138_140.pdf

A U T O M A T Y K A

Rozwiązanie problemu przydziału czasu

w komunikacji przemysłowej, część 1

SieÊ ControlNet powsta³a w†po-

³owie lat 90. jako odpowiedü Roc-

kwell Automation na zapotrzebowa-

nie przemys³u w†zakresie efektywnej

wymiany informacji na poziomie

sterowania. Oczekiwania powsta³e

w†ci¹gu kilku..kilkunastu lat wyko-

rzystywania po³¹czeÒ na tym pozio-

mie by³y doúÊ jasne: zapewniÊ moø-

liwoúÊ úcis³ego okreúlania czasu

transmisji, przy jednoczesnym za-

chowaniu powtarzalnoúci. Naturalne

by³o rÛwnieø utrzymanie charakteru

komunikacji, czyli wspÛ³rzÍdnej pra-

cy sterownikÛw, stacji operatorskich

i†komputerÛw.

W†pierwotnej wersji, oznaczonej

jako 1.0, ControlNet by³ sieci¹ umoø-

liwiaj¹c¹ wymianÍ informacji pomiÍ-

dzy sterownikami PLC, z†okreúleniem

w jakim czasie mia³y byÊ przes³ane

dane. Nad ca³oúci¹ czuwa³ procesor

nr 1†(ang. ControlNet Keeper), co po-

wodowa³o uzaleønienie pracy sieci

od jego obecnoúci. W†kolejnej wersji

(1.25) wprowadzono wiele dodatko-

wych urz¹dzeÒ, w†tym panele opera-

torskie i†modu³y I/O pozwalaj¹ce na

rozproszenie takøe akwizycji danych

i†sterowania. Ci¹gle jednak ca³oúÊ

konfiguracji przechowywana by³a

w†procesorze nr 1.

Rok 1998 przyniÛs³ ostateczn¹

wersjÍ ControlNetu, oznaczon¹ jako

1.5. Dokonano w nim wielu zmian,

zarÛwno strukturalnych i†jak i†pro-

gramowych, doprowadzaj¹c do uzys-

kania w†pe³ni satysfakcjonuj¹cej sie-

ci, pracuj¹cej na dwÛch, najczÍúciej

spotykanych poziomach: sterowania

i†urz¹dzeÒ.

W†artykule przedstawiono

w³asnoúci i†procedury

konfigurowania sieci

ControlNet. SzczegÛln¹ uwagÍ

zwrÛcono na moøliwoúÊ

okreúlania czasu

w†komunikacji oraz na

rozdzielania danych na

krytyczne i†niekrytyczne

czasowo. Zagadnienia te

zilustrowano praktycznymi

przyk³adami.

Topologia, medium

transmisyjne

Jednym z†kluczowych elementÛw

decyduj¹cych o†wyborze po³¹czenia

jest topologia sieci, a†w³aúciwie

moøliwoúÊ jej dostosowania do wa-

runkÛw panuj¹cych w†zak³adzie.

Z†jednej strony sprowadza siÍ to do

ustalenia tras kablowych, z†drugiej

zaú do wyboru medium, odpornego

na zak³Ûcenia i†úrodowisko. Blokowy

schemat po³¹czenia pokazano na rys.

1 . WúrÛd elementÛw wyrÛøniono: N

- wÍze³ (rozumiany jako sterownik

lub inne urz¹dzenie sieciowe), T†-

Tap, z³¹cze typu T, ³¹cz¹ce wÍze³

z†sieci¹ oraz segment stanowi¹cy

pewn¹ ca³oúÊ, zakoÒczon¹ termina-

torami i†ograniczon¹ d³ugoúci¹ po³¹-

czenia (maks. 1000 m) oraz liczb¹

wÍz³Ûw (maks. 48). W†przypadku

wiÍkszych odleg³oúci lub wiÍkszej

liczby wÍz³Ûw (ControlNet pozwala

na obs³ugÍ do 99 urz¹dzeÒ), ko-

nieczne jest stosowanie modu³Ûw re-

peaterÛw (oznaczonych R†na rys. 1).

W†ca³ej sieci dopuszcza siÍ wyko-

rzystanie maksymalnie 5†repeaterÛw,

co pozwala na pracÍ przy odleg³oú-

ciach do 6†km lub na zbudowanie

po³¹czeÒ gwiaüdzistych lub drze-

wiastych.

Na rys. 1, z†uwagi na przejrzys-

toúÊ, pokazano jedynie uk³ad magis-

tralowy. Ostatnim elementem (choÊ

nie mniej istotnym) jest bridge (ozna-

czony B), ktÛrego zadaniem jest po-

³¹czenie dwÛch niezaleønych sieci.

W†wiÍkszoúci aplikacji jest to reali-

zowane za pomoc¹ sterownika Con-

trolLogix Gateway, wyposaøonego

w†dwa modu³y ControlNet Bridge.

W†przypadkach szczegÛlnie zagro-

øonych zak³Ûceniami lub uszkodze-

niami ³¹cza, istnieje moøliwoúÊ dup-

likacji medium, przez zastosowanie

podwÛjnego okablowania, prowadzo-

nego dla bezpieczeÒstwa rÛønymi

trasami. Na rys. 2 pokazano prak-

tyczn¹ realizacjÍ redundancji

w†przypadku sieci dwusegmentowej.

Podczas realizacji typowego po-

³¹czenia ControlNet, jako medium,

jest stosowany kabel koncentryczny

o†impedancji 75

, charakteryzuj¹cy

siÍ bardzo dobrymi w³asnoúciami

przesy³u danych i†t³umienia zak³Û-

ceÒ. Zastosowanie takiego noúnika

pozwala osi¹gn¹Ê szybkoúÊ transferu

bitowego na poziomie 5Mbd, co

w†po³¹czeniu z†wskazanymi dalej

w³asnoúciami zapewni wysok¹ efek-

Rys. 1.

138

Elektronika Praktyczna 8/2001

A U T O M A T Y K A

Rys. 2.

tywnoúÊ po³¹czenia. Co jednak, gdy

poziom zak³ÛceÒ jest bardzo duøy

lub odleg³oúÊ znacznie przekracza

6km? W†takich sytuacjach konieczna

jest zmiana noúnika miedzianego na

úwiat³owÛd, co w†przypadku Cont-

rolNetu oznacza zastosowanie repea-

tera dostosowanego do medium, jak

pokazano na rys. 3 .

gorzÍdne wÍz³y od transmisji kry-

tycznej dla pracy aplikacji.

- NiemoønoúÊ (w wiÍkszoúci przy-

padkÛw) zapewnienia jednoczesne-

go przekazywania informacji do

wielu odbiorcÛw.

Powyøsze problemy prÛbowali

rozwi¹zaÊ twÛrcy systemu Control-

Net. G³Ûwnym ich osi¹gniÍciem sta-

³o siÍ umoøliwienie uøytkownikowi

rozdzielenie danych na informacje

czasowo-krytyczne i†czasowo-niekry-

tyczne.

Transfer danych krytycznych (na-

zywany Scheduled Data Transfer -

SDT) jest realizowany w†sta³ych, pro-

gramowanych przez projektanta okre-

sach. Optymalizacja minimalnego,

dopuszczalnego przez sieÊ czasu (na-

zywanego Network Update Time -

NUT) jest realizowana po zdefinio-

waniu wszystkich krytycznych da-

nych (a wiÍc po okreúleniu ich iloú-

ci) oraz po podaniu jak czÍsto maj¹

byÊ przesy³ane (parametr Request

Packet Interval - RPI). Po jej zakoÒ-

czeniu uøytkownik jest informowany

o†przydzielonym NUT, oraz o†moøli-

wych do przyjÍcia czasach transferu

poszczegÛlnych informacji, okreúla-

nych jako Actual Packet Interval -

API. Jeúli takie parametry s¹ akcep-

towalne, kolejno nastÍpuje przes³anie

ca³oúci ustawieÒ do wszystkich zain-

teresowanych wÍz³Ûw, dziÍki czemu

kaøde urz¹dzenie uczestnicz¹ce

w†SDT wie, kiedy ma rozpocz¹Ê na-

dawanie informacji. T¹ drog¹ przeka-

zywane s¹ dane dotycz¹ce:

- Stanu dyskretnych wejúÊ i†wyjúÊ

znajduj¹ce siÍ w†modu³ach I/O

wyposaøonych w†adapter Control-

Net.

- Stanu analogowych wejúÊ i†wyjúÊ,

istotnych z†punktu widzenia apli-

kacji, a†znajduj¹cych siÍ w†modu-

³ach I/O wyposaøonych w†adapter

ControlNet.

- ZasobÛw procesorÛw sterownikÛw

PLC, pracuj¹cych w†sieci (komuni-

kacja peer-to-peer).

DziÍki przydzia³owi do SDT,

transfer powyøszych danych odbywa

siÍ w†sposÛb deterministyczny (po-

niewaø okreúlony jest API) i†powta-

rzalny, co wynika z†okresowoúci

NUT. Oczywiúcie nie wszystkie da-

ne musz¹ byÊ przesy³ane z†okresem

API rÛwnym NUT. W†przypadku da-

nych wolniej zmienianych (ale

wci¹ø istotnych) projektant ma moø-

liwoúÊ ustawienia ø¹danego czasu

RPI na wartoúÊ rÛwn¹ 2 n *NUT,

gdzie n jest wartoúci¹ ca³kowit¹,

wiÍksz¹ od zera. Takie rozdzielenie

zawsze pozwala na zmniejszenie wy-

nikowego czasu NUT, a†sposÛb wy-

liczenia czasu u³atwia praktyczn¹

implementacjÍ algorytmÛw sterowa-

nia dostÍpem do ³¹cza.

Rafa³ Tutaj

Elmark Automatyka Sp. z o.o.

Dzia³ Rockwell Automation

rt@elmark.com.pl

Podzia³ danych,

konfiguracja sieci

Po zaplanowaniu topologii sieci,

w kolejnym kroku pracy projektanta

nastÍpuje okreúlenie kierunkÛw prze-

p³ywu i†wielkoúci wymienianej in-

formacji. W†przypadku tradycyjnych

systemÛw sieciowych, takie zadanie

sprowadza zazwyczaj siÍ do wkom-

ponowania odpowiednich poleceÒ

komunikacyjnych do programÛw ste-

rownikÛw lub zdefiniowania obsza-

rÛw wymiany dla stacji operators-

kich. Taka procedura nie gwarantuje

jednak optymalnego rozwi¹zania

problemu komunikacji, z†uwagi prze-

de wszystkim na trzy fakty.

- NiemoønoúÊ okreúlenia precyzyjnie

czasu dostÍpu do sieci dla istot-

nych urz¹dzeÒ.

- NiemoønoúÊ oddzielenia ruchu sie-

ciowego, generowanego przez dru-

Rys. 3.

140

Elektronika Praktyczna 8/2001

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: