Вопросы для самопроверки
Нарисуйте обобщенную блок схему цифрового регулятора.
Дайте пояснения к основным блокам цифрового регулятора.
Какие функции выполняют логические устройства?
Перечислите интеллектуальные функции ЦР.
В чем заключается сдвиг характеристики датчика?
В чем заключается наклон характеристики датчика?
Какие выходные устройства применяются в ЦР?
Поясните работу ключевых выходных устройств.
Поясните работу аналоговых выходных устройств.
Должен знать: обобщенную функциональную схему измерителей – регуляторов, их структурный состав, назначение, интеллектуальные функции ЦР.
Должен уметь: устанавливать интеллектуальные функции ЦР.
Тема 7. Интерфейсы и протоколы в системах автоматизации
Литература: [11, 12]
Современные технические средства автоматизации (ТСА) работают в составе промышленных информационно-вычислительных сетей (ИВС). Наряду с аппаратными средствами сети и ТСА должны иметь в своем составе и сложное программное и информационное обеспечение.
Управление таким сложным, использующим многочисленную и разнообразную аппаратуру процессом, как передача и обработка данных в разветвленной сети, требует формализации и стандартизации множества процедур.
Указанные задачи решаются с помощью системы протоколов, стандартов и программ в рамках сетевой операционной системы (СОС), регламентирующих нормализованные процедуры взаимодействия элементов сети при установлении связи и передаче данных.
Протокол – это набор правил и методов взаимодействия объектов вычислительной сети, охватывающий основные процедуры, алгоритмы и форматы взаимодействия, обеспечивающие корректность согласования, преобразования и передачи данных в сети. Реализацией протокольных процедур обычно управляют специальные программы, реже – аппаратные средства.
Протоколы для ИВС – то же самое, что язык для людей. Говоря на разных языках, люди могут не понимать друг друга, – так же ведут себя и сети, использующие разные протоколы. Но и внутри сети протоколы обеспечивают разные варианты обращения с информацией, разные виды сервиса при работе с ней. От эффективности этих сервисов, их надежности, простоты, удобства и распространенности зависит то, насколько эффективна и комфортна вообще работа в сети.
HART протокол. Обмен данными между системой управления и интеллектуальными первичными датчиками может осуществляться с помощью стандартного коммуникационного протокола HART (Highway Addressable Remote Transducer - адресуемый дистанционный магистральный преобразователь). Протокол HART является "открытым" и доступен для всех производителей приборов и систем управления, желающих его использовать.
Интеллектуальные первичные устройства с HART протоколом позволяют аналоговым и цифровым сигналам сосуществовать в одной и той же паре проводов, не портя аналоговый сигнал.
Эти устройства обеспечивают преимущества цифровой связи и в то же время сохраняют совместимость и надежность аналоговых входных сигналов, которые требуются для существующих систем.
HART протокол разработан компанией Rosemount Inc. Для распространения цифровой связи компания Rosemount Inc. сделала HART протокол открытым для любого желающего его использовать.
HART протокол использует стандарт BELL 202 кодировки сигнала методом частотного сдвига (FSK) для обмена данными на скорости 1200 Бод; сигнал накладывается на аналоговый измерительный сигнал 4–20 мА, на нижнем уровне. Поскольку среднее значение частотного сигнала равно нулю, цифровая связь не влияет на токовый сигнал (рис. 7.1).
Рис. 7.1. Аналоговый и цифровые сигналы по HART протоколу
HART протокол построен по принципу главный (Master)–подчиненный (Slave). Это означает, что первичное устройство только отвечает на запросы. Но может оказаться двое главных (система управления и ручной коммуникатор, например). К одной линии моноканала можно подсоединить до 15 подчиненных устройств (в неискробезопасных цепях). Состояние первичного устройства передается по мере того, как каждую секунду выполняются две-три транзакции ответного сообщения.
Интерфейс - это стандартизованная среда или способ обмена информацией между двумя или более единицами оборудования: приборами, контроллерами, персональный компьютером и т.п.
Интерфейсы информационного обмена между приборами, применяемые в промышленности, могут быть двух типов:
«точка-точка», соединяющий два прибора между собой;
мультиприборный, позволяющий подключать более двух приборов на одну линию передачи данных.
Основная характеристика интерфейса - пропускная способность, которая показывает, сколько бит информации передается по интерфейсу за 1 секунду и измеряется в bit per second (bps, Mbps), или бит в секунду (бит/с, Мбит/с). Необходимо учитывать, что эта пропускная способность включает «накладные расходы», связанные со способом передачи данных. Для разных интерфейсов и протоколов доля полезной информации, передаваемой в секунду, может быть от 30 % до 90 % от общей пропускной способности.
Применительно к взаимодействию ЦР и промышленной сети протокол - это стандартизованный набор правил передачи информации по какому-либо интерфейсу.
Для сложных протоколов принята практика разделения их на несколько уровней (слоев). При этом каждый уровень реализуется отдельно и дополнительно стандартизуется обмен между уровнями. Это также позволяет заменять какие-то уровни (например, для адаптации к разным интерфейсам), оставляя неизменными другие. Интерфейсы и протоколы, используемые в приборах и контроллерах представлены в табл. 7.1.
Таблица 7.1.