| Статистика |
Онлайн всего: 1 Гостей: 1 Пользователей: 0 |
|
Элементная база промышленных сетей
Введение
Системы управления (в том числе и автоматизированные) сложными объектами такими, как энергоблоки атомных электростанций (АЭС), сборочные линии цехов предприятий и различными другими промышленными объектами имеют ряд особенностей, связанных с размещением объекта на значительной территории, необходимостью контроля большого числа параметров, повышенными требованиями к надёжности, скорости получения и обработки данных. Поэтому связь в этих системах, называемых промышленными сетями, реализуется на базе надёжных каналов обмена с достаточно высокой пропускной способностью, а так же с использованием специального оборудования и его элементной базы. По типу компьютерные сети можно подразделить на:
1.Глобальные сети (WAN, Wide Area Network)
2.Локальные сети (LAN, Local Area Network)
3.Региональные сети (MAN, Metropolian Area Network)
Обзор наиболее распространенных промышленных сетей
Промышленная сеть — это набор стандартных протоколов обмена данными, позволяющих связать оборудование различных производителей, а также обеспечить взаимодействие нижнего и верхнего уровней АСУ. К промышленной сети предъявляются следующие требования:
1.Достаточная производительность.
2.Предсказуемость времени доставки информации.
3.Помехоустойчивость.
4.Доступность и простота организации канала передачи данных.
5.Максимально широкий сервис для приложений верхнего уровня.
6.Минимальная стоимость аппаратной реализации.
7.Возможность реализации “распределённого управления” путём предоставления нескольким ведущим узлам прав контроля канала связи.
8.Управляемость и самовосстановление в случае возникновения нештатных ситуаций.
В таблице 1 приведены наиболее распространенные промышленные шины.
$IMAGE1-left-right$
Элементная база оборудования на примере ТПТС
На протяжении нескольких лет кафедра Микроэлектроники совместно с ВНИИА им. Духова разрабатывали комплекс ТПТС для низшего уровня АСУ ТП АЭС.
Рисунок 1 – Структурная схема комплекса ТПТС-НТ
Разрабатываемая комплексная коммуникационная система ТПТС-55 имеет структуру, представленную на рисунке 1. Система состоит из следующих основных компонентов:
- рабочие станции/терминалы
- серверы автоматизации (состоящие из нескольких центральных модулей)
- коммуникационные средства шины Ethernet
- станции ввода-вывода (состоящие из интерфейсных модулей и модулей связи с процессом)
Серверы автоматизации (СА) являются центральными вычислительными устройствами ТПТС, отвечающими за логическую обработку сигналов в АСУ ТП, и состоят из нескольких взаимодействующих по внутренней шине центральных модулей (ЦМ), реализованных на базе микроконтроллеров MCF5474 семейства ColdFire.
Основными составляющими станций ввода-вывода являются:
- интерфейсный модуль (ИМ) на базе MCF5474
- последовательная шина ввода-вывода
- модули связи с процессом (сигнальные модули)
Интерфейсный модуль (ИМ) содержит в своем составе контроллер MCF5474, реализующий передачу и прием информации по шине Ethernet и приемопередатчики, реализованные на ПЛИС и подключенные к процессорной шине MCF5474.
Последовательная шина ввода-вывода (UART) предназначена для передачи аналоговых и дискретных параметров, характеризующих состояние технологического процесса, диагностической информации, настроечных параметров модулей связи с процессом, служебной информации.
Модули связи с процессом позволяют решать задачи, связанные с приемом и обработкой сигналов от технологического процесса, такие как ввод-вывод дискретных сигналов.
Серверы автоматизации, соединённые со станциями ввода-вывода по шине ENL, образуют коммуникационную систему нижнего уровня. Шина связи между СА и ИМ станций построена на базе сетевых коммутаторов
Технические характеристики элементной базы станции
Семейство микроконтроллеров MCF547x фирмы Freescale Semiconductors, к которому относится используемый в проекте микроконтроллер MCF5474, реализовано на ядре ColdFire V4е.
Это ядро включает в себя следующие основные компоненты:
- центральное процессорное устройство (CPU - Central Processor Unit)
- блок управления памятью (MMU - Memory Management Unit)
- контроллеры кэш-памяти и локальной памяти данных
Микроконтроллер MCF5474 способен работать на частотах до 266 МГц, что соответствует 410 миллионам операций в секунду (MIPS - Million Instructions Per Second).
MCF5474 содержит следующие периферийные контроллеры для связи с внешними устройствами:
1) два контроллера Fast Ethernet (FEC – Fast Ethernet Controller), способных работать на скоростях 10/100 Мбит/с
2) модуль USB 2.0 (USB – Universal Serial Bus, универсальный последовательный интерфейс), дающий возможность работы микроконтроллера в режиме ведомого устройства
3) четыре контроллера UART/USART/IRDA/modem
4) один последовательный периферийный интерфейс для организации прямого доступа к памяти (DMА, direct memory access, прямой доступ к памяти)
5) один интегрированный контроллер шины I2C
Кроме коммуникационных контроллеров MCF5474 содержит следующие функциональные блоки:
- сторожевой таймер
- два 32-разрядных таймера
- четыре 32-разрядных таймера общего назначения с функциями захвата, сравнения, ШИМ
- контроллер запросов прерываний от различных источников
- блок фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ)
- 32 КБайта встроенной высокоскоростной статической оперативной памяти с произвольным доступом (SRAM) для хранения локальных данных
- порты ввода/вывода общего назначения
Основные эксплуатационные характеристики представлены в таблице 2
На рисунке 2 показаны процессорные модули ТПТС с указанием их элементной базы и разработанного программного обеспечения.
Рисунок 2 – Процессорные модули ТПТС
Микроконтроллеры MCF5474 содержат два контроллера Fast Ethernet, структура которых показана на рис. 3.
Рисунок 3 – Структура контроллера Fast Ethernet ТПТС
Контроллер Fast Ethernet реализует обмен данными по сети Ethernet в соответствии со спецификацией IEEE 802.3. Он обеспечивает поддержку трёх различных стандартов на физическом и MAC уровнях для подключения к внешним передатчикам. Работает на скоростях 10/100 Мбит/с при использовании блока МII и скорости 10Мбит/с при использовании соединения 7-wire.
Заключение
В процессе выполнения домашнего задания было произведено ознакомление с основными принципами построения промышленных сетей, а так же описана структурная и элементная база таких сетей на примере станции ТПТС.
Список источников
•M. J. Martin Understanding the network. A practical guide to internetworking. Indianapolis, 2000
•Пояснительная записка к дипломному проекту на тему:
“Разработка и реализация коммуникационного протокола для распределённых систем автоматизации управления”
Кафедра Микроэлектроники, МИФИ, Москва, 2009
•Страшун Ю. П. Основы сетевых технологий для автоматизации и управления. Учебное пособие.
М.: Изд-во МГГУ, 2003
•Ю.Н. ТИХОНОВ, И.И. ШАГУРИН, А.В. СМИРНОВ, Е.Ю. ГОЛОВИН
НИЯУ «МИФИ»
"СЕТЕВОЕ, СИСТЕМНОЕ И ТЕСТОВОЕ ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ АСУТП ДЛЯ АТОМНЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ" (Доклад)
|
| Категория: Домашние задания (по сетям МИФИ) | Добавил: dimgan93 (25.12.2013)
| Автор: Kozlovsky D.V.
|
| Просмотров: 1474
| Рейтинг: 0.0/0 |
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи. [ Регистрация | Вход ] |
|
