ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 11.12.2023
Просмотров: 92
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
СОДЕРЖАНИЕ
Микропроцессорные средства автоматизации
Определения и классификация МСА
Определения и классификация МСА
Формы представления информации
В качестве носителя информации используется изменение напряжения постоянного тока.
Две формы представления значения переменной
Способы представления дискретной информации
Графическое изображение двоичного сигнала
Регистры, шины и вентильные схемы
Основные логические функции Таблицы истинности
Многотактные системы дискретной автоматики
Требования к «идеальной» промышленной сети:
Различают следующие типы сетей:
Промышленные сети, в зависимости от области применения подразделяются на два уровня:
Типичные промышленные сети контроллерного уровня:
Технические характеристики преобразователя АС4
Структура формата передачи данных
HLP - протокол верхнего уровня
Резистивная матрица с весовыми резисторами
Резистивная матрица с сеткой R–2R
Напряжение на выходе ОУ пропорциональное входному коду:
Приемопередатчик RS-485
Подключение приемопередатчика к микроконтроллеру
Линия связи интерфейса RS-485
Схема подключения преобразователя АС4
Технические характеристики преобразователя АС4
| Питание | |
| Постоянное напряжение (на шине USB) | 4,75…5,25 В |
| Потребляемая мощность | не более 0,5 ВА |
| Допустимое напряжение гальванической изоляции входов | не менее 1500 В |
| Интерфейс USB | |
| Стандарт интерфейса | USB 2.0 |
| Длина линии связи с внешним устройством | не более 3 м |
| Скорость обмена данными | до 115200 бит/с |
| Используемые линии передачи данных | А (D+), В (D–) |
| Интерфейс RS-485 | |
| Стандарт интерфейса | TIA/EIA-485 |
| Длина линии связи с внешним устройством | не более 1200 м |
| Количество приборов в сети: – без использования усилителя сигнала – с использованием усилителя сигнала | не более 32 не более 256 |
| Используемые линии передачи данных | А (D+), В (D–) |
Интерфейс «Токовая петля»
| № | Наименование | Обозначение | Направление |
| 1 | Передаваемые данные | ПД+/ПД– | От И к П/ от П к И |
| 2 | Принимаемые данные | ПрД+/ПрД– | От П к И / от И к П |
| 3 | Готовность приемника (необязательная цепь) | ГП+/ГП– | От П к И / от И к П |
Цепи интерфейса ИРПС
Формат кадра
Интерфейс «Токовая петля»
| Тип петли ИРПС | Состояние | Ток, мА |
| 40-миллиамперная токовая петля | лог. 1 / 0 | 30÷50 / 5÷10 |
| 20-миллиамперная токовая петля | лог. 1 / 0 | 15÷25 / 0÷3 |
Подключение ИРПС
Уровни сигналов ИРПС
Адаптер интерфейса ОВЕН АС 2
| Параметр | Значение |
| Напряжение питания | 220 В, 50 Гц |
| Потребляемая мощность | не более 2 ВА |
| Количество подключаемых приборов | до 8 |
| Способ обмена с прибором по двухпроводной линии | токовая петля |
| Длина соединительной линии с прибором | не более 1000 м |
| Интерфейс связи с ЭВМ | RS-232 |
| Длина линии связи с ЭВМ | не более 10 м |
| Габаритные размеры | 150х105х65 мм |
| Степень защиты | IP20 |
Адаптер интерфейса ОВЕН АС 2
Схема подключения адаптера
Адаптер интерфейса ОВЕН АС 2
Функциональная схема канала связи
Адаптер интерфейса ОВЕН АС 2
Пример выбора 5-го канала
Протокол MODBUS
| Адрес устройства | Код функции | Данные | Контрольная сумма |
| Стартовый бит | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | Бит четности | Стоповый бит |
| Стартовый бит | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | Стоповый бит | Стоповый бит |
Упрощенная структура формата сообщения
Структура кадра для 7-битового режима ASCII
Структура кадра для 8-битового режима RTU
| Стартовый бит | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | Бит четности | Стоповый бит |
| Стартовый бит | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | Стоповый бит | Стоповый бит |
Протокол MODBUS
| Начало | Адрес устройства | Код функции | Данные | Контрольная сумма (LRC) | Конец |
| 1 символ (:) | 2 символа | 2 символа | n символов | 2 символа | 2 символа (CRLF) |
| Начало | Адрес устройства | Код функции | Данные | Контрольная сумма (CRC) | Конец |
| Интервал, равный времени передачи 4-х символов | 8 бит | 8 бит | n×8 бит | 16 бит | Интервал, равный времени передачи 4 символов |
Структура кадра сообщения Modbus RTU
Структура кадра сообщения Modbus ASCII
Протокол MODBUS
| Адреса регистров | Описание |
| 00001 – 10000 | Дискретные выходы (чтение/запись) |
| 10001 – 20000 | Дискретные входы (чтение) |
| 30001 – 40000 | 16-битовые аналоговые входы (чтение) |
| 40001 – 50000 | Регистры хранения (чтение/запись) |
Таблица распределения регистров протокола Modbus
Протокол MODBUS
| Уровень | Функция в модели OSI | Функция в модели Modbus |
| 7 | Прикладной уровень | Прикладной протокол Modbus |
| 3-6 | Разные функции | Нет |
| 2 | Канальный уровень | Протокол Modbus для последовательной линии связи |
| 1 | Физический уровень | RS-232C, RS-485 (EIA-232C, EIA-485) |
Трехуровневая модель Modbus
Протокол MODBUS
Структура Modbus PDU
Структура кадра для режима RTU
Протокол MODBUS
Двухпроводная схема подключения
Протокол MODBUS
Четырехпроводная схема подключения
Протокол MODBUS
| Уровень | Функция в модели OSI | Функция в модели Modbus |
| 5,6,7 | Прикладной уровень | Прикладной протокол Modbus |
| 4 | Транспортный уровень | Протокол управления передачей |
| 3 | Сетевой уровень | Интернет-протокол |
| 2 | Канальный уровень | IEEE 802.3 |
| 1 | Физический уровень | IEEE 802.3 |
Пятиуровневая модель Modbus TCP для Internet
Протокол MODBUS
В модели Modbus TCP используются клиенты и серверы
Протокол MODBUS
К Modbus PDU добавляется заголовок МВАР
| Идентификатор транзакции | Идентификатор протокола | Длина | Идентификатор устройства |
| 2 байта | 2 байта | 2 байта | 1 байт |
Структура заголовка МВАР
HART-протокол
- Универсальные команды. Это команды общего назначения и используются на уровне операторских станций: код производителя устройства в сети, модель, серийный номер, краткое описание устройства, диапазоны ограничений, набор рабочих переменных.
- Команды для групп устройств: фиксация значения тока на выходном канале, сброс и т.д.
- Команды, зависящие от устройства: старт/стоп, специальные функции калибровки и т.д.
HART-протокол
Форма сигнала передачи
HART-протокол
| Сигнал, переданный главным устройством | min 400 мВ; max 600 мВ |
| Сигнал, переданный подчиненным устройством | min 0,8 мА; max 1,2 мА |
| Чувствительность приемника (должен правильно принимать) | от 120 мВ до 2,0 В |
| Порог приемника (должен игнорировать) | от 0 мВ до 80 мВ |
Уровни коммуникационного сигнала
HART-протокол
Двухпроводная схема соединения
HART-протокол
Многоточечный режим
HART-протокол
- Для связи с HART-устройствами служат следующие изделия:
- HART-коммуникатор –предназначенное для конфигурирования интеллектуальных полевых приборов;
- HART-модем – служит для связи компьютера с интеллектуальными датчиками.
- HART-мультиплексор – обеспечивает связь компьютера с 8-ю или 16-ю интеллектуальными датчиками
AS – интерфейс
| Характеристика | Значение |
| Общая длина сегмента | |
| без использования повторителей, м | 100 |
| с использованием повторителей, м | 300 |
| Максимальное время цикла, мс | 5÷10 |
| Скорость передачи, Кбод | до 167 |
| Максимальное число Slave-устройств | 62 |
AS – интерфейс
Пример структуры ASI-сети
Сеть PROFIBUS
Схема сети PROFIBUS
Сеть PROFIBUS
- PROFIBUS-DP (Decentralized Peripheral ) – распределенная периферия
- PROFIBUS-PA (Process Automation) – автоматизация процесса
- PROFIBUS-FMS (Fieldbus Message Specification) – спецификация сообщений полевого уровня.
Сеть PROFIBUS
- Сеть PROFIBUS-DP применяется для высокоскоростного обмена данными с оконечными устройствами. Протокол физического уровня базируется на стандарте RS-485. Длительность цикла опроса зависит от числа узлов в сети и для скорости обмена 1,5Мбит/с и числа станций 32 составляет не более 6 мс. Максимальная скорость обмена 12Мбит/с достигается на длине сегмента 100м, минимальная – 100 Кбит/с на длине 1200 м.
Сеть PROFIBUS
- Сеть PROFIBUS-FMS реализует протокол общего назначения, разработанный для связи контроллеров и интеллектуальных устройств. Он описывает уровни 1, 2 и 7 OSI-модели. Это универсальный протокол для решения задач по обмену данными между интеллектуальными сетевыми устройствами (контроллерами, компьютерами/программаторами, системами человеко-машинного интерфейса) на полевом уровне. Основное его назначение – передача больших объемов данных. Физический уровень базируется на стандарте RS-485.
Сеть PROFIBUS
- Сеть PROFIBUS-PA предназначена для использования в устройствах, работающих в опасных производствах. В основе протокола PA лежит протокол ISP (Interoperable Systems Project). Физический уровень реализует стандарт IEC 61158-2. Уровень 2 – это функциональное подмножество стандарта DIN 19245. Сегмент PROFIBUS-PA имеет длину до 1900 м, скорость обмена между узлами сети – 31,2 кбит/с.
Шина CAN
| Стандарт | ISO 11898 |
| Скорость передачи | 1 Мбит/с (максимум) |
| Расстояние передачи | 1000 м (максимум) |
| Характер сигнала | дифференциальное напряжение |
| Линия передачи | витая пара |
| Количество драйверов | 64 |
| Количество приемников | 64 |
| Схема соединения | полудуплекс, многоточечная |
Характеристики шины CAN
Шина CAN
| Скорость передачи, Кбит/с | 1000 | 500 | 250 | 125 | 10 |
| Максимальная длина сети, м | 40 | 100 | 200 | 500 | 6000 |
Зависимость скорости передачи от длины сети
Логический ноль – называется доминантным битом, а логическая единица – рецессивным.
При одновременной передаче в шину логического нуля и единицы, на шине будет зарегистрирован логический ноль, а логическая единица будет подавлена
Арбитраж шины CAN
- Быстродействие CAN сети достигается благодаря механизму не деструктивного арбитража шины посредством сравнения бит конкурирующих сообщений. Т.е. если случится так, что одновременно начнут передачу несколько контроллеров, то каждый из них сравнивает бит, который собирается передать на шину с битом, который пытается передать на шину конкурирующий контроллер. Если значения этих битов равны, оба контроллера пытаются передать следующий бит. И так происходит до тех пор, пока значения передаваемых битов не окажутся различными. Теперь контроллер, который передавал логический ноль (более приоритетный сигнал) будет продолжать передачу, а другой контроллер прервёт свою передачу до того времени пока шина вновь не освободится.
Структура формата передачи данных
- Быстродействие CAN сети достигается благодаря механизму недеструктивного арбитража шины посредством сравнения бит конкурирующих сообщений. Т.е. если случится так, что одновременно начнут передачу несколько контроллеров, то каждый из них сравнивает бит, который собирается передать на шину с битом, который пытается передать на шину конкурирующий контроллер. Если значения этих битов равны, оба контроллера пытаются передать следующий бит. И так происходит до тех пор, пока значения передаваемых битов не окажутся различными. Теперь контроллер, который передавал логический ноль (более приоритетный сигнал) будет продолжать передачу, а другой контроллер прервёт свою передачу до того времени пока шина вновь не освободится.