Сетевые технологии автоматизации
Технология LonWorks
LonWorks (LON – Local Operating Network) – сетевая технология автоматизации, разработанная для применения на транспорте, в промышленности и строительстве. Технология создана американской компанией Echelon, основанной в 1986 году Майком Маркуллой (Mike Markulla), бывшим сотрудником корпораций Intel и Apple. Штаб-квартира компании находится в Сан-Хосе (шт. Калифорния).
Основы технологии LonWorks были заложены в начале 90-х
годов прошлого века, когда инженерами компании Echelon были разработаны специализированный микропроцессор Neuron Chip (впервые был представлен в декабре 1990 года), коммуникационный протокол LonTalk (ANSI/EIA 709-1) и первое инструментальное программное обеспечение для разработки и проектирования. С тех пор технология непрерывно развивается и приобрела статус международного и национального стандарта ряда стран. На международный рынок технологию LonWorks продвигает Международная ассоциация LonMark, объединяющая более 300 компаний по всему миру. C 2007 года действует российское национальное отделение Ассоциации.
Топология сетей LonWorks: шина, кольцо, звезда, свободная. Поддерживаемые среды передачи: витая пара, оптический кабель, коаксиальный кабель, радиоканал, силовая электросеть, IP-сети, ИК-канал. Наиболее распространенная среда передачи – витая пара. Физическую структуру сетей LonWorks определяют канал (физическая среда передачи данных) и сегмент (участок физической среды передачи данных или канала, соединенный с портом маршрутизатора или репитера) сети.
Базовое понятие сети LonWorks – сетевая переменная. Механизм сетевых переменных служит основой для информационного обмена в сетях LonWorks. Любое изменение значения выходной сетевой переменной узла-сенсора автоматически передается всем узлам сети, с входными сетевыми переменными которых связана данная переменная.
Сейчас стандарт LonWorks описывает более 180 типов стандартных переменных, SNVT (Standard Network Variable Types) и более 160 стандартных типов конфигурационных параметров, SCPT (Standard Configuration Parameter Types).
Логическая адресация узлов LonWorks реализуется через понятия домена, номера подсети и номера узла. Один домен может включать до 255 подсетей, а каждая подсеть – до 127 устройств. Таким образом, в одном домене может быть до 32385 узлов. Число доменов в сети LonWorks практически не ограничено (до 248). Узлы, принадлежащие различным доменам, не могут связываться по сети напрямую. В этом случае связь осуществляется через специальные сетевые устройства – мосты (bridges) и маршрутизаторы (routers).
Один из важнейших структурных компонентов менеджмента сетей LonWorks – сетевая операционная система LNS (LonWorks Network Services), представляющая собой клиент-серверную платформу для проектирования, администрирования и мониторинга сетей LonWorks и поставляемая компанией Echelon.
Коммерческая особенность технологии LonWorks – необходимость отчислять компании Echelon плату в размере 5 долл. за загрузку и ввод в эксплуатацию каждого сетевого узла (так называемые кредиты).
На российском рынке технология LonWorks представлена продукцией таких производителей, как Beckhoff, Echelon, Elka, Loytec, S+S Regeltechnik, Svea, Thermokon, TAC, Wago и ряда других. Наиболее распространенное инструментальное средство LonWorks – программный пакет LonMaker, поставляемый компанией Echelon и созданный на основе программы визуального проектирования Visio компании Microsoft.
Технология KNX/EIB
Европейский стандарт KNX/EIB получил широкое распространение в начале 1990-х годов, объединив три стандарта – французский Batibus, голландский EHS (European Home Systems) и немецкий EIB (European Installation Bus). Тогда же ведущие европейские электротехнические компании организовали ассоциацию EIBA, переименованную в 2006 году в международную ассоциацию Konnex. С 2003 года действует российское национальное отделение Konnex.
Основы технологии KNX/EIB заложила немецкая компания Siemens, разработавшая и начавшая производство необходимых аппаратных средств. В конце 2003 года стандарт KNX/EIB был утвержден как европейский стандарт электронных систем для дома и здания EN50090, а в 2006 году – как международный стандарт автоматизации зданий ISO/IEC 14543-3.
Топология сетей KNX/EIB: шина, свободная. Среды передачи: витая пара, радиоканал, силовая электросеть, инфракрасный канал.
Физическую структуру сетей KNX/EIB определяют следующие понятия: линия (физическая среда передачи данных), сегмент (часть линии со своим блоком питания) и область (совокупность линий). В каждой области может быть объединено до 15 линий.
Объединение линий в область производится с помощью главной ее линии. Одна линия может обслуживать от 64 (один сегмент) до 256 (четыре сегмента) узлов. В сеть KNX/EIB может быть включено до 15 областей, объединенных магистральной линией. Все линейные соединения выполняются с помощью шинных соединителей (line coupler). Таким образом, теоретическая емкость одной сети KNX/EIB примерно 57600 узлов.
Скорость передачи данных для витой пары свободной топологии составляет 9,6 Кбит/с. Технология KNX/EIB использует метод множественного доступа к шине с контролем несущей CSMA/CA. При этом максимальное расстояние между узлами одной линии не должно превышать 700 м, максимальное расстояние между узлом сети и блоком питания – 350 м, а общая длина кабеля одной линии – 1000 м.
Традиционно в KNX/EIB все узлы делят на датчики (sensors) и исполнительные механизмы (actuators). Сенсоры посылают сообщения (телеграммы), а актуаторы их принимают и соответствующим образом на них реагируют.
Адресация узлов KNX/EIB реализуется на двух уровнях – индивидуальном и групповом. Двухбайтный индивидуальный адрес узла состоит из трех полей: область (4 бита) – линия (4 бита) – устройство (8 бит). В основном индивидуальный адрес служит для конфигурирования и диагностики узлов. Двухбайтный групповой адрес может иметь двухкомпонентую структуру: группа (4 бита) – подгруппа (11 бит) или трехкомпонентную структуру: группа (4 бита) – промежуточная группа (3 бита) – подгруппа (8 бит).
Групповая адресация производится независимо от физического расположения узлов в сети, отражая функциональную нагрузку адресуемого объекта. Например, групповой адрес 4.97 может означать "включение света на кухне". Групповая адресация – основа логической организации сети KNX/EIB, в соответствии с которой объекты узлов коммутируют друг с другом посредством телеграмм.
Стандарт KNX/EIB описывает стандартные типы данных – однобитовые (1.00x), двухбитовые (2.00x) и т.д. – для всех типовых задач: включения/выключения, диммирования, передачи физических величин и т.д. Полный список стандартизованных данных можно найти на сайте ассоциации Konnex.
На российском рынке технология KNX/EIB представлена продукцией таких известных компаний, как ABB/Busch-Jaeger, Berker, Gira, Jung, Merten, Siemens, Lingg&Janke и некоторых других.
Сегодня основным инструментальным ПО KNX/EIB является пакет ETS3 (EIB Tools Software), эксклюзивно распространяемый ассоциацией Konnex.
Технология Modbus
Modbus — коммуникационный протокол, основанный на клиент-серверной архитектуре (запрос-ответ). Разработан фирмой Modicon для использования в контроллерах с программируемой логикой (PLC).
Стал стандартом де-факто в промышленности и широко применяется для организации связи промышленного электронного оборудования. Использует для передачи данных последовательные линии связи RS-485, RS-422, RS-232, а также сети TCP/IP. В настоящее время поддерживается некоммерческой организацией Modbus-IDA.
Передача в сети MODBUS
Стандартные MODBUS-порты в контроллерах MODICON используют RS-232C совместимый последовательный интерфейс . Контроллеры могут быть соединены напрямую или через модем.
Контроллеры соединяются используя технологию главный-подчиненный, при которой только одно устройство (главный) может инициировать передачу (сделать запрос). Другие устройства (подчиненные) передают запрашиваемые главным устройством данные, или производят запрашиваемые действия. Типичное главное устройство включает в себя ведущий (HOST) процессор и панели программирования. Типичное подчинненое устройство - программируемый контроллер. Главный может адресоваться к индивидуальному подчиненному или может инициировать широкую передачу сообщения на все подчиненные устройства. Подчиненное устройство возвращает сообщение в ответ на запрос, адресуемый именно ему. Ответы не возвращаются при широковещательном запросе от главного.
Два режима последовательной передачи
В сетях MODBUS может быть использован один из двух способов передачи: ASCII или RTU. Пользователь выбирает необходимый режим вместе с другими параметрами (скорость передачи, режим паритета и т.д.) во время конфигурации каждого контроллера.
Протокол Modbus описывает единый простой формат передачи данных PDU, который в свою очередь входит в полный пакет ADU. Формат ADU меняется в зависимости от типа линии связи.
Существуют 3 режима протокола:
Modbus RTU- для передачи по последовательным линиям связи (в основном RS-485, реже RS-422/RS-232)
Modbus ASCII- для передачи по последовательным линиям связи (в основном RS-485, реже RS-422/RS-232)
Modbus TCP - для передачи данных по сетям TCP/IP
Протокол Modbus RTU предполагает одно ведущее (запрашивающее) устройство в линии (master), которое может передавать команды одному или нескольким ведомым устройствам (slave), обращаясь к ним по уникальному в линии адресу. Синтаксис команд протокола позволяет адресовать 247 устройств на одной линии связи стандарта RS-485 (реже RS-422 или RS-232).
Технология BACnet
BACnet расшифровывается как Building Automation Control network и представляет из себя коммуникационный протокол для автоматизации зданий, разработанный ассоциацией ASHRAE (ANSI/ASHRAE стандарт 135-2001), а недавно получивший статус еще и стандарта ISO 16484- Главная цель протокола BACnet — стандартизировать взаимодействие между устройствами систем автоматизации зданий от различных производителей, позволяя вести обмен информацией и совместную работу оборудования.
В 1987 году ASHRAE предприняла попытку разработать протокол (набор правил), управляющий взаимодействием между различными устройствами, используемыми в системах автоматизации зданий. В настоящее время стандарт BACnet принят ANSI (Американским Национальным Институтом Стандартов) и ASHRAE, а также получил международное признание и был адоптирован в ряде стран в качестве национального стандарта. Так была заложена основа для будущего развития этой области промышленности.
ВАС net-устройства по своей физической сущности напоминают другие стандартные устройства систем автоматизации зданий, но их физическая форма — это не главное, так как. BACnet — это всего лишь набор правил по взаимодействию между устройствами в системах автоматизации здания. Микропроцессоры этих устройств программируются, а значит, они смогут «понимать» друг друга и соответствовать общим требованиям протокола BACnet. Физическая природа самого устройства остается неизменной.
Каждое устройство в сети BACnet описывается набором стандартных объектов. Количество одинаковых объектов, составляющих устройство, не ограничено. Стандарт определяет типы объектов. Стандарт определяет такжуе классы прикладных задач, которые выполняют устройства:
· Тревоги и события
· Доступ к файлам
· Доступ к объектам
· Управление удалённым устройством
· Виртуальный терминал
Классы прикладных задач описываются набором служб (сервисов), которые используются для общения между устройствами.
Все эти свойства стандарта одинаковы для всех производителей устройств BACnet, что позволяет создавать сети, построенные на общем программном обеспечении практически неограниченной емкости.
В качестве физических уровней BACnet использует следующие технологии:
· Ethernet
· BACnet/IP
· RS-232
· MS/TP (Master-Slave/Token-Passing) через RS-485
· LonTalk
Технология Crestron
Crestron – американская компания-производитель оборудования для создания систем управления зданием. Фирма Crestron имеет богатый опыт и сильную компетенцию в области домашней автоматики, управлении аудио-видео оборудованием и оснащении конференций. Нас будут интересовать две первые возможности. Система строится на основе применения широкого спектра управляющих центральных контроллеров и исполнительно-командных блоков.
Центральный блок (процессор) устанавливается в стойке, из которой прокладываются провода к управляющим контроллерам и панелям, находящимся в тех помещениях, где ими предполагается пользоваться. Например, если в гостиной установлен домашний кинотеатр, а также хочется здесь же управлять светом, шторами и климатом в помещении (температура, влажность), то появляется настенная или переносная сенсорная панель Crestron, при этом центральный процессор может находиться совсем в другом помещении (например, в подвале дома).
В данном сегменте рынка у Crestron есть сильный конкурент – ещё одна американская фирма AMX. Принципы построения систем схожи. Различается внешний вид, программирование и набор устройств. Поэтому, по большому счету, всё что мы говорим о Crestron, действительно также и для AMX. Выбор системы – дело вкуса и других потребительских свойств (цена, сроки поставки, конкретные требования заказчика).
Основной целью приложений системы управления Crestron является автоматизация объектов окружения. Данное оборудование применяется для интегрированного управления аудио-видео системами, освещением, шторами, жалюзи, микроклиматом, системами безопасности. Система позволяет с единой панели управления:
· осуществлять необходимые регулировки – включение/выключение акустических систем,
· установку уровня громкости,
· уровня освещённости,
· открытие/закрытие штор,
· выбирать желаемый источник информации (компьютер, спутниковый или обычный тюнер, CD, LD, или DVD - проигрыватель, видеомагнитофон);
· управлять устройствами для отображения информации (видеопроектором, проектором слайдов, монитором, проекционным экраном);
· регулировка микроклимата
Одним из основных достоинств систем управления Crestron является широчайший ассортимент интерфейсов пользователя: сенсорных и клавишных панелей, радио и ИК-пультов.
Ссылка: Сетевые технологии автоматизации.pdf
//cons-systems.ru/
