Главная Промышленная стандартизация



8.5.4. Протокол физического уровня и спецификация физической среды

Физическая среда организована на основе двух витых пар: А и В. Пара А обеспечивает положительное напряжение питания постоянного тока и один из двух каналов сигнализации. Пара В обеспечивает отрицательное напряжение питания постоянного тока н другой канал Сигнализации.

Весь кабель должен иметь по два провода на каждую витую пару и один нли иесколько проводов для обеспечения напряжения сигнализации Vsiif • Провода должны быть алюмииневымн, медными или с медным покрытием, диаметром не менее 0,22 мм. Каждая пара должна быть образована из идентичных проводов, а все точки физического сегмента кольца, ограниченного двумя розетками сетевого соединителя, должны иметь одни и тот же номинальный импеданс. Различные физические сегменты могут иметь разные номинальные пмпедансы. Характеристический импеданс между двумя проводами каждой пары, измеренный на частоте 5 МГц, должен находиться в пределах 90...150 Ом.

Один нли несколько физических сегментов, соединенных вилками связности, могут образовывать логический сегмент с повторителями на коинлх. Разница в задержках распространения сигналов между парами А и В физического или логического сегмента не должна превынгать 10 не.

Розетка сетевого соединителя и вилка сетевого соединителя должны быть ответными частями 15-коптактного соединителя, в оспов1ЮМ соответствующего стандарту МС 4903, тю имеющего несколько иное распределение контактов.

Узлы, монитор и pei 1стр!фуютая станция подключаются к физической среде через розетку сетевого соединителя. Ретрансляторы подключаются к каждой из свободных розеток сетевого соединителя (к которым не подключено ни одно нз перечисленных выше устройств). Если к розетке сотрвого соедии.нтгля ие подключено ни одно 1г, устройств, к пси лотжиз быть подключена вилка связности.

Повторители должны получать иптающее иаппяж-ен!!о от кольца и подключенных вторичных источников пнта[тя. Положительное напряжение должно поступать из четырех проводов пары А (два сигнальных входа и два сигнальных выхода) и плюсового выхода вторичного источника питания. Отрицательное напряжение должно поступать от четырех проводов пары В н минусового выхода вторичного источника питания.

Повторитель должен находиться во включенном состоянии, когда среднее нагряжение пктаишя на входных и выходных парах п вторичном источнике питания находится в диапазоне 21...28 В. Постоянный ток НС должен превышать 150 мА ири входном напряжении в диапазоне 21...28 В. В каждой паре, А н В, должен присутствовать свой несущий сипгал, каждый из которых должен модулироваться по фазе поступающими битами. В течение 1 с после включения питания повторитель должен начать вырабатывать выходтюй сигнал, который модулируется среднеквадратичным волновым сигналом.

При устончнвом сигнале с частотой в диапазоне 9,25... 10,75 МГц не должно возникать более 10 битовых ошибок за 10 мин в среднем в течение трехчасового периода. При нормальной работе в середине полосы частот частота битовых ошибок не должна превышать 10-".

8.5.5. Принципы и пример построения сети

Кольцо должно быть организовано таким образом, чтобы число циркулирующих битов ие выходило за рамки наибольшего такта, обеспечиваемого монитором, регистрирующей станцией н узлами.

Номинальное число (прн скорости 10 Мбит/с) циркулирующих битов данных должно определяться из расчета: 1 бит на каждые 22 м кольцевого кабеля; 3 бита на станцию-монитор; 3 бита на каждый повторитель и ретранслятор; 3 илн 15 бнт на регистрирующую станцию в зависимости от ретранслятора.

Общее число битов в кольце должно определяться как число тактов, ум1Юженное на число битовых позиций в такте, плюс 11 бнт пробелов. Общая длина кабеля не должна превышать 4 км. Общее число узлов в кольце не должно превышать 254.

На практике указанные параметры могут иметь несколько иные значения в зависимости от типа используемого кабеля, длины физических сегментов, уровня перекрестных помех, величины потерь в повторителях, соединителях, а также от различий в электрических характеристиках смежных физических сегментов.

Одтюй нз первых н наиболее известных ЛВС КТД стала сеть «Кембриджское кольцо», созданная в 70-х годах в лаборатории вычислительной техники Кембриджского университета. Эти ЛВС установлены во многих высших учебных заведениях, университетах, а с 1981 г. поставляются и коммерческими организациями.

Длина такта в сети - 38 бит, формат мнпи-пакета соответствует табл. 8.9, за иск ноченнем отсутствующих в таблице 2 бит типа данных. ООД (ЭВМ, терминалы, рабочие станции) подключаются к коль-

Управл.чющая шина (18 линий)

Управление Частотой

в мониторе Управление данными


Шины передачи данных (по 16 пиний в каждой)

-Линии передачи дан(!ых Кабель кольца

Рис. 8.11. Схема подключения устройств в сети «Кембриджское кольцо»



цу через блок доступа, станцию и повторитель. Схема подключения устройств в сети «Кембриджское кольцо» показана на рис. 8.11.

Для ЛВС характерно очень малое время ответа. Повторители создают очень небольшую задержку для мннн-пакета - всего около 150 мс (1,5 битовых ппгервала). Даже при очень большой загрузке пустой такт поступает для заполнения примерно за 4 {п+1) мкс, где п - число станций в кольце.

Но эти преимущества достигаются цеиой очень иичкой эффективности использования канала передачи: 60 % общей пропускной способности используется для передачи служебных и управляющих битов, т. е. при нсмииальной скорости передачи 10 Мбнт/с скорость передачи самих данных составляет всего 4 Мбнт/с, Для отдельной станции эта скорость еще ниже. Поскольку каждая станция а люб(ц1 момент может иметь в кольце только один мини-пакет и не может повторно загрузить вернувшийся такт с собственным мини-пакетом, пропускная споссбность одной станции составляет (приблизительно) 4/(?ft-l-2) Мбит/с, где т - число мини-пакетов в кольце. Таким образом, при наличии в кольце одного мини пакета (п=1) скорость передачи составит 1,3 Мбит/с, а нрн шести мнии-пакетах (ш=6) этот показате.чь сшокнется до 0,5 Мбит/с.

Для расширения возможностей сети (подключение станциями нескольких диалогов, скпоз1ЮГО контроля ошибок по всем сегментам) в Кембриджском университете разработаны усовершенствованные протоколы вышерасположеииых уровней, в частности протокол базисных блоков ВВР (Basic Block Protocol), протокол потока байтоя BSP (Byte Stream Piotocol) и протокол одиночных символов SCP (Single Charactei Protocol).

Ряц других фирм тнкже разработали и поставляют на ри:к к .Г1ВС КТД, в частности ЛВС Роне! фирмы I.ORJca VTC. ЛВС Олл Ring фирмы Topiec Computer Ltd, ЛВС Planet фирмы Racal-Milgo и др.

Глава 9

Интерфейсы рассредоточенных систем управления

9.1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА 9.1.1. Основные сведения

Рассредоточенные (распределенные) системы управлешгя (РСУ) представляют собой в общем случае координированно-денентрализо-ванную специального вида систему управления реального времени.

Основными приложениями РСУ являются сложные объекты и технологические процессы, состоящие из множества распределенных подсистем, которые характеризуются высокими трсбовапнями к качеству управления и имеют, как правило, многоуровневую организационную структуру.

К основным конструктивным элементам РСУ относятся станции (узлы), передающая среда, устройства сопряжения с линией.

В отечественной литературе совокупность средств реализации передачи данных в РСУ называется интерфейсом линейной (многоточечной) последовательной связи (ИЛПС).

Сеть может быть разбита на подсети с произвольной топологией. Требуемое удаление станций - от сотен метров до нескольких километров (зависит от объекта), число станций - от 16 до 256.

Одним нз первых и основных стандартов для РСУ является PROWAy, спецификация которого разработана МЭК/ТК65 для РСУ, работающих в реальном масштабе времени (РМВ) с гарантированным временем доступа. Специфякация содержит развитый протокол уровня звеиа данных, определяет высокую гарантированную скорость передачи, резервирование путей передачи информации. Рекомендации спецификации широко используются прн создании других, более поздних спецификаций п стандартов для РСУ, в том числе ИРМ и ИЛПС в СССР, MAP 2.1 в США и т. д.

Типовые производственные РСУ преимущественно имеют иерархические трехуровневые структуры, объединяющие системы передачи данных (СПД) и оборудование: на уровне 3 (производственные участки) обеспечивается экономичное соединение со скоростями до 5 Мбнт/с максимально возможного числа устройства и организация сопряжения с уровнем 2; на vpoBiie 2 (охватывает все промышленное предприятие) используется СПД умеренной гибкости с пропускной способностью ог 5 до 20 Мбит/с с уиив.-рсальиыми возмо:<чостями подключения, а также сопряжения с уровнем 1; на уровне 1 (общезаводском) применяется СПД, универсальная по своим пнможнос-тям, исключительно гибкая и высокоскоростная (до 50 Мбит/с).

Стандартом де-факто, используемым на уровне 2 в РСУ, является спецификация MAP 2.1 (протоколы автоматизации производства, предложенные фирмой G.VI, США). Спецификацпя MAP опираются иа положе1шя международных стандартов МОС и эталонной модели ВОС МОС.

Таблица 9 1. Интерфейсы рассредоточенных систем управления

Накмспов.чние

ИЛПС

PROWAy

Bitbus

Мультиплексные каналы MIL-I553B, MIL-I773

Уровень

СТ-ИДчрТИ31ЦИЧ

Применение

ГОСТ 261.39-84

нм МПК по ВТ

82-85

МЭК/ТК65С

Стандарт Intel

Стандарт GM, NBS

Стандарты США

Системы связи локальных подсистем в составе АСУ рассредоточенными объектами Рассредоточенные АСУ ТП в условиях обмена данными в РМВ между УСО Рассредоточенные АСУ процессами

Иерархические многоуровневые системы

Системы передачи данных всех уровней автоматизации предприятий

Специальные системы управления летательными аппаратами, ТП н ЛВС



Решение задач административного управления за рубежом обеспечивается протоколами ТОР, разрабатываемыми на базе стандарта ШЕЕ 802.3 и в соответствии с моделью ВОС МОС. Под эгидой организаций пользователей MAP и ТОР проводятся работы по созда-. нию общих технических средств, обеспечивающих интеграцию протоколов MAP и ТОР с целью передачи данных между системами административного управления н промышленного производства.

Основные рассматриваемые унифицированные отечественные и зарубежные НТД, спецификации и стандарты по интерфейсам РСУ приведены в табл,

9.1.2. Осиовные понятия

Асинхронный способ передачи с адресным кодом - способ опроса станций, при котором интервалы времени между отдельными опросами не всегда одинаковы, а вызванная станция идептнфицнруется адресом станции.

Активная управляющая станция - управляющая станция, перенявшая функцию децентрализованного управления магистральным каналом (МК).

Возврат управления - вызов, посланный активной в данный момент управляющей станции, прн помощи которого она отдает децентрализованное управление н завершает процесс передачи.

Выаов- процедура передачи одной рамки от активной управляющей сгаиции нли централи управления ко всем подключенным к МК станциям.

Данные г/«рябленчя - содержащиеся в одной ра.мке передачи данные, идентифицирующие необходимую для передачи н обработки рамки информацию (код адреса, функциональный код, длину поля данных).

Де центр а лимитный опрос станций - бистры» опрос станций, прн котором каждая вызванная станция вызывает, в свою очередь, следующую.

Децентрализованное управление - координация обмена данными ио <МК при помощи управляющей етаицпи, перелающей вызов и прпштмаюшей ответ при каждом цикле передачи данных.

Запрос на захват /МК -запрос от какой-либо нредназначеннсй для этого станции с помощью рамки пере.дачи к центра тн управления при необходимости в децентрализованном управлении.

Защита рамки - процедура, осуществляемая путем обозначения длины рамки передачи и циклическим кодом, который охватывает контролем все содержимое рамки.

Канал связи - совокупность технических средств, имеющихся между подключенными к МК станциями и служащих для обмена данными между этими станциями.

Контрольное пале- часть рамки передачи, содержащая последовательность контрольных символов циклического кода.

Магистралный канал данных технологических процессов (МКД ТП) - многопучктовое соединение для передачи данных ТП, с использованием общего для подключенных станций канала связи.

Многопунктовый режим - обмен данными в виде многопункто-вого звена данных.

Многопунктовые звенья данных -СПД, включагошая несколько станций, связанных между собой линиями передачи.

Ограничение ралсли - признак начала и конца рамки передачи.

Организационные процедуры - процедуры, используемые в основном для управления обменом данными, например управление МК, централизованный и децентрализованный опрос станций.

Передача управления МК -вызов, посланный централью управления МК, при помощи которого определяется активная управляющая станция в запускается процесс передачи.

Последовательность контрольных сигналов - последовательность символов (битов), образуемая по определенному закону н предназначенная для распознавания ошибок передачи.

Процедура обмена даккылш - совокупность правил, определяющих обмен данными (технологических процессов).

Процесс передачи - процесс, включающий определение активной управляющей станции и передачу управления МК централью, кроме того, один или иесколько циклоп передачи данных п возврат управления А1К.

Рамка передачи - ограниченная последовательность битов определенного формата, передаваемая как одно целое и служащая для передачн данных с повышенной достоверностью.

Синхронизация по рал/сал - определение начала рамки передачн в приемщице.

Станция (С)-соединенный с МК комплекс устройств РСУ, которому отведен адрес из общего обьема адресов интерфейса.

Управление МК (цикл конфигурации) - координация обмена Дании мн по МК.

Управляк)и{ая станция (УС) - стаиния, предназначенная для нсполнения функции децептрализовагиюго управления МК,

Уп1)авляемая станция - станция, принп.\;ающая вызовы и передающая ответы.

Функциональный байт - байт, содержащий фуикциоиальный кот. рамки иарслани.

Фуики/юнальный код - код, обозначл.ющщ" фуикц;:10 рамки перед ;чн, ианример вызов, отпет, запись, нтенш- и т, д.

Централь (централь управления МК) - стагщия, прздназначеп-ная для функг.нп центрального упртвлення. ,\K,

Центральное управление МК - коортннаиня !)6\ieiia данными по МК централью, например опредоле!ще.м однс)л аьли;И!Ой craiiuiin уп ртзленпя.

Централи-юваиный опрос станций - опрос, при котором нейтраль управления AlK последовательно вызывает он.рашпиаемые станции., г.зждая нз которых пере.тает ответ, обеспечивающий пе,1едзчу данных из определенной области памяти станцип к централи.

Частотность искажения символов - отношение числа принятых искаженных символов (битов) к общему числу переданных снмтто-лов.

9.2. ИНТЕРФЕЙС ИРМ 9.2.1. Общие сведения

Интерфейс распределенной магистрали (ИРМ) регламентирует общие правила взаимодействия локальных подсистем (ЛПС) в составе АСУ рассредоточенными объектами, использующих магистральную структуру связи.

В части физической реализации стандарт распространяется на интерфейсы агрегатных средств, использующих для передачи сообщений электрические сигналы.

Интерфейс обеспечивает взаимодействие ЛПС, использующих



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 [55] 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67


0.0255