An "open" FIELDBUS - "Дэйтамикро".

An "open"FIELDBUSIV МеждународнаяCAN школа-семинар ивыставка CAN'Tech 2005Полевые шины.Обзор и сравнительный анализ29-31 марта 2005Российская АкадемияГосударственной службыпри Президенкте РФ,МоскваRevision #01 [25.03.05]Третьяков С.А.© 2005, DATAMICRO Co., Ltd.

Третьяков СергейАлександрович:: Учредитель и Ген. директор ООО НПКФ «ДЭЙТАМИКРО»:: Канд. технических наук, доцент кафедры БИТ(Безопасность Информационных Технологий) ТТИ ЮФУ(Таганрогский Технологический Институт ЮжногоФедерального Университета):: Сфера интересов : лекции, консультации,проектирование и разработка‣ Мультиплексные шины: CAN, LIN, FlexRay‣ Беспроводные сенсорные сети: ZigBee/IEEE 802.15.4, EnOcean‣ Высокоуровневые протоколы: CANopen, CANaerospace,MilCAN, CANe, LINe‣ Операционные системы реального времени: OSEK/VDX,ThreadX:: Контакты‣ eMail:tretyakov@datamicro.ru‣ Tel: (8634) 314-000, 310-990‣ Fax: (8634) 314-001‣ Internet: www.datamicro.ru, www.datamicro.biz

План План презентации лекции12:00 9:00Системы СAN Introduction управления and ...........................4overviewОбласть Message приложения transmission ...........................9and receptionСтандартизация Break . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3012:00Распределенная управляющаясетевая платформа . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35ОбзорMessageи сравнительныйframes and formatsанализ ................40БазовыеError detectionхарактеристикиand confinementпопулярных Lunch систем . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51Новейшие технологии .........................5415:00Timing and synchronisationHardware implementationsBreak29 марта '05

Системы управленияОбласть приложенияСтандартизацияРаспределеннаяуправляющая сетеваяплатформаСистемы управленияКлассификация систем управления (проводная топология):: Традиционная структура:: Шинная структура:: Распределенная шинная структура:: Управляющая сетевая структураОбзор и сравнительныйанализБазовыехарактеристикипопулярных системНовейшие технологии© 2005, DATAMICRO Co., Ltd. 4

Системы управленияТрадиционнаяструктураШинная структураРаспределеннаяшинная структураУправляющая сетеваяструктураТрадиционная структура:: Особенности систем с традиционной структурой‣ Централизованный блок управления и контроля– CPU‣ Параллельный проводной ввод/вывод– Витая пара– Звездообразная топология‣ Передача данных между блоками I/O (датчики, исполнительные механизмы) и блокомуправления осуществлялась в форме аналоговых или цифровых сигналов– 4 ÷ 20 mA– Стандарт RS-232:: Недостатки‣ Большой расход провода‣ Высокая стоимостьинсталляции‣ Трудности смодификацией илирасширением системы‣ Проблемы с ремонтомБлок I/OБлок I/OБлок I/OБлок I/OБлокконтроля/управленияБлок I/OБлок I/O© 2005, DATAMICRO Co., Ltd. 5

Системы управленияТрадиционнаяструктураШинная структураРаспределеннаяшинная структураУправляющая сетеваяструктураШинная (fieldbus) структура:: Особенности систем с шинной структурой‣ Централизованный блок управления и контроля– PLC (Programmable Logic Controller)– CNC (Computer Numerical Control)– P C‣ Передача цифровыхданных выполняется черезпоследовательную магистральввода/вывода, шиннаятопология‣ Цифровая передача данных– RS-232– RS-422– RS-485‣ ПО реализуется в стеках уровневых протоколов:: Прогресс и растущие требования конечных пользователей(более четкая реализация точности контроля) →‣ Distributed Fieldbus System‣ Control Network SystemsБлок I/OБлок I/OБлокконтроля/управленияБлок I/O– Распределенные шинные системы– Сетевые управляющие системыБлок I/OБлок I/OБлок I/O© 2005, DATAMICRO Co., Ltd. 6

Системы управленияУправляющая сетевая структураТрадиционнаяструктураШинная структураРаспределеннаяшинная структураУправляющая сетеваяструктура:: Дополнительные особенности‣ Лучшая или болееполная реализациямодели OSI, котораяприводит к болеевысокой надежностирастущей сети‣ Разнообразные каналыпередачи информации– Витая пара– Линия электропередачи– Радиоканал– IR-канал– Оптоволокно– Коаксиал‣ Открытая топологияБлокуправленияБлокI/OБлокконтроляБлокуправленияБлокI/OБлокуправленияБлокI/OБлокI/OБлокуправленияБлоки управленияБлокI/OБлокI/OБлокI/O:: Распределенные управляющие сетевые системы – главный шагк интеллектуальным системам !© 2005, DATAMICRO Co., Ltd. 8

Область приложенияСистемы управленияОбласть приложенияF PB HСтандартизацияРаспределеннаяуправляющая сетеваяплатформаОбзор и сравнительныйанализБазовыехарактеристикипопулярных системНовейшие технологии:: F – Factory AutomationАвтоматизация предприятий:: P – Process IndustryУправление производственным процессомVM:: B – Building AutomationАвтоматизация зданий:: H – Home AutomationБытовая автоматизацияDS:: V – Vehicle AutomationАвтоматизация транспортных средств:: M – Military AutomationАвтоматизация военной техники:: D – Data CommunicationПередача данных:: S – Smart InstrumentationИнтеллектуальная измерительная аппаратура© 2005, DATAMICRO Co., Ltd. 9

Область приложенияПромышленнаяавтоматизацияАвтоматизация зданийБытовая автоматизацияАвтоматизациятранспортных средствАвтоматизация военнойтехникиПередача данныхИнтеллектуальнаяизмерительнаяаппаратураПромышленная автоматизация:: FACTORY AUTOMATION – автоматизация предприятия‣ Автоматическое управление различными объектами производства– Сборка автомобилей– Производство электронных компонентов:: PROCESS INDUSTRY – управление производственным процессом‣ Планомерное управление непрерывным процессом с очень большим материальнымпотоком– Производство краски и клея– Производство пиво:: Ключевые критерии для выбора или проектирования таких систем‣ Время передачи‣ Надежность обмена данных‣ Внутренняя безопасная операция в зонах повышенного риска‣ Размер переданных пакетов данных‣ Среда передачи, электропитание‣ Максимальная длина шины, число полевых устройств и цена узла‣ Связь с информационной системой и способность к взаимодействию© 2005, DATAMICRO Co., Ltd. 10

Область приложения Промышленная автоматизация (2)ПромышленнаяавтоматизацияАвтоматизация зданийБытовая автоматизацияАвтоматизациятранспортных средствАвтоматизация военнойтехникиПередача данныхИнтеллектуальнаяизмерительнаяаппаратура:: Требования к полевым системам в управлении производственным процессомотличаются от таковых при автоматизации предприятия !:: Системы автоматизации предприятия‣ Необходимо иметь короткое время передачи в режиме реального времени‣ Число полевых устройств, длина шины и размера пакета данных невелики‣ Типичная система– Полевых узлов – ~ 30– Длина шины – 10 ÷ 100 метров– Время передачи – 1 ÷ 2 ms:: Системы управления производственным процессом‣ Часто должны работать в опасных областях‣ Имеют длинные расстояния‣ Управляют большим количеством полевых устройств‣ Типичная система– Полевых узлов – ~ 200– Длина шины – 1000 ÷ 2000 метров– Время передачи – 10 ÷ 15 ms© 2005, DATAMICRO Co., Ltd. 11

ПромышленнаяавтоматизацияCIM модельАвтоматизированная система управленияпроизводством:: CIM – Computer Integrated ManufacturingПолевые шиныпромавтоматикиКооперативное управление(общее управление)1МэйнфреймWAN сетиУправление предприятиемУровень контроля (надзора)Уровень управления ячейкойСубуровень устройствСубуровень датчикови актуаторов- Ethernet- MAP- TCP/IP- Ethernet- MAP- TCP/IP- Ethernet Powerlink- IEC Fieldbus- Profibus FMS- FOUNDATION Fieldbus- DeviceNet- CAN- Profibus DP- LonWorks- FOUNDATION Fieldbus23- CAN- WorldFIP- LonWorks- ControlNETWorkstationVAX- CAN- LIN- AS-Interface- HART- LonWorks- RackbusWorkstationPC4PLCCNCPCДатчикии актуаторы5LAN сетиFIELDBUS сети© 2005, DATAMICRO Co., Ltd. 12

ПромышленнаяавтоматизацияCIM модельПолевые шиныпромавтоматикиАвтоматизированная система управленияпроизводством (2):: Связь между сетевыми системами выполняется с помощью с шлюзов –интеллектуального устройства, которое переводит полный стек протокола изодной системы в другую:: В настоящее время, затрачиваются большие усилия на создание шлюзовмежду системами‣ Fieldbus-to-Fieldbus‣ Fieldbus-to-Information‣ Причина– С одной стороны, большое количество различных систем управления– С другой стороны, медленный процесс стандартизации© 2005, DATAMICRO Co., Ltd. 13

ПромышленнаяавтоматизацияCIM модельПолевые шиныпромавтоматикиПолевые шины промавтоматики:: Примеры полевых шин, использующиеся в промышленной автоматизации::: AS-Interface :: FOUNDATION Fieldbus:: HART :: DeviceNet:: P-NET :: LonWorks:: SDS :: Modbus:: ControlNET :: AS-Interface:: CAN/CANopen :: SERCOS:: InterBus-S :: другие:: WorldFIP:: BITBUS:: IEC:: PROFIBUS:: TRON© 2005, DATAMICRO Co., Ltd. 14

Область приложенияПромышленнаяавтоматизацияАвтоматизация зданийБытовая автоматизацияАвтоматизациятранспортных средствАвтоматизация военнойтехникиПередача данныхИнтеллектуальнаяизмерительнаяаппаратураАвтоматизация зданий:: В современных общественных и коммерческих зданиях наблюдаетсядвижение к «интеллектуальным зданиям», которое выдвигает следующиетребования‣ Снижение эксплуатационных расходов‣ Распределение информации‣ Комфортная среда обитания человека, особенно, условия рабочего места‣ Улучшенное исполнение здания и экономия:: Как и производственное предприятие, публичное здание включаетнесколько типов сетевых систем‣ Системы автоматизации строением: реакция на внешние условия и управлениевнутренней окружающей средой, генерация тревоги‣ Системы управления строением: мониторинг, управление и хранение данныхуправления‣ Системы локальной сети: управление информационным обменом в пределахкомпании‣ Коммуникационные системы связи: обеспечение каналов для связи со всем миром иобмена данными© 2005, DATAMICRO Co., Ltd. 15

АвтоматизациязданийСервисы, задачи иполевые шиныКритерии выбораСервисы, задачи и полевые шины:: Сервисы автоматизации и задачи управления‣ HVAC системы (теплоснабжение, вентиляция и кондиционирование)‣ Управление освещением и пожарным оповещением‣ Управление сетевым питанием‣ Безопасность и защита‣ Транспорт (лифты):: В Европе для реализации этих сервисов используют‣ ARCNET‣ LonWorks‣ CAN‣ Profibus‣ BatiBUS‣ EIB‣ FOUNDATION Fieldbus:: Возможные другие решения‣ BACnet‣ MAP‣ SICLIMAT-X‣ TOP© 2005, DATAMICRO Co., Ltd. 16

АвтоматизациязданийСервисы, задачи иполевые шиныКритерии выбораКритерии выбора:: Критерии при проектировании систем автоматизации зданий‣ Сетевой временной интервал и число управляемых устройств‣ Надежность обмена данных‣ Время передачи‣ Смешивание среды связи‣ Технология инсталляции‣ Сервисы автоматизации для объединения‣ Связь с системой управления зданием‣ Стоимость узла и затраты на его инсталляцию‣ Проводные и беспроводные технологии‣ Проводная топология‣ Стоимость расходов на сопровождение© 2005, DATAMICRO Co., Ltd. 17

Область приложенияПромышленнаяавтоматизацияАвтоматизация зданийБытовая автоматизацияАвтоматизациятранспортных средствАвтоматизация военнойтехникиПередача данныхИнтеллектуальнаяизмерительнаяаппаратураБытовая автоматизация:: Особенности домашней автоматизации‣ Физический размер здания– Сетевой временной интервал и число узлов относительно небольшое– Сложность управления сети и полная инсталляции минимизированны‣ Время нахождения и использования окружающей среды‣ Индивидуальные требования к управлению жилищем‣ Достижения лучшего качества жизни через повышения удобств существования иувеличения развлекательных возможностей:: Требования по домашней автоматизации‣ Стоимость расходов на проживание‣ Сценарии развлечений‣ Автоматизация внутренней работы‣ Расширенный информационный и телекоммуникационный сервис‣ Автоматический контроль безопасности‣ Защита от проникновения© 2005, DATAMICRO Co., Ltd. 18

БытоваяавтоматизацияСервисы и задачиПолевые шиныСервисы и задачи:: Сервисы автоматизации и задачи управления‣ Управление освещением‣ Автоматизация развлечения‣ Защита жилища‣ HVAC‣ Связь с Интернетом‣ Сервисное управление:: Различия в подходах проектирования‣ Европа– Приоритет – экологические и экономические факторы– Большее время жизни дома‣ США и Япония– Приоритет – удобства– Меньшее время жизни дома.При строительстве нового дома в него интегрируется новая технология и новые изделия– Более ранняя приватизация телефонных компаний привела к большему разнообразиюинформационных и коммуникационных услуг и продуктов© 2005, DATAMICRO Co., Ltd. 19

БытоваяавтоматизацияПолевые шиныСервисы и задачи:: США:: Европа:: ЯпонияПолевые шины‣ CEBus‣ LonWorks‣ BatiBUS‣ CAN‣ HBS‣ SHBS‣ Smart House‣ EHS‣ X-10‣ LonWorks‣ EIB© 2005, DATAMICRO Co., Ltd. 20

Область приложенияПромышленнаяавтоматизацияАвтоматизация зданийБытовая автоматизацияАвтоматизациятранспортных средствАвтоматизация военнойтехникиПередача данныхИнтеллектуальнаяизмерительнаяаппаратураАвтоматизация транспортных средств:: Недалекое прошлое – внутренняя коммуникация между устройствами:точка-точка‣ Проводка становится громоздкой, сложной и дорогой:: С увеличением разнообразного пользовательского сервиса в автомобилеувеличился и объем монтажных проводов.Самые актуальные задачи – вес и надежностьДинамика роста коммуникаций в автомобиле (на примере Volvo)Общая длина в метрах2200200018001600140012001000800600400200019151920192519301935194019451950195519601965197019751980198519901995200020052010© 2005, DATAMICRO Co., Ltd. 21

АвтоматизациятранспортныхсредствСервисы и задачиОбзор сетейтранспортных средствРешенияУправляющие сетиАвтомобильные сетис высокой пропускнойспособностьюX-By-Wire (Drive-By-Wire) управлениеСервисы и задачи:: Проблемы, связанные с большим количеством проводов‣ Сокращения места расположения‣ Трудности при производстве и сборке‣ Ухудшение эксплуатационной надежности‣ Неудовлетворительное соотношение «выгоды/затраты» при добавлениидополнительных функций (из-за дополнительного монтажа)‣ Повышение требований к КПД топлива и к производительности (ускорение,замедление) потребовало уменьшения веса транспортных средств‣ Сенсор/входные данные неэффективно распределенны по многоканальномудискретному тракту‣ Большое количество соединителей является причиной ненадежногофункционирования, каждая связь сокращает среднее время безотказной работы:: К 80-м годам XX века стала очевидной необходимость уменьшенияпроводных соединений и улучшения распределения функций управления имониторинга сети транспортных средств© 2005, DATAMICRO Co., Ltd. 22

Автоматизациятранспортныхсредств Сервисы и задачи (2)Сервисы и задачиОбзор сетейтранспортных средствРешения:: Современные сетевые управляющие системы являются неотъемлемымэлементом в транспортных средствах всех классов:: Рост использования электронного оборудования в транспортных средствахстремительно возрастаетУправляющие сетиАвтомобильные сетис высокой пропускнойспособностьюX-By-Wire (Drive-By-Wire) управлениеСовокупныйгодовой темпроста потребленияполупроводников вЕвропеAutomotiveEDPIndustrialConsumer ElectronicsCommunicationsAerospace0 5 10 15 20:: SAE (Ассоциация инженеров автомобилестроения) ведет работупо разработке практических рекомендаций для организации сетейтранспортных средств:: SAE классифицированы сети транспортных средств по скоростям передачиинформации© 2005, DATAMICRO Co., Ltd. 23

Автоматизациятранспортныхсредств Сервисы и задачи (3)Сервисы и задачиОбзор сетейтранспортных средствРешенияУправляющие сетиАвтомобильные сетис высокой пропускнойспособностьюX-By-Wire (Drive-By-Wire) управление:: Классификация автомобильных сетейКласс Скорость ПриложениеClass A< 10 kBit/sУдобства: замок багажника, регулировка зеркаловНизкая скоростьClass B10 ÷ 125 kBit/sСредняя скоростьОбщая передачи информации: приборная панель,стеклоподъемникиClass C0,125 ÷ 1 MBit/sВысокая скоростьReal-Time контроль: переключение скорости, динамическиесистемыClass D > 1 MBit/s Мультимедиа приложения: Интернет, цифровое TV, HDTVHard Real-Time критические функции: x-by-Wire приложения:: Современный автомобиль представляет крайне неблагоприятную среду дляэлектронного оборудования‣ Механическая вибрация; высокая влажность; температурные колебания (от -400 ℃ до+800 ℃); брызги нефти, бензина и воды; лед; пыль; попадание песка‣ Сильные электромагнитные поля (напряженность поля может составлять > 200 В/м,в бытовых – около 3 В/м и промышленных 10 В/м); электрические пики/переходныепроцессы обеих полярностей (более ±100В); большие нагрузки; скачки при запуске;и, как правило, неверный монтаж электрических систем (например, короткие цепи доземли или питания, обратный ток батареи и т.д.)© 2005, DATAMICRO Co., Ltd. 24

Автоматизациятранспортныхсредств Сервисы и задачи (4)Сервисы и задачиОбзор сетейтранспортных средствРешенияУправляющие сетиАвтомобильные сетис высокой пропускнойспособностьюX-By-Wire (Drive-By-Wire) управление:: Факторы проектирования‣ Высокая достоверность– Для срока службы транспортного средства вероятность необнаружения ошибки должнабыть крайне мала‣ Предсказуемый детерминизм– Гарантируемый верхний порог времени ожидания сообщения для задач контроля‣ EMC совместимость– Должны выполняться требования к уровням излучения и допустимым уровнямпотребляемой мощности‣ Малое число межсоединений– Каждое дополнительное соедининие увеличивает вероятность угрожающего сбоя‣ Компактные коннекторы– Зачастую, коннектор является самым большим компонентом в ECU блоке‣ Компонуемость сети– Модификация моделей и отдельно поставляемое на рынок оборудование требуютсоздания расширяемой и модифицируемой сети‣ Отказоустойчивость– После устранения сбоя или отказа процесс обмена информацией должен бытьвосстановимым. Поэтому, избыточность является важным параметром© 2005, DATAMICRO Co., Ltd. 25

АвтоматизациятранспортныхсредствСервисы и задачиОбзор сетейтранспортных средствРешенияУправляющие сетиАвтомобильные сетис высокой пропускнойспособностьюX-By-Wire (Drive-By-Wire) управлениеОбзор сетей транспортных средствПротокол Разработчик Приложение Среда Кодир. бита Доступ среде Об. ошибки Длина [Bit] Скорость[Bit/s]ABUS Volkswagen Control SWire NRZ Contention Bit only 16 500 kAPC Ford Audio TP NRZ CSMA/CA CheckSum 64 9,6 kAUTOLAN General Ins. Control TP API M/S CRC 0 ÷ 64 4 MBEAN Toyota Control SWire NRZ CSMA/CD CRC 8 ÷ 88 10 kCAN Bosch Control TP NRZ&Stuff. Contention CRC 0 ÷ 64 1 MCCD Crysler Sensor Mux. TP NRZ CSMA/CR CRC Unlimited ~7,8 kCSC Crysler Sensor Mux. TP Voltage Polling/Adr. – 1 ~1 kD2B Optical Chip C Audio/Video FO PWM Contention ? ? 12 MDAN Alfa Romeo Dash Board TP NRZ M/S CRC 8 9,6 kDSI Motorola Sensor Mux. 2 Wire Vol.&Current M/S CRC 16 =5 kIVMS Nissan Control TP PWM Polling Parity 16 ~ 27,8 kJ1850 PWM SAE Control 2 Wire PWM CSMA/CR CRC 8 ÷ 64 41,6 kJ1850 VPW SAE Control 1 Wire VPW CSMA/CR CRC 8 ÷ 64 10,4 kJ1939 SAE Control TP NRZ&Stuff. Contention CRC 0 ÷ 64 1 MMML Delphi Multimedia FO NRZ M/S ? = 2048 110 MMOST Most Corp. Multimedia FO ? ? ? ? 25 MPALMNET Mazda Control TP NRZ Contention CRC 32/64 1 MTTP TTTech RT Control 2 ch. MFM TDMA CRC 128 2/4 MVAN Renault&PSA Control TP Manchester Contention CRC 0 ÷ 64 ~ 250 kLIN LIN Consort. Sensor Mux. 1 Wire M/S CheckSum 20 kFlexRay RT Control Cont., TDMA 2×10 M© 2005, DATAMICRO Co., Ltd. 26

Область приложенияАвтоматизация военной техникиПромышленнаяавтоматизацияАвтоматизация зданийБытовая автоматизацияАвтоматизациятранспортных средствАвтоматизация военнойтехникиПередача данныхИнтеллектуальнаяизмерительнаяаппаратура© 2005, DATAMICRO Co., Ltd. 27

Область приложенияПередача данныхПромышленнаяавтоматизацияАвтоматизация зданийБытовая автоматизацияАвтоматизациятранспортных средствАвтоматизация военнойтехникиПередача данныхИнтеллектуальнаяизмерительнаяаппаратура© 2005, DATAMICRO Co., Ltd. 28

Область приложенияИнтеллектуальная измерительнаяаппаратураПромышленнаяавтоматизацияАвтоматизация зданийБытовая автоматизацияАвтоматизациятранспортных средствАвтоматизация военнойтехникиПередача данныхИнтеллектуальнаяизмерительнаяаппаратура© 2005, DATAMICRO Co., Ltd. 29

Системы управленияОбласть приложенияСтандартизацияРаспределеннаяуправляющая сетеваяплатформаОбзор и сравнительныйанализБазовыехарактеристикипопулярных системНовейшие технологииСтандартизация::«A camel is a horse defined by committe»:: Данная поговорка наилучшимобразом отражает текущееположение дел в отношенииработ по стандартизации системуправления и автоматизации‣ На данный момент для любой областиавтоматизации нет какой-либоцелостной системы стандартизации‣ Стандартизованные протоколы,принятые комитетами, "борятся"с протоколами и руководящимиположениями, принятымиассоциациями систем:: Единственное решение!!!Какая из систем получит признание,определит только РЫНОК !© 2005, DATAMICRO Co., Ltd. 30

СтандартизацияИнституты постандартизацииISO/OSI модельСтандартизированныекоммерческие системыИнституты по стандартизации:: IEEE – The Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc.‣ Институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике– http://www.ieee.org/:: ISO – International Standards Organization‣ Международная организация стандартизации– http://www.iso.org/:: IEC – International Electrotechnical Commission‣ Международная электротехническая комиссия– http://www.iec.ch/:: CENELEC – Committee European de Normalisation Electrotechnique‣ Европейский комитет по стандартам в электротехнике– http://www.cenelec.eu/:: EIA – Electronics Industries Alliance‣ Альянс отраслей электронной промышленности (до октября 1997 г. называлсяElectronics Industries Association)– http://www.eia.org/:: ANSI – American National Standards Institute‣ Национальный Институт Стандартизации США– http://www.ansi.org/© 2005, DATAMICRO Co., Ltd. 31

Стандартизация Институты по стандартизации (2)Институты постандартизацииISO/OSI модельСтандартизированныекоммерческие системы:: SAE – Society of Automotive Engineers‣ Ассоциация инженеров автомобилестроения– http://www.sae.org/:: ASHRAE – American Society of Heating, Refrigerating and Air. ConditioningEngineers‣ Американское общество инженеров по отоплению, охлаждению икондиционированию воздуха– http://www.ashrae.org/:: BSI – British Standards Institution‣ Британский институт стандартов– http://www.bsi-global.com/:: DIN – Deutsche Institut fuer Normung‣ Немецкий институт стандартов– http://www.din.de/:: AFNOR – Association Francaise de Normalisation‣ Французская ассоциация нормализации– http://www.afnor.org/© 2005, DATAMICRO Co., Ltd. 32

СтандартизацияISO/OSI модельИнституты постандартизацииISO/OSI модельСтандартизированныекоммерческие системы:: Базоваяплатформа длясистем управления –эталонная модельвзаимодействияоткрытых системISO/OSIAllPeople76Узел AУровниApplicationPresentationПользователиПриложенияПреобразованиеданныхУзел BУровниApplicationPresentation:: Open SystemInterconnection‣ Модель OSI – не сампо себе стандарт сети,а основополагающаяструктура (каркас)для реализациисетевых стандартовSeemToNeedDataProcessingNetwork Management54321SessionTransportNetworkDatalinkPhysicalДиалогиКаналы связиСквознаяпередачаМаршрутизацияОбнаружениеошибокПодключениеустройствNetwork ManagementSessionTransportNetworkDatalinkPhysicalСеть передачи данных© 2005, DATAMICRO Co., Ltd. 33

СтандартизацияИнституты постандартизацииISO/OSI модельСтандартизированныекоммерческие системыСтандартизированные коммерческиесистемы:: BACnet ASHRAE 135.1995:: BITBUS IEEE 1118:: CAN ISO 11898, ISO 11519:: CEBus EIA-IS-60:: IEC IEC 61158.2:: Interbus DIN E 19258:: Profibus DIN 19245 T1 ÷ T4, EN 50170, IEC 1158.2http://datamicro.ru/can_standards_bookshttp://datamicro.ru/links© 2005, DATAMICRO Co., Ltd. 34

Системы управленияОбласть приложенияСтандартизацияРаспределеннаяуправляющая сетеваяплатформаОбзор и сравнительныйанализБазовыехарактеристикипопулярных системНовейшие технологииDDCNP. Распределенная управляющаясетевая платформа:: Блок управления :: Среда передачи :: Блок ввода/выводаCAN маршрутизаторыи мостыБухгалтерияВидеосерверCANБлокиобработкиСенсорныеузлыEthernet - TCP/IPSQL DBсерверБлокиобработкиRS-485Сенсорные сетиАдминистрацияСерверрасписанийCANСенсорныеузлыLINСенсорныесетиCANСлужбаохраныRS-485/LINCANОтделкадровRS-485/LIN/MicroLANШлюзCAN-EthernetСенсорные сетиСенсорные узлыБлокиобработкиLINШлюзCAN-GSMEthernetмаршрутизаторыInternet/IntranetСенсорныеузлыGSMсетьБлокиобработкиШлюзCAN-EnOceanСчитывателисмарт-картыEnOceanсетьCANCANRS-485БюропропусковПроходная заводаШлюзCAN - EthernetEthernet - TCP/IPRS-485CANLINСенсорные узлыБлокиобработкиТурникетыБлокиобработкиСенсорные сетиСенсорныеузлыRS-485/LIN/MicroLANCANВидеосерверВидеокамерыШлюзCAN-ZigBeeRS-485ZigBeeсетьСенсорные сетиDDCNP - DATAMICRO Distributed Control Network Platform© 2005, DATAMICRO Co., Ltd. 35

Распределеннаяуправляющаясетевая платформаБлок управленияСреда передачиБлок ввода/выводаБлок управления (микроконтроллер)Микроконтроллер Производитель ОписаниеMC143150xxx Freescale LonWorks Neuron ChipsTMPN3150xxx Toshiba LonWorks Neuron ChipsMC143120xxx, TMPN3120xxx Toshiba, Freescale LonWorks Neuron ChipsCOM20010, COM20051 SMC ARCNET, LAN контроллерCANhttp://www.can.cia.org/products/can/COM90C66 SMC ARCNET + еransceiver + XT Interface75008 NEC BatiBUSMICROFIP ? WorldFIPFullFIP2, FIPIU2, FIPCO1 ? WorldFIP, сопроцессор80C152JD Intel Bitbus, SDLC/HDLCASPC2 Siemens Master Chip . PROFIBUS.DA, .DP, .FMSSPC4 Siemens Slave Chip . PROFIBUS.DP, .FMSSPC3, SPM2, LSPM2 Siemens Slave Chip . PROFIBUS.DPH32-500 Hitachi TRONSUPI-II OKI, MATARA InterbusSSC CICDW, SSC CICLDW Intellon CEBus, DL контроллер8051,80851 Intel Микроконтроллер + UART, PNET, PROFIBUS, EHS, ...H8.300 Hitachi Микроконтроллер + UART, PNET, PROFIBUS, EHS, ...MC68HC11, MC6805 Freescale Микроконтроллер + UART, PNET, PROFIBUS, EHS, ...© 2005, DATAMICRO Co., Ltd. 36

Распределеннаяуправляющаясетевая платформаБлок управленияСреда передачиБлок ввода/выводаСреда передачи:: Используемые среды передачи данных‣ TP (Twisted Pair) – витая пара– Наиболее распространенная среда передачи– Предпочтительна экранированная витая пара– Стандартные трансиверы: RS-232, RS-422, RS-485‣ FO (Fibre Optics) – опто- и стекловолокно– Высокая скорость для real-time приложений– Высокая устойчивость к электромагнитным помехам, небольшой вес и размеры канала‣ PL (Power Line) – линия электропитания– Становится популярной в Building Automation и Home Automation системах– При модернизации использование витой пары не возможно или слишком дорого– Трудная среда передачи, характеристики определены комитетами по стандартизации:→ в США – Федеральная комиссия связи (FCC)→ в Европе – CENELEC– Частоты при передачи сигналов по PLКонтинент Полоса Способ кодированияСША 100 kHz ÷ 450 kHz Spread Spectrum Signalling – разнесение сигнала по спектруЕвропа, A Band 9 kHz ÷ 95 kHz Spread Spectrum SignallingЕвропа, C Band 125 kHz ÷ 140 kHz Narrow Band Signalling – узкополосный сигнал© 2005, DATAMICRO Co., Ltd. 37

Распределеннаяуправляющаясетевая платформа Среда передачи (2)Блок управленияСреда передачиБлок ввода/вывода‣ RF (Radio Frequency) – радиоканал‣ IR (InfraRed) – инфракрасный канал– RF и IR связь используется для уменьшения затрат на инсталляцию– Использование проводных каналов невозможно– Когда требуются временные решения‣ CX (Coaxial) – коаксиальный кабель– Автоматизация в Building Automation и Home Automation системах– Автоматизация аудио/видео развлечений:: Характеристики среды передачиСредапередачиРасстояниепередачи[типовое, в метрах]Скорость передачи[типовая, kBit/s]Стоимость узла[типовая, в £]TP 1 ÷ 1’000 0,3 ÷ 4’000 6 ÷ 20 низкаяRF 50 ÷ 10’000 1,2 ÷ 9’6 30 ÷ 60 низкаяPL 10 ÷ 5’000 0,05 ÷ 100 30 ÷ 80 низкаяCX 10 ÷ 10’000 300 ÷ 150’000 20 ÷ 35 средняяIR 0,5 ÷ 30 0,05 ÷ 20 15 ÷ 40 средняяFO 10 ÷ 10’000 1 ÷ 500'000 40 ÷ 120 высокаяСтоимость инсталляции[типовая]© 2005, DATAMICRO Co., Ltd. 38

Распределеннаяуправляющаясетевая платформаБлок управленияСреда передачиБлок ввода/выводаБлок ввода/вывода:: Группы модулей ввода/вывода‣ Цифровые датчики– Датчики статуса, сигнализируют четкое состояние: ON или OFF– Герконы, кнопки выхода и др.‣ Аналоговые датчики– Контроль непрерывного сигнала в пределах переменного диапазона– Стандартные сигналы 4-20 mA, 0 ÷ 10V– Датчик температуры, датчик влажности, световой датчик и др.‣ Датчики с импульсным входом– Подсчет импульсов или контроль местоположения‣ Преобразователи– Преобразователи механических сигналов в электрические и наоборот– Используются, если электронные датчики нецелесообразны (взрывоопасные приложения)– Пневматические, преобразователи потока и др.‣ Актуаторы (исполнительные механизмы)– Электрические или электропневматические– Стандартные сигналы 4-20 mA, 0 ÷ 10V– Клапаны, задвижка, электромагнитный замок или защелка, световое табло и др.‣ Считыватели– Блоки для считывания идентификационной информации (бесконтактные смарт карты,отпечаток палька, iButton и др.)© 2005, DATAMICRO Co., Ltd. 39

Системы управленияОбласть приложенияСтандартизацияРаспределеннаяуправляющая сетеваяплатформаОбзор и сравнительныйанализБазовыехарактеристикипопулярных системНовейшие технологииОбзор и сравнительный анализ:: FOUNDATION Fieldbus‣ H1‣ H2‣ H2 Bus Powered:: PROFIBUS‣ DP‣ FMS‣ PA:: CAN, DeviceNet, SDS, J1939:: WorldFIP:: LonWorks:: Modbus:: AS-Interface:: Ethernet:: ControlNET:: INTERBUS:: HART© 2005, DATAMICRO Co., Ltd. 40

Обзор исравнительныйанализОбласть приложенияСкорость передачиданныхМодель связиСреда передачиМетод доступа к средеМаксимальное числоузловДетерминированный?Встроеннаябезопасность?Питание по шине?ASIC поддержка?Стандарт физическогоуровняСоответствующиестандартыОбласть приложения:: FOUNDATION Fieldbus‣ H1 F P‣ H2 F P‣ H2 Bus PoweredP:: PROFIBUS‣ DP F P‣ FMS F P‣ PA P S:: CAN, DeviceNet, SDS, J1939 F P B H V M S:: WorldFIP F P B H S:: LonWorks F P B H:: Modbus F P B H:: AS-Interface F P B H:: Ethernet F P D:: ControlNET F P:: INTERBUS F P:: HART S© 2005, DATAMICRO Co., Ltd. 41

Обзор исравнительныйанализОбласть приложенияСкорость передачиданныхМодель связиСреда передачиМетод доступа к средеМаксимальное числоузловДетерминированный?Встроеннаябезопасность?Питание по шине?ASIC поддержка?Стандарт физическогоуровняСоответствующиестандартыСкорость передачи данных, Bit/s:: FOUNDATION Fieldbus‣ H1‣ H2‣ H2 Bus Powered:: PROFIBUS31,25 k1,0 M1,0 M‣ DP ≤ 1,5 M 12 M‣ FMS500 k‣ PA31,25 k:: CAN, DeviceNet, SDS, J1939 ≤ 1,0 M:: WorldFIP 31,25 k 1,0 M 2,5 M:: LonWorks 300 ÷ 1,25 M:: Modbus 1,2 k ÷ 115,2 k (типовая, не специфицир.):: AS-Interface 167 k:: Ethernet 10 M 100 M 1,0 G:: ControlNET 5 M:: INTERBUS 500 k:: HART 1,2 k© 2005, DATAMICRO Co., Ltd. 42

Обзор исравнительныйанализОбласть приложенияСкорость передачиданныхМодель связиСреда передачиМетод доступа к средеМаксимальное числоузловДетерминированный?Встроеннаябезопасность?Питание по шине?ASIC поддержка?Стандарт физическогоуровняСоответствующиестандартыМодель связи:: FOUNDATION Fieldbus‣ H1‣ H2‣ H2 Bus Powered:: PROFIBUSSingle/Multi MasterSingle/Multi MasterSingle/Multi Master‣ DP Master/Slave Peer to Peer‣ FMS Master/Slave Peer to Peer‣ PA Master/Slave Peer to Peer:: CAN, DeviceNet, SDS, J1939 Producer/Consumer Peer to Peer:: WorldFIP Producer/Consumer:: LonWorks Master/Slave Peer to Peer:: Modbus Master/Slave:: AS-Interface Master/Slave:: Ethernet Master/Slave Peer to Peer:: ControlNET Producer/Consumer:: INTERBUS Master/Slave:: HART Master/Slave© 2005, DATAMICRO Co., Ltd. 43

Обзор исравнительныйанализОбласть приложенияСкорость передачиданныхМодель связиСреда передачиМетод доступа к средеМаксимальное числоузловДетерминированный?Встроеннаябезопасность?Питание по шине?ASIC поддержка?Стандарт физическогоуровняСоответствующиестандартыСреда передачи:: FOUNDATION Fieldbus‣ H1 TP FO RF‣ H2 TP FO RF‣ H2 Bus Powered:: PROFIBUS‣ DP‣ FMS‣ PATP:: CAN, DeviceNet, SDS, J1939 TP FO PL RF IR:: WorldFIP TP FO RF:: LonWorks TP FO RF CX:: Modbus TP:: AS-Interface TP:: Ethernet CX:: ControlNET FO CX:: INTERBUS TP FO:: HART TPTPTPTP© 2005, DATAMICRO Co., Ltd. 44

Обзор исравнительныйанализОбласть приложенияСкорость передачиданныхМодель связиСреда передачиМетод доступа к средеМаксимальное числоузловДетерминированный?Встроеннаябезопасность?Питание по шине?ASIC поддержка?Стандарт физическогоуровняСоответствующиестандартыДетерминированный?Встроенная безопасность?:: FOUNDATION Fieldbus‣ H1 ✓ ✓‣ H2 ✓ ✓‣ H2 Bus Powered ✓ ✓:: PROFIBUS‣ DP – –‣ FMS – –‣ PA – ✓:: CAN, DeviceNet, SDS, J1939 – –:: WorldFIP ✓ ✓:: LonWorks – ✓:: Modbus – –:: AS-Interface ✓ –:: Ethernet – –:: ControlNET ✓ –:: INTERBUS ✓ –:: HART – ✓© 2005, DATAMICRO Co., Ltd. 47

Обзор исравнительныйанализОбласть приложенияСкорость передачиданныхМодель связиСреда передачиМетод доступа к средеМаксимальное числоузловДетерминированный?Встроеннаябезопасность?Питание по шине?ASIC поддержка?Стандарт физическогоуровняСоответствующиестандартыСтандарт физического уровня:: FOUNDATION Fieldbus‣ H1 IEC 1158‣ H2 IEC 1158‣ H2 Bus Powered IEC 1158:: PROFIBUS‣ DP‣ FMSRS-485RS-485‣ PA IEC/ISA/FF IEC 1158-2:: CAN, DeviceNet, SDS, J1939 Balanced differential voltage:: WorldFIP IEC/ISA/FF IEC 1158-2:: LonWorks Различные интерфейсы:: Modbus Не специфицировано:: AS-Interface Balanced differential voltage:: Ethernet Unbalanced voltage:: ControlNET Transformer isolation with differ. Manchester:: INTERBUS RS-485:: HART 4-20 mA (f.s.k. current modulation)© 2005, DATAMICRO Co., Ltd. 49

Обзор исравнительныйанализОбласть приложенияСкорость передачиданныхМодель связиСреда передачиМетод доступа к средеМаксимальное числоузловДетерминированный?Встроеннаябезопасность?Питание по шине?ASIC поддержка?Стандарт физическогоуровняСоответствующиестандартыСоответствующие стандарты:: FOUNDATION Fieldbus‣ H1‣ H2‣ H2 Bus Powered:: PROFIBUS‣ DP‣ FMS‣ PA:: CAN, DeviceNet, SDS, J1939:: WorldFIP:: LonWorks:: Modbus:: AS-Interface:: Ethernet:: ControlNET:: INTERBUS:: HARThttp://www.datamicro.ru/links© 2005, DATAMICRO Co., Ltd. 50

Системы управленияОбласть приложенияСтандартизацияРаспределеннаяуправляющая сетеваяплатформаОбзор и сравнительныйанализБазовыехарактеристикипопулярных системНовейшие технологииБазовые характеристики некоторыхпопулярных систем:: CAN:: LonWorks:: PROFIBUS:: EIB:: FOUNDATION Fieldbus:: EHS:: WorldFIP:: Modbus:: AS-Interface:: Ethernet:: ControlNET:: INTERBUS:: HART© 2005, DATAMICRO Co., Ltd. 51

Базовыехарактеристикипопулярных системCANLonWorksPROFIBUSEIBFOUNDATION FielbusCAN:: CAN протокол:: Способ адресации:: Формат кадра сообщения:: Характеристики витой пары:: Средства разработки:: ASIC поддержка CANEHSWorldFIPModbusAS-InterfaceINTERBUSHART© 2005, DATAMICRO Co., Ltd. 52

CANCAN протоколCAN протоколСпособ адресацииФормат кадрасообщенияХарактеристики витойпарыСредства разработкиASIC поддержка CAN© 2005, DATAMICRO Co., Ltd. 53

Системы управленияОбласть приложенияСтандартизацияРаспределеннаяуправляющая сетеваяплатформаНовейшие технологии:: FlexRay:: ETHERNET Powerlink (EPL):: PROFINET:: EtherCATОбзор и сравнительныйанализБазовыехарактеристикипопулярных системНовейшие технологии© 2005, DATAMICRO Co., Ltd. 54

Спасибо за внимание!