Передача данных. Протоколы передачи данных UDP, TCP/IP. Серверы виртуальных приборов. (Лекция 5)

1. Лекция 5

План лекции
Передача данных.
Протоколы передачи данных UDP,
TCP/IP.
Серверы виртуальных приборов.

2. Передача информации по каналам связи

Измерительная информация может использоваться
для управления технологическим процессом в
режиме диспетчеризации.
Передача информации интегрирована в
промышленную систему SCADA (Supervisory Control
and Automated Data Acquisition) –
автоматизированную систему сбора данных и
оперативного диспетчерского управления.

3. Основные задачи обмена:

-обмен информацией между измерительным
преобразователем и прибором
(компьютером);
-обмен информацией между прибором
(компьютером) и технологическим объектом
управления

4. Типы обмена

В промышленных системах наиболее распространены
последовательные интерфейсы передачи информации,
т.к. они требуют всего 2-х проводов (дешевле),
устойчивее к помехам.
Обмен может быть:
- синхронным (темп передачи информации определяется
тактовыми импульсами ЭВМ);
- асинхронным (темп передачи информации определяется
скоростью обмена как тактовыми импульсами ЭВМ, так и
сообщениями от преобразователя или объекта);

5. Понятие промышленной информационной сети

Совокупность управляющих программ,
аппаратных средств (т.н. узлов) и
соединяющих их проводов (т.н. физических
каналов) называется промышленной
информационной сетью.
Наиболее распространенные сетевые
топологии – «звезда», «кольцо», «шина».

6. Сетевые топологии: «звезда»

slave
slave
master
slave
slave
slave

7. Сетевые топологии: «кольцо»

master
slave
slave
slave
slave
slave

8. Сетевые топологии: «шина»

master
slave
slave
bus
slave

9. Модель OSI

Технология обмена информацией имеет
стандартизованную структуру, определяемую
семиуровневой моделью OSI (Open Systems
Interconnection) и поддерживает три уровня:
-физический (каналы связи в форме коаксиального
кабеля, витой пары или оптоволокна);
-канальный уровень (правила группирования
информации в кадры, зависящие от сетевой технологии
– Modbus, Profibus, Ethernet, Token Ring, FDDI);
- прикладной уровень (связь программы для управления
виртуальным прибором и технологическим объектом).

10. Физические интерфейсы

Стандарт обмена между канальным и физическим уровнем называется
физическим интерфейсом.
Физический интерфейс RS-232. Осуществляет передачу по методу «Point-toPoint», в котором адресация отсутствует. Использует двухпроводной кабель.
Применяется СОМ-портом компьютера. Имеет повышенный уровень
помехозащищенности в цеховых условиях. Скорость передачи данных до
115,2 Кбит/с на расстоянии до 15 м.
Физический интерфейс RS-485. Позволяет вести обмен по одной и той же
линии между несколькими устройствами (до 32-х). Использует трехпроводной
кабель. Включает интерфейс RS-232 и специальный адаптер. Скорость
передачи данных до 10 Мбит/с на расстоянии до 15 м и не менее 90 Кбит/с
при длине линии связи до 1200 м.
Может присоединяться к ЭВМ через адаптер «USB / RS-485».

11. Физические интерфейсы

Схема использования интерфейсов RS232/RS485

12. Cистема Fieldbus

Функции объединения датчиков, ЭВМ и систем управления
исполнительными механизмами выполняет система Fieldbus (полевая
сеть). В ней аналоговые интерфейсы 4…20 mA и 0…10 В заменены
цифровой системой коммуникации, включающей и функции питания
измерительных устройств и исполнительных механизмов.
За счет децентрализации системы управления датчики становятся
«интеллектуальными» (имеют возможность сетевой коммуникации,
имеют средства самодиагностики, самонастройки, первичной
обработки информации и т.д).
Наиболее распространены реализации системы Fieldbus на основе
сетевых технологий Profibus (фирмы Siemens, Bosch, ФРГ) и Modbus
(фирма Modicon, Франция), реже – на основе технологии Ethernet.

13. Cетевые технологии Profibus

Profibus – использует стандарт OSI, построен на основе
топологии с передачей маркера по контроллерному
кольцу. Включает программируемый логический
контроллер, являющийся ведущим узлом сети (master), по
отношению к которому измерительные устройства
являются ведомыми (slave). Поддерживает до 122 узлов, в
т.ч. несколько ведущих, получающих доступ к общей
шине Profibus на строго определенное время.
Данные передаются как с подтверждением приема, так и
без него. Использует физический интерфейс RS-485.
Скорость обмена до 12 Мбит/с на расстоянии до 100 м и
до 100 Кбит/с при длине линии связи до 1200 м.

14. Cетевые технологии Modbus

Modbus – является протоколом нижнего уровня для сбора
технологической информации. Использует физические
интерфейсы RS-232, RS-422, RS-485. Построен по
принципу «master-slave». Поддерживает до 247 узлов.
Данные передаются с подтверждением приема (обмен
master-master), и без него (обмен master-slave). Для
кодирования данных используется код ASCII. Отличается
простотой логики и независимостью от типа интерфейса.

15. Cетевые технологии Ethernet

Ethernet – на основе международного стандарта ISO 8802.3. Метод
доступа к данным – метод коллективного доступа с наблюдением за
несущей и контролем за коллизиями.
Кадр данных включает 4 поля: адрес назначения (MAC-адрес); адрес
источника (MAC-адрес); поле данных; поле контрольной суммы (CRC).
Кроме этого, к началу кадра добавляются еще два поля: поле
преамбулы и определитель начала кадра, а к концу кадра –
межкадровый интервал (пауза).
Узлы сети соединяются в форме «звезды» с концентратором (hub),
являющимся многопортовым повторителем. Концентраторы
объединяются общей шиной.
Длина сегмента сети – около 100 м для витой пары (до 200 м для Fast
Ethernet) и около 2000 м для оптоволокна.
Позволяет осуществлять как подключение датчиков, так и связь с
ЭВМ, в т.ч. через INTERNET.

16. Протоколы передачи данных UDP, TCP/IP.

Протокол UDP – не использует подтверждения приема
данных; обладает относительно высоким
быстродействием.
Протокол TCP/IP – использует подтверждение приема;
обладает более высокой помехозащищенностью;
характеризуется относительно низким быстродействием.

17. Серверы виртуальных приборов: управление станком с ЧПУ через Internet

18. Серверы виртуальных приборов: управление станком с ЧПУ через Internet