Sieć rozległa FIP

Seria: IN F O R M A T Y K A z. 24 N r kol. 1222 ZESZYTY N A U K O W E POLITECHNIKI SLASKIEJ________________________________ 1993

Andrzej K W IE C IE Ń

SIEĆ ROZLEGŁA FIP

S treszczen ie. W spółczesne system y przem ysłow e są bardzo rozległe. K onw en­

cjo n aln e sieci nie zapew niają popraw nej pracy system ów ze w zg lęd u na znaczną liczbę w ejść/w yjść, które m uszą obsługiw ać. W pracy o m ó w io n o zasad y i sposób działan ia rozległej sieci polow ej FTP, której pom ysłodaw cą je s t francuska firm a C E G E L E C .

THE FIP NETWORK

S u m m ary . T h e con tem p to rary industrial control sy sterm are very large. T here are a big n u m b er o f digital and analog inputs/outputs. C onw entional field bus net­

w ork h ave not enough technical possibilities bacause grow up a n u m b er o f w ireing cdnnection and PL C configuration and consequently is g o w up a p ro cess service tim e. C E G E L E C C om pany prefer a new solution o f this problem w h ich called Field Bus Network-FTP.

LE RESEAU ETENDU FTP

R ésu m é. Les sy stèm es contenm porains so n t très étendus. L es systèm es co n v en tio n els nout pas les possibilities techniques, asseg n o m brenese, p o u r asurrer la travaille correcte. D ans cet article est présenté le sy stèm e d e reseau éten d u FTP oréé par so c ié té française C E G E L E C .

1. Sieci typu FIP

S ieć FIP (F actory Instrum entation P ro to co l) je s t siecią terenow ą (field netw ork) realizu­

ją c ą n iższe w arstw y p rocesów stero w an ia i produkcji "dyskretnej". W ob szarze realizacji tych w arstw rozróżnia się różne rodzaje w y m ian inform acji:

- inform acje (dane) poch o d zące z pro cesu tw o rzo n e przez układy w ejścia (inicjatory),

- rozkazy tw o rzo n e p rz e z system i zw racan e do procesu, i realizow ane przez układy w yjścia (układy w ykonaw cze),

- inform acje w y m ien ian e przez ró żn y ch ab o n en tó w sieci i przez ró żn e system y stero­

w ania w k o n tek ście zasto so w an ej ap aratu ry takiej ja k : stero w n ik i przem ysłow e, klasyczne lub "inteligentne" in icjato ry i układ y w ykonaw cze,

- inform acje n iezb ę d n e d la m o n ito ro w an ia, stero w an ia i pom iarów .

P ierw sze trzy typy w y m ian d o ty czą ko m u n ik acji poziom ej w sieci, gdzie następuje po d ział inform acji od inicjatorów , do u k ład ó w w y k o n aw czy ch czy stero w n ik ó w przem ysło­

w ych. T e rodzaje w y m ian y w y stęp u ją ró w n ież w trak cie aktualizacji rozproszonej bazy danych. O stam i natom iast rodzaj w y m ian m o żn a o k reślić ja k o "pionow y" ruch danych, służący m onito ro w an iu i stero w an iu pro cesem . T e w ym iany są m niej k ry ty czn e z punktu w idzenia w ym ag ań czaso w y ch . S ieć F IP stara się jed n o cz eśn ie zasp o k o ić w ym agania w y­

nikające z "pionow ej" i "poziom ej" w y m ian y d an y ch z e szczeg ó ln y m uw zględnieniem periodycznej w ym iany obw aro w an ej czasem k ry ty czn y m i aperiodycznej kom unikacji z w yższym i w arstw am i o program ow ania.

2. Założenia architektury sieci FIP

W sy stem ach pro d u k cy jn y ch fun k cje ste ru ją c e są realizo w an e p rzez sy stem sterow ania w spom agany przez różne zd ecen tralizo w an e je d n o stk i urząd zeń p o łączonych z e sobą za p om ocą sy stem u ko m u n ik acy jn eg o (rys. 1.) U rząd zen ia ste ru ją c e je d n o c z e śn ie zapew niają realizację funkcji au to m aty czn eg o ste ro w a n ia i funkcji k o m u n ik acy jn y ch um ożliw iających w y m ian ę dan y ch z innym i urządzeniam i. In terfejs kom un ik acy jn y m a stru k tu rę w arstw ow ą z w budow anym i fu n k cjam i w każdej w arstw ie, u m o żliw iający m i w zajem n ą w y m ian ę da­

nych i św iadczenia usług.

Sieć rozległa FIP 1 7 1

Factory Instrumentation Protocol

S t a c j a o p e r a t o r s k a

< -

P L C

I

FIP

miernik przepływu

regulator zaworów

nadajnik' ciśnienia

analizator

skrzynka n a d aw cza

nadajnik sygnałów an a lo go w ych

nadajnik w e /w y

P L C

FIP

regulator prędkości obrotow ej

P L C

regulator

zaworów term inal

lokalny

czytnik k o d ó w b a ro w y c h

zdalne w e /w y

regulator

R ys. 1. S tru k tu ra sieci FIP Fig. 1. N etw o rk structure

2.1. Struktura systemu komunikacyjnego sieci FIP

System k o m u n ik acy jn y sieci FIP je s t podzielo n y na trzy w arstw y, k tó re o d p o w iad ają modelowi O S I IS O . S ą to n astęp u jące w arstw y:

- w arstw a fizy czn a (physical layer) (1),

A . Kwiecień

- w arstw a łączenia (dala link layer) (2), - w arstw a aplikacji (aplication layer) (7).

S trukturę sy stem u ko m u n ik acy jn eg o przedstaw ia rys. 2.

3. Zasada działania sieci FIP

S iecią FIP krążą w artości (zm ienne), które są elem en tam i listy w szy stk ich zm iennych system ow ych (od strony funkcji pro g ram ó w steru jąc y ch ) i p osiadają sw o je identyfikatory.

T ym i zm iennym i m ogą być:

- w artości zm ierzo n e p o ch o d zące z p ro cesu (tem peratura, ciśnienie, przepływ itp.), - rozkazy do urządzeń w y k o n aw czy ch (załącz, w yłącz, itp.),

- w artości przesyłane do stero w n ik ó w p rzem y sło w y ch będące ich w ew nętrznym i zm iennym i (słow a statu su , w ek to ry stanu itp.).

Jednostka danych lub inform acji będąca przed m io tem w y m ian y i em ito w an a do sieci przez sw ojego "producenta" je s t iden ty fik o w an a przez u nikalną (globalną) w systemie nazw ę. P ro d u cen t je s t inform ow any o żąd an iu em isji je d n o stk i danych, k tó re posiada, przez od b ió r kodu (liczb a id entyfikująca) o d p o w iad ają ceg o żądanym danym . W tedy producent transm ituje o d p o w iad ającą kodow i inform ację. T en m echanizm nosi m iano "adresowania źró d ła”. Jak ju ż w spom niano, w szy stk ie z m ie n n e w y stęp u jące w sy stem ie p osiadają swe identyfikatory, którym i są nazw y d efin io w an e g lo b aln ie i 16-bitow e liczby. Identyfikatory zm iennych są transm itow ane p erio d y czn ie lub/i ap erio d y czn ie przez arbitra magistrali.

L ista w szy stk ich zm iennych istn iejący ch w sy stem ie je s t u m ieszczo n a w pam ięci arbitra, a abonenci sieci p o siad ają lokalne listy zm ien n y ch , na których u m ieszcza się identyfikatory zm iennych, których ab o n en t je s t b ąd ź "pro d u cen tem ", b ąd ź "konsum entem ". L isty zmien­

nych w pam ięci arb itra i listy zm ien n y ch w p am ięci abo n en tó w sieci są tw orzone na etapie je j k o nfiguracji i aplikacji. T a k w ię c w sieci krążą tran sm ito w an e przez arbitra identyfika­

tory zm ien n y ch i w artości tych zm ien n y ch p ro d u k o w an e p rzez abonentów . T ransm isje w sieci są typu "broadcast", ta k w ię c trafia ją jed n o c z e śn ie do w szy stk ich ab o n en tó w i każdy z nich m oże z nich dow olnie korzystać.

G eneralnie transm isje są bez p o tw ierd zen ia, ch o ć istn ieją fun k cje serw iso w e żądające potw ierdzenia. "K onsum enci" czu w ają je d y n ie nad d etek c ją b łędów transm isji ram ek, bazu­

ją c na o b serw acji czasu transm isji p o d czas w y m ian y . W y b ó r tego sp o so b u detekcji jest spow odow any tym , że d an e w e w szy stk ich p rzy p ad k ach m ają ograniczony czas "życia"

(w ażności).

Sieć rozległa FTP 173

PREZENTACJE

Definiowanie w ). uniwersalnych I aktualizacja list obiektów Definiowanie I aktualizacja ta b lic

skaningowych

Zarzqdzanle rozpoczęciem i zakończeniem operacji Detekcja I korekcja b łę d ó w

ZARADZANIE W CZASIE RZECZYWISTYM

• Wybieranie z listy skaningowej w czasie rzeczywistym

' Potwierdzenie jakości transmisji, jakości sterowania i zmiennych

• Koherencja dystrybuowanych elem entów bazy danych

' Synchronizacja I synchronizowanie przez sensory zbierania d a n ych i synchronizowanie przez urzcjdzenla wykonawcze rozkazów

' Obsługa komunikatów

’ Wybór i transmisja komunikatu bez Interferencji ruchu na sieci w czasie rzeczywistym

WARSTWA ŁĄCZENIOWĄ

WARSTWA FIZYCZNA

Wymiana zmiennych przez użycie Identyfikatorów (około 24000 obiektów ) dla kilku Instalacji Cykliczna wym iana zmiennych

z użyciem ta b lic y konfiguracji Aktualizacja I transfer w

gw arantow anym czasie

żqdanie specjalnego dostępu dla wszystkich zmiennych procesorowych Zarzqdzanie transmisjq kom unikatów

zgodnie z normq IEEE802.2

Maksymalna długość 2000m 25Ó stacji

M edia : - skrócona para - łqcze optyczne Prędkość

- IM b/s

- 31.25 kb/s i 2.5 M b/s dla specjalnych zasosowań

R ys. 2. S ruktura sy stem u kom unik acy jn eg o Fig. 2. S tructure o f co m m unications system

U proszczony sp o só b w y m ian y inform acji je s t przedstaw iony na rys. 3. D zięki tak przy-

A . Kwiecień

CONSUMER CONSUMER

PR O D U C TIO N A N D C O N S U M P T IO N O F TH E D A T A A SS O C IA TE D W IT H TH E IDENTIFIER

Bui arbitrator

Jronsm issjon nf th e d n tn n& sndntad u iith th e kta n o fW b y th e producer o n d reception b y th e consum ers

PRODUCER CONSUMER CONSUMER

Rys. 3. R o zp ro szo n y sp o só b w y m ian y inform acji Fig. 3. D is trib u te d info rm atio n ex ch an g e

jętem u sposobow i w y m ian y d an y ch , sieć FTP zapew nia k ażd em u ab o n en to w i periodyczne

"odśw ieżanie" dan y ch u m ieszczo n y ch na liście arbitra sieci. W tÿm se n sie sie ć FTP kreuje dla rozproszonej bazy dan y ch sy stem je j aktualizacji w cza sie rzeczy w isty m . In n e w ym aga­

n ia prow adzą d o o k reślen ia d o stęp u d o sieci dla ak tu alizacji d an y ch w czasie "m artwym "

pom iędzy transm isjam i p erio d y czn y m i. M am y w tedy do czy n ie n ia z tran sm isją aperiody- czną. Poza tym istnieją je s z c z e w y m ian y typu "M E S S A G E ", o czy m b ęd zie m ow a w

C O M M U N IC A T IO N S Y S T E M

I--- Bus

! arbitrator

TR A N S M IS S IO N O F A N IDENTIFIER

Transm rssion o f on id e n tifie r (lo g ic a ddress o n 16 b is ) ond re co g n itio n o f th e producer o n d consum ers

Sieć rozległa FTP 1 7 5

Frames associated with an identifier

PHYSICAL LAYCR

DATA LINK LAYCR

■t--- » 1 --- ►

P R C R N U U CONTROL

PROTOCOL IDCNUHCR FRRMCCHCCI

SCQUCNCC P O S TR M B U

14 bits 8 bits ló bits 16 bits 7 bits

Frames associated with a data

PHYSICAL LAYCR

DATA LINK LAYCR

▼ APUCATION LAYCR

t t a s s u c o m a ttC T o a x

c o n s n o f i K N i f n i N a i o i T O f i N O B ic a t a o a c r a u n m B e n w e i

ftttK O K C I

s t o w « N f lN U U

14 bits 8 bits 8 TO 256 BYT6S 1 b bits 7 bits

R ys. 4. P o stać ram ki Fig. 4. F ram e

następnych rozdziałach. N a rys. 4 p rzed staw io n o ogó ln ą stru k tu rę ram ek transm itow anych w sieci.

4. Usługi własne

W sieci FTP w y stęp u ją d w a rodzaje u słu g o fero w an y ch przez w arstw ę łącz en ia i aplika­

cji. Są to:

- usługi perio d y czn e (aperiodyczne),

A . Kwiecień

- usługi transm isji k om unikatów (M E S S A G E ).

U sługi periodyczne (aperiodyczne) dla w arstw y aplikacji noszą m iano M P S , a dla war­

stw y łączen ia (link Iayer) A P. U sługi transm isji kom unikatów noszą o d p o w ied n io miano SU B -M S i M SG . Periodyczne i aperio d y czn e usługi zostały sp ecjaln ie d o b ran e do wymo­

gów d y strybucji danych w czasie rzeczyw istym . S łużą one do:

- periodycznej aktualizacji rozproszonej pom iędzy jed n o stk am i sp rzęto w y m i systemu sterow ania bazy danych,

- aktualizacji, na żądanie, elem entów bazy danych,

- obliczania statusu czasow ej spójności zw iązan eg o z bazą danych,

- obliczania statusu zgodności zw iązan eg o z zapam iętyw aniem dan y ch do bazy da­

nych.

U sługi typu M M S są zw ykle używ ane do o p eracji żądania obsługi bazy dan y ch czasu rzeczyw istego i je j konfiguracji.

5. Parametry i topologia sieci FIP

D ane w sieci FIP m ogą być transm itow ane z prędkościam i:

- 31.25 K b/s, - 1 M b/s - 2.5 M b/s.

M edium transm isyjnym je s t skręcona para przew odów w ekranie. Jed n o stk ą długości m edium je s t segm ent,którego dłu g o ść m ierzona w m etrach zależy od w ybranej prędkości transm isji. N a przykład przy w ybranej prędkości IM b /s seg m en t sieci m o że m ieć długość nie w ięk szą niż 500m . W sy stem ie m oże istnieć nie w ięcej niż 2 56 abonentów . N a jednym seg m en cie sieci m oże być do 3 2 tak zw anych punktów połączeniow ych. S ą to miejsca, g d zie podłącza się bezpośrednio pojedynczego abonenta lub do o śm iu abonentów , stosując tak zw aną "skrzynkę rozdzielającą", którą zw y k le je s t repeater, służący ró w n ież d o łączenia pojedynczych elem entów sieci. N a rys. 5 p rzed staw io n o topologię sieci FIP.

Pom iędzy dow olnym i dw om a abonentam i nie m ożna p odłączyć w ięcej niż 3 repeatećy.

M edium transm isyjnym m oże być rów nież łącze optyczne. S tacje abonenckie łączą się w tedy "w gw iazdę".

D użą niezaw o d n o ść transm isji zapew nia k odow anie typu M A N C H E S T E R 2 i ogranicz­

niki ram ek. N a tym poziom ie sie ć FIP posiada ró w n ież m ożliw ość redundacji: transmisja m oże odbyw ać s ię po d w óch m agistralach, ale nasłuch odbyw a się selek ty w n ie na jednej lub drugiej m agistrali za pom ocą lokalnej procedury.

Sieć rozległa FTP 177

TAP = S e lf-lo o p in g connector BJ = Junction box

BD= D istribution box S = Stotion

R = R epeoter

R ys. 5. T o p o lo g ia sieci FTP F ig . 5. T o p o lo g y o f FIP n etw o rk

6. Zalety sieci FIP

Jako sieć terenow a, sieć F IP zd ecy d o w an ie u łatw ia b u d o w ę rozp ro szo n y ch sy stem ó w autom atycznego sterow ania p rz e z zam ian ę k o n w en cjo n aln y ch p ołączeń ty p u "point-to-poi- nt" pom iędzy nadajnikam i sy g n a łu (i u rząd zen iam i w y k o n aw czy m i) a je d n o stk ą centralną sterow nika przez połączenia ty p u "m u lti-p o in t". Jest to ro zw iązan ie tańsze i pro stsze w realizacji przy zach o w an iu z a le t zw iązan y ch z takim i p a ram etram i,jak czas o d p o w ied zi czy bezpieczeństw o popraw nej tran sm isji. In n ą zale tą sieci FTP je s t o grom na łatw o ść w jej m odyfikacji, ro zb u d o w ie i o b słu d ze. S ieć FTP m o że zap ew n ić p rzy łączen ie łub p o łączen ie

A . Kwiecień

w sie ć elem entów w y k o n aw czy ch i zad ajn ik ó w system u bez w zględu na ich położenie na obiekcie. D zięk i tem u d aje to m o żliw o ść u życia urządzeń ja k o b ezpośrednich układów typu w ejście/w yjście bez p o średnictw a stero w n ik ó w p rzem ysłow ych i trak to w an ia ich jako u rządzeń zdalnych. S ystem taki zap ew n ia realizację, takich funkcji, jak:

- zdalna param etryzacja, - zdalne ustaw ianie w ejść/w yjść, - zdalne pom iary,

- zdalna d iag n o sty k a uszkodzeń. K o lejn ą zaletą sieci FIP je s t m o żliw o ść tworzenia system ów otw artych. S ieć ta je s t ro zw iązan iem dającym standardow y do stęp wszystkim producentom i w ew nętrznym użytkow nikom do rozległego sy stem u inform atycznego.

7. Model sieci FIP jako rozproszonej bazy danych

Z autom atyzow ane sy stem y u d o stęp n iają cały szereg funkcji. C zęść z n ich to funkcje konw encjonalne, takie jak:

- regulacja,

- stero w an ie sekw encyjne,

- stero w an ie położeniem o rg an ó w w ykonaw czych, robotów itd.

Inne są m niej k o nw encjonalne i słu żą p odnoszeniu efek ty w n o ści produkcji. D o nich m ożna zaliczyć:

- stero w an ie p rzygotow aniem produkcji, - pom oc w zarządzaniu,

- stero w an ie w różnych trybach pracy.

K ażda z w y m ienionych funkcji m a stru k tu rę hierarchiczną, a na p ew n y m poziom ie posiada o kreślone usługi niezależne od sp o so b u ,w ja k i zostały w b u d o w an e w sy stem . Spo­

só b łącz en ia funkcji m iędzy sobą ok reśla form ę w ym iany d an y ch , który m o że b y ć opisany za pom ocą przyjętego m odelu.

7.1. Model typu "KLIENT-SERVER"

W iększość w sp ó łczesn y ch sy stem ó w kom unikacyjnych, b ez w zględu na to czy są obję­

te standardem czy nie, faw oryzuje m eto d ę kom unikacji "punkt-punkt" p o m ięd zy rozproszo­

nym i aplikacjam i. Jeśli zatem w ięcej n iż d w ie aplikacje pow inny b y ć w in terak cji, to użyt­

k o w n ik sieci m usi zap ew n ić o rg an izację interaktyw nej w ym iany danych. D latego te ż model

Sieć rozległa FTP 179

"klient-serwer" je s t często u ży w an y do o p isu in terak cji p om iędzy dw o m a procesam i. P ro­

ces (klient) posiada inicjatyw ę w w y m ian ie d an y ch , a inny proces (serw er) w y k o n u je żąda­

nia klienta. O m aw iany m odel z o sta ł zaad ap to w an y w kom unikacji pionow ej żądanej przez te sam e funkcje pom iędzy różnym i w arstw am i o p ro g ram o w an ia. Ż ąd an ia o b słu g i m ogą pochodzić z w arstw w y ższy ch lub z w arstw niższych opro g ram o w an ia. M odel

"klient-serwer" staw ia na uprzyw ilejow anej po zy cji punkt w id zen ia akcji o pisanej przez funkcję, jed n o cz eśn ie zan ie d b u jąc fakt, że te sa m e d an e m o g ą być w y m ien ian e i używ ane przez różne funkcje. N a p rzykład w tym m o d elu funkcja M M S (tran sm isja ty p u M E S - SAGE) pozw ala dow olnej ap lik acji uzyskać do stęp do zm iennej, której w łaścicielem jest inna aplikacja. A le je ż e li d w ie ap lik acje u ży w ają tej usługi, żądając dostępu do tej sam ej zmiennej, to w tedy nie m a g w aran cji na to, ż e u zy sk an e w artości zm ien n y ch b ęd ą te sam e.

W ychodząc na p rzeciw żąd an io m d o ty czący m kom u n ik acji poziom ej, w podstaw ow ym okresie w ażności i sp ó jn o ści d an y ch , k o n ie c z n e je s t zd efin io w an ie innego m odelu. Tym modelem je s t P D C (P ro d u cer - D istrib u to r - C on su m er). P rzed opisan iem podstaw ow ych własności tego m o d elu w y m ag an e je s t o b jaśn ien ie pojęcia zg o d n o ści d an y ch , które to pojęcie m oże w y stęp o w ać w kilk u ró żn y ch aspektach.

7.2. Zgodność danych

Na rys. 6 p rzed staw io n o p rzy k ład ap lik acji zaw ierający w so b ie ele m e n t zgodności danych. D w a sen so ry P I i P 2 d o k o n u ją po m iaró w ciśn ien ia, a sensory D l i D 2 dokonują pomiarów p rzepływ u. K o n tro ler p erio d y czn ie żąd a w y n ik ó w w szy stk ich p o m iaró w . Stero­

wnik p rzem ysłow y i stacja o p erato rsk a ró w n ież u ży w ają tych danych. Isto tn e je s t, aby wszyscy odbiorcy w tym sam y m m o m en cie d y sp o n o w a li pom iaram i zeb ran y m i je d n o cz eś­

nie. Pojaw iają się zatem następ u jące term iny:

- Czasowa zgodność produkcji danych.

Je s t to w łasn o ść o zn aczająca, że d an e zo sta ły w y p ro d u k o w an e w tym sam y m prze­

d ziale czaso w y m . P o zw ala to zap ew n ić p ró b k o w a n ie w szy stk ich d an y ch w ty m sam ym m om encie. M o że się to o k a z a ć k o n iecz n e d la zap ew n ien ia spójności alg o ry tm u w ap li­

kacji u żytkow nika.

- Czasowa spójność transm isji

T a w łasn o ść oznacza, ż e d a n e d o cierają d o "konsum enta" w tym sam y m p rzedziale czasow ym i w ten sp o só b są d o stęp n e k ied y alg o ry tm aplikacyjny z o staje uruchom iony.

A . Kwiecień

- Przestrzenna zgodność wartości zmiennych.

T a w łasn o ść natom iast dotyczy u ży cia list identycznych zm ien n y ch przez różne aplikacje pracu jące na różnych stacjach, sy g n alizu jąc użytk o w n ik o m tej sam ej listy zm iennych, że kopie w artości zm iennych są identyczne d la w szystkich.

Programmable

controller Controler Operator station

* --- r"

k

r r '

i Ł---►

PI Dl P2 D2

R ys. 6. M odel PD C Fig. 6. P D C m odel

8. Model typu PRODUCENT-DYSTRYBUTOR- -KONSUMENT (PDC)

"Producent" jed n o stk i dan y ch je st o dpow iedzialny na poziom ie a p lik a c ji z a "produko­

w anie" danych, któ re m ogą być periodyczne lub nie, sy n ch ro n iczn e lub nie, z innym i apli­

kacjam i lub "produkcjam i" danych. "D ystrybutor" danych je s t nato m iast od p o w ied zialn y za transfer d anych od "Producenta" do w szy stk ich "K onsum entów ".

"K onsum enci" d an y ch są aplikacjam i, któ re będąc w y konyw ane żąd ają d an y ch . Użycie danych m oże b y ć periodyczne lub nie, sy n ch ro n iczn e lub nie z innym i ap lik acjam i. D ystry­

bucja danych p ow inna g w aran to w ać czasow ą charakterystykę "produkcji" d an y ch , uw zglę­

d niającą "konsum pcję" i dostęp n o ść dan y ch zg o d n ie z w ym ag an iam i "konsum entów ".

D ystrybucja po w in n a być ró w n ież periodyczna lub nie, sy n ch ro n iczn a lub nie z innymi aplikacjam i. M odel P D C staw ia na pozycji uprzyw ilejow anej "k o n su m en tó w ". P oza tym funkcja dystry b u cji, staty czn ie skon fig u ro w an a i zaprojektow ana, m oże b y ć m odyfikow ana, satysfakcjonując czasow e w ym agania konsum entów . M odel P D C d o sk o n ale n ad aje się do zaadaptow ania w pozio m y ch w y m ian ach i ró w n ież m oże być zadow alający przy określaniu niektórych w ym ian pionow ych.

Sieć rozległa FIP 181

9. Struktura zmiennych

Zm ienna je s t o k reślo n a ja k o ab strak cy jn a je d n o stk a inform acji o zn aczo n a przez unika­

lną nazw ę w sy stem ie stero w an ia. Jej atrybuty są zw iązan e z nazw ą i są następujące (rys.

7):

- A trybuty podstaw ow e, takie ja k n u m er identyfikacyjny lub typ zm iennej. Typy zm iennych m ogą być p ro ste (liczby całk o w ite, zm iennoprzecinkow e, zm ienne bo- olow skie) lub zło żo n e (tablice, stru k tu ry ).

- A trybuty sta ty c z n e d efin io w an e p o d czas k onfiguracji i o k reślające lokalne m ech a­

nizm y zw iązane ze zm ien n ą (sy n ch ro n izacja, "producent","konsum ent").

- A trybuty d y n am iczn e ch rak tery zu jące d ane przez sam e sieb ie ("updating" lub "pro- m ptress").

A dresacja zm ien n y ch je s t realizow ana przez sy m b o liczn ą n azw ę globalną, co pozw ala na unikalną id en ty fik ację lokalnej kopii zm ien n ej. A d resacja je s t g lobalna d la całeg o system u w ew nątrz o b szaru robo czeg o m ech an izm u d y stry b u cy jn eg o . B aza d an y ch je s t rozproszona na w szystkie stacje (u rząd zen ia) p o d łącz o n e d o sieci i ta sam a n azw a ozn acza lokalny obraz o d p o w iad ają cy je j zm iennej w całym sy stem ie.

10. Krótki opis techniczny usług oferowanych przez sieć FIP

10.1. W arstwa fizyczna

D ane tran sm ito w an e po sieci FIP są k o d o w an e za p om ocą kodu M an ch ester II (split - phase - code). K od ten d aje korzyści w y n ik a ją c e z rów noległego przesyłania zegara, ja k i danych. Rys. 8 przedstaw ia zależn o ści cza so w e d la początku i końca ram ki. W arstw a fizy ­ czna rów nież d efin iu je m echanizm red u n d an cy jn eg o kanału transm isyjnego.

10.2. W arstwa łączenia

Jak ju ż w sp o m n ian o , w szy stk ie w y m ian y d a n y c h na m agistrali są zarząd zan e przez arbitra m agistrali. A rb iter m agistrali realizu je trzy p o d staw o w e funkcje:

- periodyczny o d c z y t zm iennych, - odczyt zm ien n y ch na żądanie,

A . Kwiecień

1 1 1 1 1 1 1 1 V + V- V + 1 K € 8 +

P 8 6 H M 8 L 6 B 6 G I N I N G O f

o n m

€ 8 + V - V + V - 0 V + 6 8 -

6 N D O F F R F IM 6

R ys. 8. Sposób kodow ania ram ki Fig. 8. F ram e c o d in g

- transm isja na żąd an ie kom unikatów .

Poza tym a rb ite r m agistrali m o że zap ew n ić realizację fu n k cji sy n ch ro n izacji gw arantu­

ją c ą stały czas trw ania cy k lu "odpytyw ania" "producentów " zm ien n y ch . K a ż d y typ "odpy­

tyw ania" abonentów w y stęp u je odpow iednio, w p eriodycznym o k n ie - aperiodycznym oknie d la zm ien n y ch i w aperiodycznym o k n ie d la transm isji k o m u n ik ató w i sy n ch ro n iza­

cji. C ztery o k n a o k reślają elem en tarn y cykl "o dpytyw ania". P o stać c y k lu elem entarnego oraz czas je g o trw an ia są d efin io w an e przez klienta podczas ko n fig u racji (rys. 9 ). Elem en­

tarna transakcja ok reśla k o lejność ram ek dotyczących tej sam ej usługi. Z a rz ą d z a n ie ele­

m entarną transakcją polega na stero w an iu k olejnością ram ek w c h o d zący ch w sk ła d transa­

kcji. F o rm at ram ek zw iązanych z różnym i typam i transakcji p rzed staw ia rys. 10.

N ależy przean alizo w ać m echanizm w ym iany w trzech n astęp u jący ch p rzy p ad k ach : - transakcja periodyczna zm iennej,

Sieć rozległa FTP 183

T-5 T-4 T-3 T-2 T-l T-0

I 1 1 1 t

1 Iniciolization

o f the

1 Configurotion

or the

i Setting into setvice o f the

communicotion communicotion communicotion

Identificotion ChecWng of the o f the equipment consistencg of the

presents on the configurotion netuiork

R ys. 9. C ykl pracy sieci Fig. 9. T im e cycle

- transakcja na żądanie i aperio d y czn a zm iennej, - transakcja na żądanie kom u n ik atu z potw ierdzeniem .

TRANSAKCJA PERIODYCZNA ZMIENNEJ

Po transm isji ram ki identyfikującej zm ienną (ID _D A T ) (rys. 11), arb iter m agistrali ustawia czas o czek iw an ia (tim e-out) i czek a na ram k ę odpow iedzi zm iennej:

- jeże li o d eb ran a ram ka je s t ram ką o d p o w ied zi R P _D A T , to arb iter przechodzi do

"przeglądania" następnych identyfikatorów ,

- jeże li o d e b ra n a ram ka je s t o d p o w ied zią sk o m p leto w an ą przez tryb żądania transferu ap eriodycznego (R P _D A T _R Q i), a rb ite r zap am iętu je w yprodukow any identyfikator w k o lejce żądań ap erio d y czn y ch z prio ry tetem żądania i przechodzi do obsługi następnych identyfikatorów .

Indeks "i" oznacza:

- i = 1 żąd an ie pilne, - i = 2 żąd an ie standardow e,

- jeżeli o d eb ran a ram ka je s t o d p o w ied zią sk o m p leto w an ą przez żądanie transm isji k o m unikatu (R P _D A T _M S G ), to arb iter zap am iętu je identyfikator tego żądania w kolejce k om unikatów i przechodzi do o b sługi następnych identyfikatorów .

- jeże li o d eb ran a ram ka od p o w ied zi zo stała skom pletow ana przez żądanie transferu aperiodycznego (p rzez żądanie transferu k o m unikatu - R P _D A T _R Q i_M S G ), to arbiter zapam iętuje id en ty fik ato r teg o żądania w o d pow iednim zbiorze i przechodzi do ob słu g i kolejnego identyfikatora.

Monogment o f me reduoncg if ong

A . Kwiecień

FRAMES FROM THE BUS ARBITRATOR

M C M U U H M

CO M IMHTVKAi r a POSTAMfllC

FRAMES EM

— ►ID_DAT : tronsoction o f variables

—►ID_MSG : transaction o f messages

—►ID_RQl/2 : transaction of requests

ITTED BY A PRODUCER

flU A M ftU TIH

CO M ftUFFca coiTTsm K S m k t r m b u

— ► RP_DRT : transaction o f variables

— ► RP_MSG_flCK : transaction of acknowledged messages

— ► RP_MSG_NOflCK : transaction of non-acknowledged messages

— ► RP_RQ I /2 : transaction of requests

R ys. 10. R odzaje usług kodow anych w ram ce żądań Fig. 10. T h e serv ices coded in req u est fram e

ŻĄDANIE I APERIODYCZNA TRANSAKCJA ZMIENNEJ

K iedy zak o ń czo n e je s t p rzeg ląd an ie id entyfikatorów żąd ań p e rio d y czn y ch (rys. 12), arbiter przechodzi do ob słu g i listy żądań. T ran sm itu je pierw szą ram k ę id e n ty fik ato ra żądań (ID _R Q 1) z k olejki pilnych transferów ap eriodycznych. Jeżeli ko lejk a je s t p u sta, arbiter przechodzi do ob słu g i kolejki żąd ań stan d ard o w y ch (nie piln y ch ). Jeżeli k o le jk a ta nie jest pusta, arb iter u staw ia czas o czek iw an ia (tim e-o u t) i o czekuje na ram k ę o d p o w ie d z i żądania.

P roducent, który ro zp o zn ał sw ój id en ty fik ato r transm ituje w ram ce R PQ i zm ien n e, których dotyczyło żąd an ie.A rb iter zapam iętuje szereg id entyfikatorów żąd ań (ram k i ty p u RP_RQi) w kolejce i przechodzi n a ty ch m iast d o ob słu g i pierw szego iden ty fik ato ra ż ąd an ej zmiennej.

Sieć rozległa FIP 185 TfîANSAKCA P6RIODVCZNA

Bus arbrtrator

IO_DflT Seiid ID#14 1

J

t__ ^k

¹ i

T=PefilCOICITY

^Tronsmit ID# 14

RP_DfiT “ J

\ Doto#14 1--- 1---»

R ys. 11. T ran sak cja periodyczna Fig. 11. P erio d ic transaction

ŻĄDANIE TRANSMISJI KOMUNIKATÓW

K iedy zakończony je s t p roces ob słu g i tran sm isji aperiodycznej, arb iter m agistrali p rze­

chodzi do interpretacji listy żąd ań tran sm isji k o m u n ik ató w (rys. 13). T ran sm itu je pierw szy identyfikator "kom unikatu" (ID _ M S G ) z kolejki ko m u n ik ató w i jeśli nie je s t ona pusta, ustawia czas oczekiw ania i o czek u je na ram kę typu "End o f transaction". A bonent, który rozpoznał sw ój identyfikator, tran sm itu je k o m u n ik at z listy w form ie ram ki R P _M S G _- ACK. Jeżeli uzyska ram kę p o tw ierd zen ia R P _ A C K lub je śli nie uzyska żadnej odpow iedzi po próbie kilku retransm isji w y sy ła d o arb itra m agistrali ram k ę ty p u R P_FIN . Jeżeli arb iter m agistrali o d b ierze ram kę typu P R -F IN , przech o d zi do o b słu g i następnego identyfikatora.

Jeżeli natom iast o debrana przez arb itra m agistrali ram k a je s t typu R P _ M S G _ A C K lub RP_ACK, to arb iter ustaw ia d o d atk o w y czas o czek iw an ia (tim e-o u t) i o czek u je na końce

t__ i

A . Kwiecień

I g»-«» T

m * à *m i H 1 k RP_RQ I I

-J P«a»1:2>tt

\ J

X

T

Trm w rtl 10*12 —

i 1 i

R ys. 12. Ż ądania i ap erio d y czn e tran sak cje zm iennych Fig. 12. A p erio d ic transaction o f variables

transakcji, czyli ram k ę typu RP_FEN. W o m aw ian y c h trzech ty p ach transm isji m o g ą zaist­

nieć in n e p rzy p ad k i:

- je ż e li o d eb ran a p rzez arb itra ram k a je s t innego typu n iż o m aw ian e, to a rb ite r w yk­

ryw a błąd i p rzech o d zi d o ob słu g i k o lejn eg o identyfikatora,

- je ż e li o d eb ran a ram ka zaw iera n iep o p raw n e p o le k o n tro ln e (FC S), arb iter w ykryw a błąd tran sm isji i przechodzi d o ob słu g i k olejnego identyfikatora,

- je ż e li c zas o czek iw an ia (tim e-o u t) z o sta ł p rzekroczony, arb iter sy g n a liz u je "zagubie­

nie" ram k i o d p o w ied zi i p rzech o d zi d o ob słu g i k olejnego identyfikatora.

K o lejk i m ają w b u d o w an y m ech an izm u n iem o żliw iający d u p lik o w an ie żądań, po któ­

rych realizacji n ie o trzy m an o odpow iedzi (p o tw ierd zen ia). P o d czas trw ania "o k n a” syn­

chronizacji, arb iter ok reśla p ętlę o czek iw an ia aż do k o ń ca trw an ia e lem en tarn eg o cyklu.

Pętla ta je s t realizo w an a p rzez po w tarzan ie transm isji id en ty fik ato ra zm ien n ej, który nie dotyczy ani p ro d u cen ta ani k o nsum enta, i dzięk i tem u nie b ęd zie tran sm ito w an a żadna ram ka odpow iedzi.

Sieć rozległa FIP 187

R ys. 13. Ż ądania i transm isje k o m u n ik ató w z potw ierdzeniem Fig. 13. T ran sm itio n s o f m essages w ith acknow lem ent

10.3. Warstwa aplikacji

R óżne usługi w arstw y aplikacji u m o żliw iają d o stęp d o zm iennych i sy nchronizację aplikacji użytkow nika operujących na kilku ab o n en tach sieci.

LOKALNY ZAPIS I ODCZYT

Funkcje autom atycznego stero w an ia m ają w sw y ch interfejsach k o m u nikacyjnych lokal­

ny obraz produkow anych lub k o n su m o w an y ch zm ien n y ch . S ą do dyspozycji d w ie m etody w ym iany inform acji pom iędzy abonentam i w sieci. W ielk o ść skonsum ow ana, d la odczytu lokalnego, pochodzi z ostatniego procesu ak tu alizacji bazy realizow anego p rzez m echanizm dystrybucji zarządzany przez d y stry b u to ra. W arto ść w y p ro d u k o w an a, dla lokalnego zapisu, zostaje um ieszczona, jak o d ep o zy t sy stem u k o m u n ik acy jn eg o dystrybutora, d o rozpow sze­

chniania d la w szystkich konsum entów . L okalny o d czy t i zap is są m echanizm am i niezależ­

nymi od aktyw ności sieci. L okalny o d czy t d a je m o żliw o ść d o stęp u do listy zm iennych, które m ogą nadchodzić od różnych abo n en tó w sieci.

ZDALNY ZAPIS I ODCZYT

U sługi zdalnego o d czy tu p o zw alają konsum entow i uzyskać aktualną w arto ść zmiennej p rodukow aną przez ab o n en ta sieci. W artość zm iennej odbierana je s t p rzez interfejs komu­

n ikacyjny, który je s t je d n o c z e śn ie źró d łem żądania i obsługi. N a rys. 14 przedstaw iono ten m echanizm , który m ożna o p isać w 5 krokach:

1 - żądanie zdalnego odczytu,

2 - aktualizacja przez arb itra w y tran sm ilo w an e g o przez d y stry b u to ra żądania, 3 - "p o szu k iw an ie” producenta,

4 - ro zesłanie w arto ści zm iennej przez producenta,

R ys. 14. Z dalny odczyt i zapis F ig. 14. R em o te w rite and read

5 - potw ierd zen ie zd aln e g o o d czy tu .

USŁUGI AKTUALIZACJI

Ż ądania lokalnego zap isu b ąd ź o d czy tu są o dpow iednio in icjalizo w an e p rzez producen­

tów i ko n su m en tó w zm ien n y ch . U słu g i aktualizacji są osiągalne, u d o stęp n io n e abonentow i, który stanow i tak zw an ą "trzecią o so b ę"."T rzecia osoba" m o że b y ć pro d u cen tem lub użyt­

k ow nikiem zm ien n ej, a le m o że nie b y ć zainteresow ana ani k o n su m p cją ani produkcją zm iennej.

Sieć rozległa FIP 189

USŁUGI SYGNALIZACJI

O pcjonalne usługi sygnalizacji inform ują k onsum entów o o d b io rze zm ien n y ch , które znajdują się w ich interfejsach k o m u nikacyjnych lub inform ują pro d u cen tó w o tym , że należy w ytransm itow ać w yp ro d u k o w an ą zm ienną. U sługa ta m oże być u ży ta d o sp raw d ze­

nia popraw ności w y konyw ania o peracji p rzez interfejs kom u n ik acy jn y , synchronizacji aplikacji użytkow nika zw iązanej z odb io rem lub n adaw aniem zm iennych.

USŁUGI OKREŚLANIA JAKOŚCI ODBIERANYCH I NADAWANYCH ZMIEN­

NYCH

Usługi te inform ują konsum enta o w ażności w y p ro d u k o w an y ch i sk o n su m o w an y ch danych. D ołączone są rów nież inform acje, których p roducentem je s t w arstw a aplikacji.

Generalnie rzecz biorąc usługa ta dotyczy:

- w ażności produkcji d an y ch (u p d ate statu ses), - w ażności transm isji dan y ch (pro m p tu ess statuses).

Statusy w ażności produkcji (rys. 15.) są w ynikiem pracy w arstw y

Rys. 15. P o tw ierd zen ie "produkcji"- statu sy aktualizacji P R O D U C E N T - K O N S U M E N T Fig. 15. A ck n o w lem en t o f p roduction v alu e

aplikacji i m ają następujące znaczenie:

- stan statusu "P R A W D A ": in fo rm u je k o nsum enta d an y ch , że ich p ro d u cen t był "ob­

serw ow any" przez cały cykl p ro d u k cji d anych. Innym i słow y stan ten d a je p ew ność konsum entow i, że d a n e są aktualne,

A . Kwiecień

- stan statu su "F A Ł S Z ": oznacza, że d a n e nie zostały w yp ro d u k o w an e w ostatnim cy k lu (na sk u te k nieobecności producenta).

S tatusy w ażn o ści transm isji (rys. 16.) są ró w n ież w ynikiem pracy w arstw y aplikacji i infor-

R ys. 16. P o tw ierd zen ie ja k o śc i transm isji K O N S U M E N T -K O N S U M E N T Fig. 16. A ck n o w lem en t o f transm ition quality

m ują k o n su m en ta zm ien n y ch , ż e o d p o w ied n ie zm ienne były w y tran sm ito w an e przez sieć w cześniej niż c zas transm isji.

11. Wnioski końcowe

S ieć F IP s ta ła s ię ju ż stan d ard em . W ielu producentów ap aratu ry kontrolno-pom iarow ej o raz urząd zeń w y k o n aw czy ch i zad ajn ik ó w binarnych, uw zględniło w sw ej o fercie w ym a­

gania sieci FEP i m ożna ju ż n abyć na p rzykład pom py w y p o sażo n e w in terfejs FULLFIP zapew niający b ezp o śred n ią przy łączaln o ść urządzenia do m agistrali siecio w ej. Filozofia sieci F IP d aje o g ro m n e m ożliw ości w au to m aty zacji szeregu technologii - oszczędzając nakłady fin an so w e zaró w n o na izo lację sam ej sieci (oszczęd n o ść ch o ciażb y kabli), ja k na k o n fig u rację sp rz ę to w ą (o szczęd n o ść w liczb ie jed n o stek cen traln y ch abonentów ). W ydaje się k o n iecz n e ro zp o częcie b ad ań nad p raktycznym w y k o rzy stan iem i zakresem stosow al­

ności sieci F IP w polskim przem yśle.

Sieć rozległa FIP 1 9 1

LITERATURA

[1] A lspa ZS. C om m unications netw orks. C G E E A L S H T O M , D o k u m en tac ja tech n icz­

na. C PS, M assy 1991.

[2] "C om puter N etw orks". A .S. T en en b au m , P ren tice H all 1981.

R ecen zen t: D r inż. A n d rzej W ilk

Wpłynęło do R edakcji: 7 w rześnia 1993 r.

Abstract

The conteptovary industrie co n tro l sy stem s are very large. T h ere are a big n u m b er o f dogital and analog im puts/outupts. C o nventional field bus n etw o rk has not e n o u g h techni­

cal possibilities because o paw up a nu ber o f w irein g c o n ectio n and AP c o n fig u ratio n , and consequenthy is grow up a process serv icein g fine. G E G E L E C C om pany p refer a new solution o f this problem w hich called F ield B U S N etw ork-F IP .

D irect con ectio n o f decen tralised item c o f e q u ip m w n t by c o m m u n icatio n system is special feature o f this netw ork. T h is p ap er d escrib es a g en eral p rin cip les if F IP netw ork.