HART CAN.pdf

Systemy wbudowane

Plan wykładu

•

Wprowadzenie

•

Wybrane sieci miejscowe

•

Bezprzewodowa sieć ZigBee/IEEE802.15.4

Protokoły w systemach wbudowanych (1)

Zygmunt Kubiak

Dzisiaj w ł a ś ciwie nikomu nie trzeba t ł umaczy ć takich poj ęć

jak standaryzacja , normalizacja , unifikacja, dotycz ą cych bardzo ró ż nych

obszarów dzia ł alno ś ci cz ł owieka.

Ograniczaj ą c zakres rozwa ż a ń do systemów sterowania

mo ż na stwierdzi ć , ż e efektem tych prac s ą mi ę dzy innymi protoko ł y

komunikacyjne. W ramach wyk ł adu „ Protokoły w systemach

wbudowanych” przedstawione zostan ą istotne cechy dotycz ą ce

wybranych przewodowych sieci przemys ł owych, tzw. sieci miejscowych

oraz niedawno wprowadzanego standardu bezprzewodowego, tzn.

protokołów ZigBee oraz IEEE 802.15.4.

Systemy wbudowane

Wprowadzenie

•

Standardy analogowe

Dwuprzewodowa pętla

prądowa 4 – 20 mA

Protokoły w systemach wbudowanych (2)

Zygmunt Kubiak

Rozwój systemów sterowania rozpoczął się od systemów analogowych,

w których dla potrzeb komunikacji na bliskie odległości wykorzystywano jako nośnik

informacji prąd a na dalekie odległości najczęściej częstotliwość.

Określenie systemy sterowania, w ramach tego wykładu, należy

rozumieć jako pojęcie obejmujące problematykę pomiarów i sterowania.

Aby informacja mog ł a by ć wykorzystana w urz ą dzeniach czy systemach,

sygna ł ywy ściowe i wejściowe różnych urządzeń iprzetworników musz ą spe ł nia ć

odpowiednie standardy. W ś ród standardów analogowych najwi ę ksze znaczenie maj ą

sygna ł y pr ą dowe (zasi ę g). Stosowane były różne standardy, np. 0 – 5 mA, 0 – 20 mA, -20

- +20 mA. W systemach telemetrycznych analogowych dla realizacji zdalnych pomiarów

(przy odleg ł o ś ciach do 3000m) stosowany jest g ł ównie standard pr ą dowy 4-20mA. W

standardzie tym, pr ą d w przedziale 4-20mA zmienia si ę proporcjonalnie do zmiennej

procesowej, tzn. warto ść 4mA odpowiada kalibracji dla dolnego zakresu zmiennej (0%) a

20mA - górnemu zakresowi zmiennej (100%). Pokazano to na rysunku. Przesuni ę cie

pocz ą tkowej warto ś ci pr ą du o 4mA umo ż liwia zasilanie oddalonego uk ł adu przetwornika i

dlatego do po łą czenia uk ł adów wystarcza linia dwuprzewodowa. Mimo intensywnego

rozwoju systemów transmisji cyfrowej, rozwi ą zania analogowe s ą ci ą gle z powodzeniem

stosowane, co jest mi ę dzy innymi wynikiem ró ż norodno ś ci standardów cyfrowych.

Systemy wbudowane

Wprowadzenie

•

Systemy cyfrowe – przewodowe

– Sieci przemysłowe

• Sieci firmowe

– np. Mitsubishi - MiniNet

• Sieci miejscowe (Fieldbus)

– HART (ang. Highway Addressable Remote Transducer)

– ASi (ang. Actuator Sensor Interface)

– CAN (ang. Controller Area Network)

– Modbus

–ProfibusDP

–I inne

Protokoły w systemach wbudowanych (3)

Zygmunt Kubiak

Cech ą nowych rozwi ą za ń systemów cyfrowych jest rozproszona struktura

urządzeń i uk ł adów wej ś cia/wyj ś cia. Poszczególne urządzenia systemu, na najniższym

poziomie systemu sterowania, tworzą sieć przemysłową. W ramach rozwiązań

przewodowych można wyróżnić urządzenia z rozwiązaniami komunikacyjnymi

specyficznymi tylko dla danego producenta, tzn. sieci firmowe oraz rozwiązania

zdecydowanie bardziej uniwersalne, znormalizowane tzw. sieci miejscowe (ang.

fieldbus) łą cz ą ce inteligentne w ę z ł y. Z za ł o ż enia sieci miejscowe s ą sieciami czasu

rzeczywistego, a poniewa ż przeznaczone s ą do pracy w warunkach przemys ł owych

musz ą charakteryzowa ć si ę zwi ę kszon ą odporno ś ci ą na zak ł ócenia. Jedn ą zg ł ównych

przyczyn gwa ł townego wzrostu popularno ś ci sieci miejscowych jest rozwój technologii

pó ł przewodnikowej, który powoduje tak radykalny spadek kosztów elementów, ż e

op ł acalne staje si ę wyposa ż anie nawet poszczególnych uk ł adów wej ś ciowych i

wyj ś ciowych systemu jak sensory, przetworniki pomiarowe, uk ł ady wykonawcze –

w sterowniki mikroprocesorowe. Coraz cz ęś ciej pojawiaj ą si ę monolityczne uk ł ady scalone

zawieraj ą ce kompletne kontrolery poszczególnych sieci.

Ze względu na ograniczenia czasowe wykładu, przedstawione zostaną

tylko najbardziej charakterystyczne cechy wybranych sieci miejscowych.

Systemy wbudowane

Wprowadzenie

Model sieci miejscowej

Protokoły w systemach wbudowanych (4)

Zygmunt Kubiak

Rysunek przedstawia model sieci miejscowej, definiujący

główne jej zadania. Model ten zasadniczo obejmuje tylko trzy warstwy (1,

2 i 7) znanego modelu odniesienia OSI, opracowanego dla sieci

rozleg ł ych. Dla pełnego obrazu trzeba jednak dodać, że istnieją sieci

miejscowe dla których zdefiniowano więcej warstw.

Systemy wbudowane

HART (ang. Highway Addressable Remote Transducer)

Format ramki

Protokoły w systemach wbudowanych (5)

Zygmunt Kubiak

Protokó ł komunikacyjny HART ® (Highway Addressable Remote

Transducer) opracowano w firmie Rosemount w roku 1986. Stanowi on zgodnie z

zamys ł em twórców naturalne rozszerzenie przemys ł owego standardu analogowego 4-

20mA o cyfrow ą komunikacj ę z „inteligentnymi” (mikroprocesorowymi) uk ł adami

wej ś cia/wyj ś cia. Wspomniany standard ma ju ż d ł ug ą histori ę oraz bardzo du ż o aplikacji w

przemy ś le, głównie chemicznym i pomimo rozwoju technik cyfrowych pojawia si ę równie ż

w nowych instalacjach.

Architektur ę ró ż nych sieci najcz ęś ciej porównuje si ę z modelem

odniesienia OSI. Model ten nie uwzgl ę dnia specyfiki sieci miejscowych, które z za ł o ż enia

s ą sieciami czasu rzeczywistego, a poniewa ż przeznaczone s ą do pracy w warunkach

przemys ł owych musz ą charakteryzowa ć si ę zwi ę kszon ą odporno ś ci ą na zak ł ócenia.

Ró ż nice dotycz ą te ż fizycznych ś rodków łą czno ś ci i topologii sieci. Przy uwzgl ę dnieniu

tych ró ż nic model OSI stanowi u ż yteczn ą baz ę odniesienia. Sie ć HART stosuje tylko trzy

warstwy, 1, 2 i 7.

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: