книги / Микропроцессорные средства автоматизации энергетических систем. Сети автоматизации

Кроме того, информация о статусе содержит подробные сведения, необходимые для обработки аварийных ситуаций и оповещения оператора о работе автоматики. Статус устройств не только сообщается оператору, но также используется функциональными блоками приема для автоматического корректного отключения управляющего контура в случае ошибки или отказа.

Экономическая окупаемость. При разработке нового обору-

дования важную роль играют экономические вопросы. Контроль над деятельностью организации Fieldbus Foundation осуществляют многие компании. Подобный подход, реализованный FF, гарантирует стабильность и устойчивость технологии, отсутствие резких и внезапных перемен, вынуждающих пользователей проводить дорогостоящую замену оборудования и переход на новую технологию. Кроме того, ни одна из компаний, участвующих в разработке данной технологии, не может навязывать потребителю свои цены. Все технологии полевых шин позволяют существенно снизить общую стоимость всей установки за счет существенного уменьшения количества коммуникационных и других кабелей, необходимых для поддержки работы системы, уменьшения объема подсистемы ввода-вывода, вспомогательных установок, поддерживающих работу системы. Однако экономический эффект архитектуры FF не ограничивается этим стандартным набором преимуществ. В этой архитектуре реализуется возможность распределенного управления на уровне полевых устройств, позволяющая максимально эффективно использовать вычислительные мощности микропроцессорных устройств: параллельную обработку, например, реализацию функций управления, вычислений и выбора на уровне полевых устройств. Данная возможность позволяет использовать значительно меньшее число плат управления, необходимых для поддержки работы системы, и, следовательно, ведет к снижению стоимости и упрощению самой системы.

Стоимость инженерного проекта составляет основную часть общей стоимости системы, поэтому популярность технологии полевой шины во многом обеспечивается за счет простоты инженерных

281

решений. Комплексируемость является одной из основных возможностей, необходимых для полной интеграции различных видов оборудования в одной установке, обеспечивающих бесперебойную и безотказную работу. Данная возможность необычайно важна для пользователей, в частности потому, что они получают возможность выбрать технологию, позволяющую работать с широким спектром промышленных продуктов от различных поставщиков в регионе потребителя, предлагающих оборудование того типа, который удовлетворяет нужды потребителя. Архитектура FF поддерживается поставщиками большинством производимой во всем мире кон- трольно-измерительной аппаратуры, и список продуктов и систем FF постоянно пополняется.

Без сомнения, дополнительным удобством является и то, что узлы систем на основе FF легко подключаются к системе, при этом не нужно заботиться о драйверах устройств или испытывать неудобства, присущие аналоговым системам. Благодаря возможностям управления работой системы/сети, встроенным описаниям устройств, а также стандартным функциональным блокам новые устройства, устанавливаемые в сети, распознаются автоматически при подключении к шине.

Надежность функционирования FF. Технология FF преду-

сматривает подробную диагностику и получение информации о статусе для измеряемых параметров и обрабатываемых переменных. Это существенно облегчает процесс принятия решений для операторов и инженеров. Благодаря использованию технологии описания устройств, а также тому, что имя тэга и имя параметра хранятся непосредственно в устройстве, FF позволяет просматривать с рабочей станции больший объем информации, в том числе тэги и другие идентификаторы, информацию об используемых материалах, а также данные калибровки.

Более точные данные диагностики в технологии FF делают возможной реализацию предупреждающего ремонта и техобслуживания устройств, позволяющего пользователю предугадать возникновение неисправности или аварийной ситуации и принять меры до

282

того, как они произойдут. В результате снижается вероятность неожиданных остановок работы системы и опасных ситуаций. Механизмы сигнализации о неполадках незамедлительно информируют оператора о возникновении неисправности. Более подробная информация о неисправном устройстве и характере неисправности позволяет в кратчайший срок оценить ситуацию, определить причину неисправности и выбрать методы ее устранения, не отходя от рабочей станции, а также помогает пользователю подобрать необходимые инструменты и запасные части перед тем, как приступать к ремонту и замене неисправных деталей в полевых условиях.

Упрощение процесса управления и калибровки, достигаемое за счет хранения и отслеживания информации, определяемой стандартом ISO 9000 и хранимой в устройстве, помогает поддерживать аппаратуру в хорошем рабочем состоянии. Средства дистанционной диагностики и оценки производительности позволяют обнаружить устройства, не удовлетворяющие рабочим спецификациям. Можно определить причину отклонений от спецификаций и добиться лучшей производительности устройств.

Обучение персонала работе на различном оборудовании – весьма дорогостоящая мера, отнимающая много времени. Стандарт FF обеспечивает универсальность и дружественность пользовательского интерфейса для большинства устройств различных производителей. Это обеспечивает большую простоту в эксплуатации и предотвращает возможность потенциально опасных ошибок персонала, а также существенно уменьшает время, необходимое для подготовки персонала, и снижает расходы на обучение. Возможность работы системы в режиме эмуляции позволяет провести безопасную проверку блокировок.

Недостатки FF. Скорость до 31,25 кБод отвечает требованиям многих задач управления технологическими процессами. Однако эта скорость в ряде случаев слишком мала, например, для дискретного распределенного управления, когда требуется высокая скорость повторяющихся oпераций на нижнем уровне. Таким образом, FF (H1) можно рекомендовать на нижнем уровне для взрыво-

283

опасных производств, в добыче и переработке нефти и газа, химических производствах.

6.4.ОПИСАНИЕ FOUNDATION FIELDBUS

Втехнологии FF используется измененная модель ISO/OSI (рис. 6.4), которая состоит из следующих уровней:

1) физический уровень (стандарты-аналоги ISA/ANSI S50.02

иIEC DIS 61158);

2)коммуникационный уровень (Соmmunication Stack) включает уровни 2 и 7 модели OSI; формат сообщений Fieldbus (Fieldbus

Меssаgе Specification FМS) – уровень 7;

3)подуровень доступа к Fieldbus (Fieldbus Ассеss Sublayer,

FAS) преобразовывает вызовы FMS в формат канального уровня

DLL (Data Link Layer) – уровень 2;

4) прикладной уровень (User Application) не определен в модели OSI, он описан и определен организацией Fieldbus Foundation в виде модели приложений пользователя.

Рис. 6.4. Уровни протокола FF

284

FF не использует уровни 3–6 модели OSI.

Каждый уровень в этой коммуникационной системе отвечает за определенную часть сообщения, передаваемого по полевой шине

Fieldbus.

Цифры, приведенные на рис. 6.4, указывают приблизительное число восьмиразрядных слов (октетов), используемых на каждом уровне для передачи пользовательских данных (табл. 6.1).

Задачи преобразования включают в себя добавление и удаление преамбул, начальных и конечных ограничителей (см. табл. 6.1,

рис. 6.4).

6.4.1. Физический уровень

Физический уровень описан в гл. 1.

Удатчиков FF отсутствует такое понятие как шкала 0–100 % сигнала – диапазон измерения задается в физических (инженерных) единицах и никакого масштабирования, как для 4–20 мА, не производится.

Унекоторых производителей датчиков полярность подключения сигнального кабеля не важна (отсутствует маркировка + и –),

ау некоторых производителей весьма важна, и при неправильной полярности можно повредить датчик.

285

6.4.2. Канальный уровень DLL

DLL управляет доступом с помощью детерминированного централизованного планировщика, называемого активным плани-

ровщиком связей (АПС) (Link Active Scheduler, LAS).

В спецификации DLL определены два типа устройств:

♦базовое устройство (Basic Devige);

♦задатчик связей (Link Master).

Задатчик связей берут на себя функции АПС. Базовые устройства не обладают функциональностью АПС (рис. 6.5).

Рис. 6.5. Устройства в спецификации DLL

Обмен запланированными сообщениями. АПС содержит расписание передач для всех буферов данных (во всех устройствах), содержимое которых должно передаваться периодически.

Когда для устройства Fieldbus наступает время передачи содержимого буфера данных, то АПС выдает в это устройство сообщение, называемое сообщением принудительной рассылки данных

(Соmpel Data, СD).

После получения сообщения CD устройство Fieldbus рассылает (публикует) данные из буфера во все устройства на шине Fieldbus. Все устройства, сконфигурированные для приема данных, называются подписчиками (subscribers) (рис. 6.6).

Обмен запланированными сообщениями обычно используется для регулярной периодической передачи данных контуров управления между устройствами на полевой шине Fieldbus.

286

Новые устройства могут быть добавлены к полевой шине Fieldbus в любой момент времени. АПС периодически рассылает сообщения проверки узлов (Рrоbе Nodе, РN) по адресам, не входящим в список действующих узлов. Если на этом адресе присутствует устройство и оно получает РN, то данное устройство немедленно отвечает сообщением ответа проверки (Рrоbе Rеsponsе, РR). Если устройство отвечает сообщением РR, АПС добавляет это устройство в список действующих узлов и подтверждает добавление посылкой в устройство сообщения активации узла (Node Activation).

После завершения цикла рассылки сообщений РТ во все устройства, входящие в список действующих, АПС должен проверить по крайней мере один адрес.

Устройство будет оставаться в списке действующих узлов до тех пор, пока оно соответствующим образом не ответит на сообщения РТ, полученные из АПС. АПС удаляет устройство из списка действующих узлов, если оно либо не использует маркер передачи, либо не возвращает его немедленно в АПС после трех последовательных попыток.

Всякий раз, когда устройство добавляется в список действующих узлов или удаляется из него, АПС рассылает сообщение об изменении в списке действующих узлов во все устройства. Это позволяет каждому устройству обслуживать текущую копию списка действующих узлов.

Синхронизация времени на канальном уровне. АПС перио-

дически рассылает сообщение рассылки синхронизации времени

(Тime Distribution, TD) по шине Fieldbus, чтобы во всех устройствах было установлено в точности одинаковое время для всего канала передачи данных. Это важно, поскольку обмен запланированными сообщениями по шине Fieldbus и запланированное выполнение функциональных блоков на прикладном уровне основаны на информации, получаемой в этих сообщениях.

Передача маркера. АПС рассылает сообщение передачи маркера (Раss Токеn, РТ) во все устройства в списке действующих. После получения сообщения РТ устройству предоставляется возможность передавать незапланированные сообщения.

289

Резервирование АПС. На полевой шине Fieldbus может быть установлено несколько задатчиков связей (Link Маstеr). При отказе текущего АПС один из задатчиков связей может взять на себя функции АПС, и полевая шина будет продолжать работать. Полевая шина Fieldbus разработана с учетом возможности работы и при общем отказе АПС.

6.4.3. Подуровень доступа к Fieldbus (FAS)

FAS использует функции канального уровня, связанные с обменом запланированными и незапланированными сообщениями, для реализации службы спецификации сообщений Fieldbus (FМS). Типы служб FAS описываются виртуальными коммуникационными связями (Virtual Cоmmunication Relationship, VCR).

Функции VCR подобны функции ускоренного набора номера на телефоне с памятью. Для выполнения международного вызова необходимо набрать большое количество цифр: код доступа к международной связи, код страны, код города, код станции и, наконец, номер конкретного телефона.

Эту информацию требуется ввести только один раз, после чего ей присваивается номер ускоренного набора.

После того как выполнена эта установка, для набора требуемого номера необходимо ввести всего лишь соответствующий номер ускоренного набора. Подобным же образом после того, как выполнено конфигурирование полевой шины и устройств, для установления связи с другим устройством Fieldbus достаточно ввести только номер VCR.

Как и в случае с телефонными вызовами, которые подразделяются на несколько типов (например, вызов «абонент – абонент», вызов с начислением оплаты на вызываемого абонента, конференцвызов), VCR тоже бывают нескольких типов.

VСR типа «клиент – сервер» используется для инициируемого пользователем взаимно-однозначного («от одного к одному») обмена поставленными в очередь незапланированными сообщениями между устройствами на полевой шине Fieldbus.

290