Версия для печати

Обзор и сравнение популярных открытых промышленных сетей

Дата: 2008-12-02

Добавлено: komatic

Тема: Сети

В настоящее время существует и наиболее распространены следующие открытые промышленные сети - Profibus, CAN, DeviceNet, CANopen, Interbus, AS-Interface, ControlNet, Foundation Fieldbus. Применение сети само по себе дает огромные преимущества, причем преимущества эти тем значительнее, чем крупнее система: сокращается время на прокладку связующих кабелей, уменьшается стоимость установки, появляется модульность, создаются потенциальные возможности для проведения диагностики.

Какая сеть лучше?

На самом деле, какая-то единственная шина лучшей никогда не будет, поскольку невозможно удерживать первенство абсолютно во всех областях. Всегда будет существовать множество решений, каждое со своими достоинствами и недостатками. Однако если вам будут хорошо известны все особенности каждого из этих решений, все его "за" и "против", у вас будет возможность сделать обоснованный вывод. Иными словами, вы сможете выбрать одну или две шины, которые окажутся лучшими для вашего конкретного случая.

CAN: недорогая очень надежная основа для нескольких распространенных
промышленных шин: DeviceNet, CANopen

Высшая степень надежности
Понятно, что надежность связи в транспортном средстве в буквальном смысле вопрос жизни и смерти. Сбой сети просто-напросто НЕДОПУСТИМ, вне зависимости от его причины. Сеть CAN выживает в самых суровых условиях, причем статистическая вероятность отказа составляет менее одного случая за столетие.

Достоинства: дешевизна, широкое распространение, высокая надежность, эффективное использование пропускной способности, подача питающего напряжения по сетевому кабелю.
Недостатки: ограниченная пропускная способность, ограниченный размер сообщений, ограниченная длина соединения.

Interbus: высокоскоростная детерминированная европейская промышленная шина

Сеть Interbus одна из самых первых промышленных шин, получивших широкое распространение. Она остается популярной и сегодня благодаря своей гибкости, быстродействию, диагностическим средствам и автоадресации.
Физически Interbus напоминает обычную сеть с многоотводными соединениями, однако в действительности представляет собой последовательное кольцо на базе сдвиговых регистров. Каждый подчиненный узел имеет два коннектора: через один коннектор данные принимаются, через другой передаются в следующий узел. Информация об адресе в протоколе отсутствует; данные в сети пересылаются по кругу, и главное устройство всегда способно определить, из какого узла считывается или в какой узел передается информация по, так сказать, положению этого узла в кольце.
Издержки протокола, таким образом, минимальны; в типовых системах с несколькими десятками узлов и (возможно) десятком устройств ввода/вывода на узел немногие шины способны показывать лучшие результаты, чем Interbus.
Благодаря необычной сетевой топологии Interbus имеет два дополнительных преимущества. Во-первых, кольцевая топология дает главному устройству возможность самому себя конфигурировать, причем в некоторых случаях данный процесс не требует вмешательства со стороны пользователя. Таким образом, Interbus вполне может играть роль сети, "защищенной от дурака" (по крайней мере, защищенной в той же степени, в которой может быть "защищена от дурака" любая другая сеть). Во-вторых, точность сведений о сетевых отказах и месте их возникновения значительно упрощает процесс их (отказов) поиска и устранения.

Достоинства: существенно упрощающая конфигурирование системы автоадресации, расширенные диагностические возможности, широкая распространенность (особенно в Европе), низкие издержки, малое время отклика, рациональное использование пропускной способности, подача напряжения питания (для устройств ввода) по сетевому кабелю.
Недостатки
: сбой любого соединения приводит к отказу всей сети; ограниченные возможности по передаче данных большого объема.

AS-I (Actuator Sensor Interface): самая простая (возможно, и самая дешевая) промышленная шина
Сеть ASI детерминированная. Это означает, что всегда можно сказать с полной уверенностью, через какой временной промежуток изменение состояния подчиненного устройства станет известно главному. Для вычисления этого промежутка необходимо число узлов (включая главное устройство) умножить на 150 микросекунд. Максимальная задержка в сети ASI составляет, таким образом, 4,7 миллисекунды, что является очень неплохим результатом для большинства систем (у многих программируемых контроллеров длительность цикла опроса составляет 20 и более миллисекунд!).

Достоинства: чрезвычайная простота, дешевизна, распространенность, высокое быстродействие, подача питающего напряжения по сетевому кабелю. Превосходное средство для объединения устройств цифрового ввода/вывода.
Недостатки: плохо подходит для объединения устройств аналогового ввода/вывода; ограниченные размеры сети; Детерминизм и длительность цикла опроса.

Ethernet: неофициальный мировой стандарт административных и вычислительных сетей

Необходимо создание единого "прикладного уровня". Когда устройство принимает данные, как оно может определить, в каком они формате? Являются ли они последовательностью данных ввода/вывода, текстовым документом или электронной таблицей? Быть может, это параметры для частотно-регулируемого электропривода? А каков порядок данных? На сегодняшний день в этой области существуют несколько конкурирующих между собой стандартов.
Необходима разработка коннекторов в промышленном исполнении. Недорогие пластиковые "телефонные разъемы" для производственных условий непригодны, а равно и разъемы типа RJ45; нужен надежный промышленный разъем.
Многие пользователи хотели бы, чтобы по сетевому кабелю подавалось питающее постоянное напряжение 24 В. С практической точки зрения это выгодно: меньше кабелей, меньше источников питания; с другой стороны, подача питающего напряжения по сетевому кабелю приведет к дополнительным затратам, повышению уровня помех и вызовет некоторые другие технические проблемы.
Одним из основных требований некоторых систем является детерминизм. Обычная сеть Ethernet не обладает такими свойствами, как детерминизм и стабильность электрических характеристик (repeatability); иными словами, гарантия своевременной доставки в традиционной Ethernet отсутствует. Вместе с тем, уже существует ряд способов построения вполне детерминированных Ethernet-систем. Необходимо заметить, что большинству пользователей, желающих детерминизма, на практике требуется всего лишь быстродействие.

Достоинства: Ethernet самый распространенный и практически универсальный международный сетевой стандарт. Поддерживает передачу больших объемов данных с высокой скоростью, способна удовлетворить потребности крупных систем.
Недостатки
: большие издержки при передаче данных небольшого объема. Подача питающего напряжения по сетевому кабелю не производится. Физически уязвимые коннекторы, повышенная по сравнению с другими промышленными шинами чувствительность к электромагнитным помехам. Слишком большое разнообразие открытых и фирменных стандартов обработки данных

Profibus: самая распространённая в мире открытая промышленная сеть

Хорошая скорость передачи, большая длина соединения и широкие возможности по обработке данных превращают Profibus в одну из лучших шин, предназначенных для систем управления многими технологическими процессами и интенсивной обработки информации. Наиболее часто используемый формат обмена сообщениями Profibus DP представляет собой сеть с опросом узлов (выделенное главное устройство периодически опрашивает состояние каждого узла сети); тем самым обеспечивается постоянный контроль состояния каждого устройства в сети (одно устройство за один цикл опроса может передавать до 244 байт полезной информации). Каждое сообщение содержит 12 дополнительных байт, вследствие чего максимальная длина всего сообщения составляет 256 байт.

Достоинства: Profibus самый распространенный в мире сетевой стандарт. Эта шина, применяемая в Европе почти повсеместно, весьма популярна в Северной и Южной Америке, а также в некоторых странах Африки и Азии. Версии DP, FMS и PA в целом удовлетворяют требованиям подавляющего большинства систем автоматизации.
Недостатки: относительно высокие накладные расходы при передаче коротких сообщений, отсутствие подачи питания по шине, несколько более высокая по сравнению с другими шинами стоимость. Кроме того, ориентация на продукты европейских компаний и изделия Siemens зачастую негативно оценивается пользователями в Северной Америке.

Обзорная таблица некоторых сетей:

  Ethernet Modbus
RTU/ASCII
Profibus Foundation
Fieldbus
DeviceNet CANopen
Происхождение Digital
Equipment
Corp., Intel, и
Xerox - 1976
Modicon - 1978 German govt. and
automation
manufacturers - 1989
ISA - 1998 Allen-
Bradley - 1994
CAN in
Automation - 1993
Применение Produced on
chips by many
vendors; based
on IEEE 802.3
Produced on any
medium, but it is
typically found on
RS-232, -422, or -
485; no special
ASICs required
Produced on ASICs by
multiple vendors;
based on RS-485 and
the European
EN50170
Produced on
chips by multiple
vendors
Produced on chips
by many vendors;
based on CAN
Produced on chips
by many vendors;
based on CAN
Форматы 10Base-2,
10Base-T,
100Base-T,
100Base-
FX, 1 Gb;
copper (twisted
pair/thin
coaxial), and
fiber
Typically RS-232,
RS-422, RS-485
Profibus DP
(master/slave),
Profibus FMS
(multimaster/ peer to
peer), and Profibus PA
(intrinsically safe)
H1 intrinsically
safe and High-
Speed Ethernet
(HSE); based on
ISA SP50/
IEC61158
- -
Конекторы RJ-45 or
coaxial
Typically DB9 or
terminal block
9-pin D-shell
connector (impedance
terminated) or 12 mm
IP 67 quick disconnect
Application
dependent
Mini 18 mm and
micro 12 mm
waterproof quick
disconnect plugs
and receptacles; 5-
pin Phoenix terminal
block
Mini 18 mm and
micro 12 mm
waterproof quick
disconnect plugs
and receptacles;
9-pin
D-shell
Макс.
Узлов
1024,
expandable
with routers
250 127 240/ segment;
65,000 possible
segments
64 64
Растояние 100 m (10Base-
T) to 50 km
(mono mode,
fiber with
switches)
350 m for RS-485 100 m (copper, no
repeaters, max.
speed) to 24 km (with
repeaters and fiber
optic transmission)
1900 m for H1 100-500 m 100-500 m
Скорость 10 Mbps to 1
Gbps
Can run at any
speed, but it is
most commonly
used between
9600 and 38,400
bps
9600 bps to 12 Mbps H1 31.25 Kbps
and HSE 100
Mbps
125, 250, and 500
Kbps
125, 250, and 500
Kbps
Размер
сообщений
46-1500 bytes 0-254 bytes Max. 244 bytes/ node /
message
128 octets 8 bytes/ node/
message
8 bytes/ node/
message
Формат
сообщений
Peer to
peer
Master/ slave;
discrete and
analog I/O and
parameters
Polling (DP/PA) and
peer to peer (FMS)
Client/ server,
publisher/
subscriber, and
event notification
Polling, strobing,
changeof-
state, cyclic;
explicit messaging
for configuration
and parameter
data; UCMM for peer
to peer messaging;
producerconsumerbased
model
Polling, strobing,
changeof-
state, cyclic,
and others




Просмотров: 10350

Комментарии к материалу

Добавлен: rxs    Дата: 2009-10-04

Спасибо за обзор.
Интересно узнать источник информации.

Добавлен: komatic    Дата: 2009-10-04

Точно не помню, но вроде основа - http://www.elth.ru/index.php?module=80
там более полный обзор...

Добавлен: Билли Бонс    Дата: 2013-01-31

про AS-i неверно написано. Да время цикла ~5 мс но за цикл принято в томчиле циклы передачи служебной информации. Типа опрос наличия устройств, опрос подтверждения получения и т.д. Реально обновление дискретных сигналов занимает 7 циклов. То есть 35 мс на ввод DI и 35 мс на вывод DO. С аналоговыми сигналами вообще печалька >100 мс. А ещё долго разбирался в версиях, пока не понял что с обратной совместимостью не всё хорошо.

Добавить комментарий

Ваше имя:

Текст комментария (4000 max):

Введите сумму с картинки: