Sw3.6-m10-1.2, !!!Uczelnia, wsti, materialy, III SEM, teleinformatyka, egzamin
[ Pobierz całość w formacie 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.
1
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.
2
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.
3
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.
4
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.
5
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
