SISTEME DE CONTROL INTERCONECTATE

1
SISTEME DE CONTROL INTERCONECTATE
2
SISTEME DE CONTROL INTERCONECTATE
Topologia sistemelor de conducere distribuirea
functionala si spatiala a functiilor de conducere

• Nivelul de monitorizare si comanda
• Procesul este comandat si supravegheat.
• Reprezinta centrul automatizarii unde vin toate
  informatiile.
• Are la baza automate programabile sau
  calculatoare de proces.

3
SISTEME DE CONTROL INTERCONECTATE

• Nivelul de conectare
• Se asigura alimentarea cu energie electrica a
  diferitelor componente (de masura, control sau
  actionare).

• Nivelul campului
• Aici se gasesc senzorii si elementele de
  executie.
• Diversitate mare de componente.
• Este necesara solutionarea unor probleme legate
  de functionarea dispozitivelor si modulelor
  electronice in mediu industrial.
• Trebuie realizat un sistem de comunicatie deschis
  si flexibil.

4
SISTEME DE CONTROL INTERCONECTATE
Complexitatea functionalitatii si valoarea
costurilor
Enterprise
Gateway dedicat
Control
Ierarhie completa a bus-urilor industriale
Fieldbus
Devicebus
Sensorbus
5
SISTEME DE CONTROL INTERCONECTATE
Nivel companie sau intreprindere
Protocoale si aplicatii pe suport Ethernet
Control
ControlNet si HSE
Fieldbus
Profibus PA si Fieldbus Foundation
Devicebus
DeviceNet si Profibus
Sensorbus
CAN
Tipuri de retele utilizate
Nivelul de lucru
Observatie. O parte din protocoale pot utiliza un
nivel fizic comun (Ethernet), respectiv o serie
de nivele de protocol (IP, TCP), dar care
actioneaza ca niste punti, in ideea limitarii si
controlului traficului de informatie pe bus-ul de
control.
6
SISTEME DE CONTROL INTERCONECTATE

• Cerinte in ceea ce priveste sistemele de
  comunicatii industriale
• Siguranta in functionare.
• Sa asigure comunicarea intre calculatoare si
  echipamentele industriale
• Exista solutii simple, seriale, ce au la baza
  diverse protocoale (Modbus, Profibus, etc)
• Presupun implementarea de retele de comunicatii
  complexe si sofisticate care ofera robustete,
  fiabilitate si comunicatii in timp real.

7
Categorii de retele industriale

• Device
• Este dedicata gestionarii mesajelor scurte, in
  general de dimensiune redusa, cativa octeti.
• Majoritatea echipamentelor din aceasta categorie
  sunt discrete (senzori de pozitie, butoane,
  limitatoare de cursa, etc)
• Aparatele necesita mesaje scurte
• Pot fi divizate in doua subcategorii
• De bit (realizeaza transferuri minimale de date
  la si de la echipamente simple discrete, la nivel
  fizic de I/O, cum ar fi senzori sau actuatori).
• De octet (transfera dintr-o data in mod normal
  mai mult de 50 de octeti de date, oferind
  performanta in comunicatiile de nivel inalt).

8
SISTEME DE CONTROL INTERCONECTATE

• Process
• Suporta comunicarea a catorva sute de octeti de
  date per sesiune de transmisie (sunt mai lente
  tocmai datorita dimensiunilor pachetelor de
  date).
• Controlerele de proces sunt de obicei echipamente
  inteligente, dedicate controlului marimilor
  analogice (debit, temperatura, concentratie,
  etc). Bus-urile conectate se utilizeaza pentru
  transmiterea parametrilor de proces catre
  controlerele de proces.
• Majoritatea echipamentelor conectate sunt
  analogice

9
SISTEME DE CONTROL INTERCONECTATE

• MODELUL OSI (OPEN SYSTEM INTERCONNECTION)
  STRUCTURAT PE 7 NIVELE
• A fost dezvoltat si introdus in 1978 de ISO.
• A indepartat restrictiile aplicate utilizatorilor
  de catre producatorii de echipamente .
• Defineste cadrul general de lucru pentru retele
  de comunicatie in vederea implementarii de
  protocoale, organizate pe 7 nivele, astfel incat
  sa permita oricarui echipament sau sistem
  utilizand orice protocol sa comunice cu alt
  echipament sau sistem folosind propriul sau
  protocol.

10
SISTEME DE CONTROL INTERCONECTATE
Aplicatie Prezentare Sesiune Transport Retea Data
Link Fizic
7 6 5 4 3 2.1 2.2

• Fiecare nivel are un set de specificatii si
  functii care trebuie indeplinite.
• Fiecare nivel poate comunica la un moment dat de
  timp cu nivele inferioare sau superioare, corect,
  pe baza informatiilor ce ii parvin sistem
  deschis.

11
SISTEME DE CONTROL INTERCONECTATE

• NIVEL 7 - APLICATIE
• Suporta aplicatiile software si procesele
  end-user (transfer de fisiere, e-mail, etc).
• Tot ce se gaseste la acest nivel este specific
  aplicatiei
• Identificarea partenerilor de comunicatie si
  calitatea serviciilor
• Se acorda atentie autentificarii si securitatii
  comunicatiei, precum si oricaror restrictii
  impuse sintaxei datelor.
• Sarcini
• Gestionarea si redirectionarea resurselor
• Accesul de la distanta al fisierelor
• Comunicatii interproces
• Managementul retelei.

12
SISTEME DE CONTROL INTERCONECTATE

• NIVEL 6 - PREZENTARE
• Raspunde pentru conversia formatelor de date ale
  aplicatiei expeditoare in cele ale aplicatiei
  receptoare.
• Asigura independenta fata de diferentele care pot
  exista in reprezentarea datelor pe diferite
  platforme de calcul
• Transforma datele intr-un format acceptabil de
  catre nivelul superior (rezolva problemele de
  compatibilitate)
• Functii
• Compresie a datelor
• Criptare
• Conversie a ordinii bitilor, integer spre
  floating point
• Translatia codului caracterelor (ASCII spre
  EBCDIC)

13
SISTEME DE CONTROL INTERCONECTATE

• NIVEL 5 - SESIUNE
• Stabileste, gestioneaza si termina sesiunile de
  comunicatie intre aplicatii.
• Este responsabil pentru pregatirea, coordonarea
  si terminarea conversatiilor, schimburilor si
  dialogurilor intre aplicatiile aflate in
  conexiune.
• Inregistreaza daca echipamentul trebuie sa
  trimita sau sa primeasca date, protocoalele ce
  trebuie utilizate, modurile de comunicare,
  verificarea si remedierea erorilor.
• Procese ce se desfasoara la acest nivel
• Conectarea si deconectarea oricarui nod din retea
• Autentificarea accesului utilizatorilor
• Autorizarea aplicatiilor multiple pentru
  accesarea unui circuit virtual
• Remedierea defectiunilor in cazul aparitiei unei
  intreruperi in serviciu

14
SISTEME DE CONTROL INTERCONECTATE

• NIVEL 4 - TRANSPORT
• Raspunde pentru realizarea interfetei dintre
  software-ul de aplicatie si hardware-ul existent,
  protejand nivelele superioare de erori, pierderi
  de date si date corupte, in afara cadrului de
  comunicatie.
• Asigura transferul transparent si complet al
  datelor intre sisteme.
• Functii indeplinite
• Segmentarea mesajelor divizarea mesajelor ce
  pleaca in unitati mai mici (frames cadre) care
  pot fi manipulate de nivelul retea
• Reasamblarea cadrelor fluxului de date de intrare
  in mesaje de dimensiuni mai mari, tinand cont de
  ordinea corecta
• Validarea mesajelor
• Controlul traficului de mesaje gestioneaza
  asteptarea cand buffer-ul sau stiva este plin/a
• Multiplexarea mai multor sesiuni pe o legatura
  logica sau virtuala pastrand evidenta
  apartenentei cadrelor la sesiunile
  corespunzatoare.

15
SISTEME DE CONTROL INTERCONECTATE

• NIVEL 3 - RETEA
• Asigura tehnologiile de comutare si
  directionare/rutare, realizand cai logice,
  cunoscute ca si circuite virtuale, pentru
  transmiterea datelor de la nod la nod.
• Aici se realizeaza interfatarea nivelelor
  superioare cu cele inferioare, ce tin de mediul
  fizic de comunicatie.
• La acest nivel exista numai fragmente de mesaj,
  pachete, care sunt adresate si directionate
• Asigura
• Directionarea cadrelor printre retele
• Controlul traficului si al congestiilor
• Fragmentarea cadrelor
• Maparea adreselor logice cu cele fizice
  (realizarea corespondentei intre numele unui
  computer si adresa IP)
• Evidenta utilizarii retelei pentru statistica si
  facturare.

16
SISTEME DE CONTROL INTERCONECTATE

• NIVEL 2 DATA LINK CONTROL
• Protejeaza nivelurile superioare de orice grija
  asupra canalelor fizice de transmisie si de a
  asigura transferul pe nivelul fizic, fara erori,
  de la un nod la urmatorul.
• Pachetele de date sunt codate si decodate in biti
• Functii
• Stabilirea si terminarea legaturilor logice intre
  noduri
• Controlul traficului de cadre
• Transmiterea si receptia secventiala a cadrelor
• Confirmarea cadrelor
• Detectarea si remedierea erorilor de la nivel
  fizic prin retransmiterea cadrelor neconfirmate
  si manipularea receptiei cadrelor duplicat
• Crearea si recunoasterea delimitarilor de cadru
• Este divizat in doua subnivele

17
SISTEME DE CONTROL INTERCONECTATE
Data Link Control
Media Acces Control (MAC)
Logical Link Control (LLC)
Controleaza modul in care calculatorul primeste
acces la date, respectiv permisiunea sa le
transmita, acoperind astfel managementul adreselor
Controleaza sincronizarea cadrelor, fluxul de
date si verifica erorile, avand implementate
mecanismele de cerere automata de retransmisie
(ARQ) si procesele de handshaking
18
SISTEME DE CONTROL INTERCONECTATE

• NIVEL 1 FIZIC
• Asigura
• vehicularea fluxurilor de biti (impulsuri
  electrice, semnal luminos sau radio) in retea la
  nivel electric, optic sau mecanic
• mijloacele fizice de transmitere si receptie a
  datelor pe o purtatoare, incluzand cabluri, placi
  (Network Interface Card), circuite si alte
  aspecte fizice
• Aici nu mai exista informatii despre structura de
  date ci doar o insiruire de biti

19
SISTEME DE CONTROL INTERCONECTATE

• NIVEL 1 FIZIC
• Sunt acoperite urmatoarele aspecte
• Codarea datelor modificarea valorilor binare in
  stari electrice sau optice, simplu de transportat
  si de detectat la celalalt capat al suportului de
  transmisie
• Tehnici de transmisie functie de metoda de
  transmisie a semnalului, digitala sau analogica
• Mediul fizic de transmitere transmite bitii ca
  semnale electrice sau optice si determina factori
  de evaluare a semnalelor pe mediul fizic
  specific
• Accesoriile mediului fizic factori absolut
  esentiali, cum ar fi echipamentele externe
  utilizate, conectorii utilizati, numar de pini,
  semnalele alocate pinilor.

20
SISTEME DE CONTROL INTERCONECTATE
INTERFETE SERIALE
STANDARDE DE COMUNICARE SERIALA Caracteristicile
functionale, procedurale, electrice si mecanice
ale echipamentelor de interfata sunt
standardizate de catre CCITT si ISO, apeland la
standardele EIA, asigurand compatibilitatea
diverselor echipamente.
21
SISTEME DE CONTROL INTERCONECTATE

• RS 232C
• Este un standard EIA (Electronic Industries
  Association)
• Se refera la conectarea seriala, sincrona sau
  asincrona intre calculatoare, modem-uri sau
  terminale, la distante de pana la 12 m si rate de
  transmisie sub 20 Kbps
• Reprezinta un standard de interfata la nivel
  fizic, care specifica tipul conectorului,
  semnificatia pinilor si un standard la nivelul
  electric al interfetei.
• Categorii de echipamente care folosesc
  comunicatii seriale
• DCE (Data Connunications Equipment) modem,
  plotter, etc
• DTE (Data Terminal Equipment) - calculator

22
SISTEME DE CONTROL INTERCONECTATE

• RS 449
• A fost destinat sa inlocuiasca la nivel fizic si
  functional interfata RS 232C avand mai multe
  functii decat aceasta
• Ofera specificatii pentru un conector principal
  de 37 pini si un conector de 9 pini pentru
  schimbarea pe un al doilea canal.
• Permite o rata maxima de transmisie de pana la 2
  Mbps

• RS 423A
• Specifica caracteristicile electrice pentru o
  interfata numerica cu canale de transmisie
  nesimetrice.
• Reprezinta o configuratie superioara a interfetei
  RS-232C si poate opera cu rate de transmisie de
  pana la 100Kbps.
• Distanta suportata de interfata este dependenta
  de rata de transmisie si cablurile de legatura
  utilizate.

23
SISTEME DE CONTROL INTERCONECTATE

• RS 422A
• Specifica caracteristicile electrice pentru o
  interfata numerica cu canale de transmisie
  simetrice.
• Permite obtinerea unor rate superioare de
  transmisie de pana la 10 Mbps si o imunitate
  crescuta la zgomote.

• RS 485
• Reprezinta o modificare a standardului RS-422A
  pentru a permite operarea in retea
• Permite obtinerea unor rate superioare de
  transmisie de pana la 10 Mbps.
• Un canal de transmisie poate fi partajat de pana
  la 32 de perechi de emitatori - receptori

24
SISTEME DE CONTROL INTERCONECTATE

• USB
• Standard popular ce conecteaza calculatoarele
  personale cu instrumente externe acestora.
• Permite performante superioare atat pe porturi
  seriale cat si paralele, oferind o viteza de 12
  Mbits/s, configurare plugplay, conectare
  standard si putere.
• Este utilizat pentru conectare echipamentelor ca
  mouse, tastatura, joystick, etc.

25
SISTEME DE CONTROL INTERCONECTATE
STANDARDE DE COMUNICARE PARALELA IEEE-488 (GPIB
- General Purpose Instrument Bus) Realizeaza
interconectarea astfel incat comunicatiile
paralele de date sa aiba loc intre receptori,
emitatori si controleri.
Dispozitive care accepta date de la bus
Dispozitive care plaseaza la cerere datele pe bus
Dispozitive care gestioneaza fluxul de date si
furnizeaza facilitati de procesare
Exista 24 de linii 8 bidirectionale folosite
pentru transmisia de date sau comenzi intre
diversele dispozitive conectate la bus 5 folosite
pentru semnale de control si stare 3 pentru
handshaking 8 linii de masa.
26
PROTOCOALE SIMPLE DE COMUNICATIE - MODBUS
Protocol procesul de accesare a unui
dispozitiv, raspunsul la cererile venite de la
alte dispozitive si modalitatea de detectare si
raportare a erorilor El stabileste formatul
mesajului si continutul campurilor din mesaj.
Modbus protocolul utilizat in retele cu
echipamente Modicon
Retele standard (MAP si Ethernet)
Retele Modicon Modbus
Retele Modbus Plus
27

• Protocolul Modbus
• Furnizeaza standardul intern pe care controlerele
  Modicon il utilizeaza pentru analizarea mesajelor
• Determina, pe durata comunicarilor,
• cum isi valideaza adresa fiecare controler
• cum recunoaste un mesaj adresat lui
• ce tip de actiune urmeaza
• cum extrage informatiile si datele continute in
  mesaj
• Construieste raspunsul si il trimite in retea
• In alte retele, realizeaza conversia intre
  mesajele Modbus incluse si cadrele specifice
  acelor retele

28
Tranzactiile intr-o retea Modbus Porturile
standard Modbus ale controlerelor Modicon
utilizeaza o interfata seriala compatibila cu
RS-232C sau RS-485 la nivelul pinilor
conectorului, cablului, nivelelor semnalului,
ratei de transmisie si controlul paritatii.
Direct in retea
Conectarea controlerelor
Prin intermediul modem-urilor
Utilizeaza tehnica master-slave
29
Dispozitiv MASTER Procesor local software
Dispozitiv SLAVE

• Returneaza mesajul de raspuns la cerere daca este
  adresat individual
• Nu sunt returnate raspunsuri daca cererea este
  adresata tuturor dispozitivelor slave

• Adreseaza individual fiecare dispozitiv slave
• Poate initia trimiterea mesajului la toate
  dispozitivele slave

• Format cerere dispozitiv master
• Includerea adresei dispozitivului
• Codul functiei
• Definirea actiunii cerute
• Datele ce trebuie transmise
• Campurile de control al erorilor

• Format raspuns dispozitiv slave
• Campurile de confirmare a actiunii
• Datele returnate
• Campurile de control al erorilor