидная топология сети при длине кабеля до 100 м. Древовидная топология AS-интерфейса позволяет использовать любую точку сегмента кабеля как начало новой ветви. Суммарная длина всех сегментов может достигать 100 м.

Сигналы физического уровня передаются по протоколу RS485 со скоростью 31,25 кбит/с.

В AS-интерфейсе используются сообщения с постоянной длиной. Отпадает необходимость в сложных процедурах управления передачей и установления длины сообщений или формата данных. Это позволяет ведущему устройству поочерёдно опрашивать все ведомые устройства за 5 мс и обновлять данные как на ведущем, так и на ведомых устройствах в пределах этого цикла. Ведомые устройства являются каналами ввода и вывода AS-интерфейса. Они активны только тогда, когда вызываются ведущим устройством и выполняют определённые действия или передают ответы на ведущее устройство по его команде. Каждое стандартное ведомое устройство может принимать 4 бита данных и передавать также 4 бита.

В системах SIMATIC роль ведущих устройств играют коммуникационные процессоры (CP), которые управляют обменом данных, или системы распределенного ввода/вывода (шлюзы, обеспечивающие доступ к исполнительным механизмам и датчикам, например, из PROFIBUS DP).

3.2.2 Сеть Profibus-DP

Технологии сетей PROFIBUS (Siemens) подразделяются на 3 протокола: DP, FMS и PA. Profibus-DP оптимизирован для быстрого обмена данными между системами автоматизации и децентрализованной периферией. FMS-сервисы (Fieldbus Message Specification) обеспечивают большую гибкость при передаче больших объемов данных. Profibus-DP и Profibus-FMS (стандарт EN 50170) применяют одинаковую технику передачи и единый протокол доступа к шине и поэтому могут работать через общий кабель. PROFIBUS-PA - специальная концепция, позволяющая подключать датчики и приводы, находящиеся во взрывоопасной зоне.

Физический уровень реализован по протоколу RS485 с соответствующими ограничениями по скорости и расстоянию. (Могут использоваться также волоконно-оптические или беспроводные каналы связи). Физически система PROFIBUS состоит из нагруженной с двух сторон активной линии - шинной структуры, которая обозначается, как сегмент шины RS485. Предельные параметры сети приведены в табл.1. К кабельному сегменту можно по стандарту RS-485 подключить до 32 устройств. Стандартные скорости: 9.6 кбит/с, 19.2 кбит/с, 45.45 кбит/с, 93.75 кбит/с, 187.5 кбит/с, 500 кбит/с, 1.5 Мбит/с, 3 Мбит/с, 6 Мбит/с или 12 Мбит/с.

Таблица 1

Топология	Общая шина или древовидная с использованием повторителей
Линия связи	Экранированная витая пара
Длина кабельных сегментов	1000м для скорости 187,5 кбит/с400 м для скорости 500 кбит/с200 м для скорости 1,5 Мбит/с100 м для скорости 3,6 и 12 Мбит/с
Количество последовательно подключенных повторителей	Не более 9
Количество узлов	Не более 32 на кабельном сегменте,не более 127 в сети с повторителями

В сетях PROFIBUS используются методы доступа “Token Bus" (сеть с передачей маркера или маркерное кольцо) для активных станций и “Master-Slave" (Ведущий-Ведомый) - для пассивных. Алгоритм доступа не зависит от конкретной среды передачи данных и реализуется следующим образом: