Шина vme что это такое

VMEbus

Содержание

История шины

Ниже представлена краткая история VMEBus, опирающаяся в основном, на историческую страницу с сайта VMEbus International Trade Association.

В 1979 году компания Motorola разрабатывала свой новый микропроцессор 68000, и один из её инженеров, Джек Кистер, поднял вопрос о создании стандартизированной шины для систем, использующих 68000. Изначально предполагалось, что эта шина найдёт своё применение в системах, выполненных в стандарте Евромеханика. Для демонстрации концепции инженерами Motorola’s European Microsystems group Max Loesel и Sven Rau были разработаны прототипы платы CPU 68000, плат статической и динамической памяти. Названная этими разработчиками VERSAbus-E, шина достаточно быстро была переименована в VME. Аббревиатура VME не имеет официальной расшифровки, неофициально её часто раскрывают как VERSAmodule Europe.

Характеристики шины

В режиме блочных передач (когда на 1-у передачу адреса идёт несколько передач данных) скорость может достигать 320 Мбайт/с (VME64).

Описание шины

Во многом шина VMEbus представляет собой внешние интерфейсы процессора 68000, доработанные для соединения нескольких печатных плат. Обычно подобный дизайн является недостатком, так как принуждает создавать системы, подобные тем, для которых шина применялась изначально. Однако одной из ключевых особенностей процессора 68000 была плоская, 32-битная модель памяти и отсутствие деления памяти на сегменты, что делает шину VME достаточно универсальной для большинства применений.

Как и шина процессора 68000, VME использует отдельную адресную шину и отдельную шину данных, обе из которых являются 32-битными. На самом деле, во время разработки VME, внешняя шина процессора 68000 использовала 24-разрядную шину адреса и 16-разрядную шину данных (хотя внутри микропроцессора обе шины были 32-разрядными), но разработчики VME предвидели необходимость применения 32-разрядных шин в будущем. Для того, чтобы обеспечить возможность применения шин различной разрядности, была предусмотрена возможность применения двух различных типов разъёмов: P1 и P2. Разъём типа P1 содержит три ряда по 32 контакта, и позволяет использовать младшие 24 разряда адреса и 16-разрядную шину данных, а также все управляющие сигналы. Разъём типа P2 содержит на один ряд контактов больше; этот дополнительный ряд содержит оставшиеся 8 линий адреса и 16 линий данных.

Логически все устройства шины VME делятся на три типа:

Ведущий — инициирует циклы на шине. Ведомый — осуществляет операции по команде ведущего. Арбитр — осуществляет контроль над занятостью шины.

Для управления шиной используется набор из девяти линий, известный как arbitration bus. Всю передачу информации по шине контролирует арбитр шины, расположенный на плате, установленной в слот номер 1 шасси, такая плата называется arbiter module. В общем случае для передачи информации по шине каждая плата должна запросить доступ к шине, установив одну из линий bus request in на arbitration bus в активное состояние (лог. 0) для того, чтобы арбитр мог определить её номер слота. Когда арбитр освобождает шину, он сканирует линии bus request in, и проверяет, находятся какие-либо из них в активном состоянии. Если это так, то арбитр устанавливает линию bus busy в активное состояние, указывая таким образом всем устройствам на шине, что шина занята, и разрешает доступ к шине одному устройству путём установки линии bus grant out в активное состояние.

После этого устройство получает доступ к шине. Для того, чтобы записать данные, устройство выставляет адрес и данные на шину, и устанавливает в активное состояние линии address strobe и две линии data strobe, для указания того, что данные готовы, а также устанавливает линию write в активное состояние. Для указания разрядности данных, пересылаемых в данном цикле, используется две линии data strobe, с помощью которых кодируется размер данных: 8, 16 или 32 бита (или 64 для VME64). Ведомое устройство, прочитавшее адрес с шины и опознавшее его как свой, читает данные и устанавливает линию data transfer acknowledge по завершении (в случае ошибки устанавливается линия bus error). Чтение данных происходит аналогичным образом, но ведущее устройство устанавливает на шине только адрес и устанавливает линию read в активное состояние. Другое устройство устанавливает на шине данные и data strobe в активное состояние. Подобный способ обмена называется асинхронным, означая то, что на шине не существует сигнала общей синхронизации (который есть на синхронных шинах, таких, как PCI).

Шина VME имеет семь линий запроса на прерывание (именно столько их было у 68000). При приходе запроса на прерывание по одной из этих линий арбитр шины записывает уровень прерывания на шину адреса, чтобы указать, какое прерывание надо обработать. Следует отметить, что в этом случае не используется номер карты, так как карты во многих случаях могут разделять прерывания. Часто отмечают, что чрезмерное количество уровней прерываний является одним из немногих примеров избыточности в архитектуре 68000, однако для шины VME это не является большим недостатком.

Источник

VMEbus

Содержание

История шины

В 1979 году компания Motorola разрабатывала свой новый микропроцессор 68000, и один из её инженеров, Джек Кистер, поднял вопрос о создании стандартизированной шины для систем, использующих 68000, которую он назвал VERSAbus. С тех пор спецификация стандарта была несколько раз пересмотрена и в 1987 году была принята действующая по настоящее время спецификация VMEbus Rev. C1, которая является международным стандартом МЭК 821. В США этот стандарт также имеет название ANSI/IEEE 1014—1987.

Характеристики шины

В режиме блочных передач (когда на 1-у передачу адреса идёт несколько передач данных) скорость может достигать 320 Мбайт/с (VME64).

Описание шины

Во многом шина VMEbus представляет собой внешние интерфейсы процессора 68000, доработанные для соединения нескольких печатных плат. Обычно подобный дизайн является недостатком, так как принуждает создавать системы подобные тем, для которых шина применялась изначально. Однако, одной из ключевых особенностей процессора 68000 была плоская, 32-битная модель памяти и отсутствие деления памяти на сегменты, что делает шину VME достаточно универсальной для большинства применений.

Как и шина процессора 68000, VME использует отдельную адресную шину и отдельную шину данных, обе из которых являются 32-битными. На самом деле, во время разработки VME, внешняя шина процессора 68000 использовала 24-разрядную шину адреса и 16-разрядную шину данных (хотя внутри микропроцессора обе шины были 32-разрядными), но разработчики VME предвидели необходимость применения 32-разрядных шин в будущем. Для того, чтобы обеспечить возможность применения шин различной разрядности, была предусмотрена возможность применения двух различных типов разъёмов: P1 и P2. Разъём типа P1 содержит три ряда по 32 контакта, и позволяет использовать младшие 24 разряда адреса и 16-разрядную шину данных, а также все управляющие сигналы. Разъём типа P2 содержит на один ряд контактов больше; этот дополнительный ряд содержит оставшиеся 8 линий адреса и 16 линий данных.

Логически все устройства шины VME делятся на три типа:

Ведущий — инициирует циклы на шине. Ведомый — осуществляет операции по команде ведущего. Арбитр — осуществляет контроль за занятостью шины.

Для управления шиной используется набор из девяти линий, известный как arbitration bus. Всю передачу информации по шине контролирует арбитр шины, расположенный на плате, установленной в слот номер 1 шасси, такая плата называется arbiter module. В общем случае для передачи информации по шине каждая плата должна запросить доступ к шине, установив одну из линий bus request in на arbitration bus в активное состояние (лог. 0) для того, чтобы арбитр мог определить её номер слота. Когда арбитр освобождает шину, он сканирует линии bus request in, и проверяет, находятся какие-либо из них в активном состоянии. Если это так, то арбитр устанавливает линию bus busy в активное состояние, указывая таким образом всем устройствам на шине, что шина занята и разрешает доступ к шине одному устройству путём установки линии bus grant out в активное состояние.

После этого устройство получает доступ к шине. Для того, чтобы записать данные, устройство выставляет адрес и данные на шину, и устанавливает в активное состояние линии address strobe и две линии data strobe, для указания того, что данные готовы, а также устанавливает линию write в активное состояние. Для указания разрядности данных, пересылаемых в данном цикле используется две линии data strobe, с помощью которых кодируется размер данных: 8, 16 или 32 бита (или 64 для VME64). Ведомое устройство, прочитавшее адрес с шины и опознавшее его как свой, читает данные и устанавливает линию data transfer acknowledge по завершении (в случае ошибки устанавливается линия bus error). Чтение данных происходит аналогичным образом, но ведущее устройство устанавливает на шине только адрес и устанавливает линию read в активное состояние. Другое устройство устанавливает на шине данные и data strobe в активное состояние. Подобный способ обмена называется асинхронным, означая то, что на шине не существует сигнала общей синхронизации (который есть на синхронных шинах, таких, как PCI).

Шина VME имеет семь линий запроса на прерывание (именно столько их было у 68000). При приходе запроса на прерывание по одной из этих линий арбитр шины записывает уровень прерывания на шину адреса, чтобы указать, какое прерывание надо обработать. Следует отметить, что в этом случае не используется номер карты, так как карты во многих случаях могут разделять прерывания. Часто отмечают, что чрезмерное количество уровней прерываний является одним из немногих примеров избыточности в архитектуре 68000, однако для шины VME это не является большим недостатком.

Ссылки

Это заготовка статьи о компьютерах. Вы можете помочь проекту, исправив и дополнив её. Это примечание по возможности следует заменить более точным.

Компьютерные шины
Основные понятия	Шина адреса • Шина данных • Шина управления • Пропускные способности
Процессоры	BSB • FSB • DMI • HyperTransport • QPI
Внутренние	AGP • ASUS Media Bus • EISA • InfiniBand • ISA • LPC • MBus • MCA • NuBus • PCI • PCIe • PCI-X • Q-Bus • SBus • SMBus • VLB • VMEbus • Zorro III
Ноутбуки	ExpressCard • MXM • PC Card
Накопители	ST-506 • ESDI • ATA • eSATA • Fibre Channel • HIPPI • iSCSI • SAS • SATA • SCSI
Периферия	1-Wire • ADB • I²C • IEEE 1284 (LPT) • IEEE 1394 (FireWire) • Multibus • PS/2 • RS-232 • RS-485 • SPI • USB • Игровой порт
Универсальные	Futurebus • InfiniBand • QuickRing • SCI • RapidIO • IEEE-488 • Thunderbolt (Light Peak)

Стандарты IEEE (категория)
488 · 754 (1985 · 2008) · 829 · 1003 · 1014-1987 · 1076 · 1149.1 · 1164 · 1219 · 12207 · 1275 · 1284 · 1394 · 1451 · 1471 · 1516 · 1541-2002 · 1547 · 1584 · 1603 · 1613 · 1667 · 1675-2008 · 1900.4 · 854-1987 · SCC41 · 11073
802 серия	802 · 802.1 · 802.2 · 802.3 · 802.3af · 802.4 · 802.5 · 802.6 · 802.7 · 802.8 · 802.9 · 802.10 · 802.11 (a b d e g h i j k n p r y ac ad) · 802.12 · 802.15 · 802.15.4 · 802.15.4a · 802.16 · 802.20 · 802.21 · 802.22
P серия	P1363 · P1619 · P1801 · P1900 · P1901 · P2030

Смотреть что такое «VMEbus» в других словарях:

VMEbus — is a computer bus standard, originally developed for the Motorola 68000 line of CPUs, but later widely used for many applications and standardized by the IEC as ANSI/IEEE 1014 1987. It is physically based on Eurocard sizes, mechanicals and… … Wikipedia

VMEbus — Der Versa Module Eurocard bus, VMEbus (oder auch VME Bus, VME Bussystem) ist ein Multi User Bussystem für die Steuerungstechnik, das 1981 ursprünglich für die Motorola Prozessorfamilie 68000 entwickelt wurde. Gegenwärtig unterstützt der VMEbus… … Deutsch Wikipedia

VMEbus — Un rack VME64. Le bus VME (officiellement VMEbus, ou plus simplement VME) est un bus informatique industriel, initialement développé par Motorola. Il a été initialement développé pour le Motorola 68000, mais fut par la suite utilisé pour de… … Wikipédia en Français

VMEbus — Versa Module Europa Bus Industriestandard; 2×96 pin Europastecker, 16/32Bit Daten, 24/32Bit Adress parallel, asynchron, 7 Interruptebenen, 4 Arbitrierungsebenen, max. 24 MByte/s … Acronyms

VMEbus — Versa Module Europa Bus Industriestandard; 2×96 pin Europastecker, 16/32Bit Daten, 24/32Bit Adress parallel, asynchron, 7 Interruptebenen, 4 Arbitrierungsebenen, max. 24 MByte/s … Acronyms von A bis Z

IEEE1014 — VMEbus … Acronyms

IEEE1014 — VMEbus … Acronyms von A bis Z

VME — Der Versa Module Eurocard bus, VMEbus (oder auch VME Bus, VME Bussystem) ist ein Multi User Bussystem für die Prozesssteuerung, das 1981 ursprünglich für die Motorola Prozessorfamilie 68000 entwickelt wurde. Gegenwärtig unterstützt der VMEbus… … Deutsch Wikipedia

VME-Bus — Der Versa Module Eurocard bus, VMEbus (oder auch VME Bus, VME Bussystem) ist ein Multi User Bussystem für die Prozesssteuerung, das 1981 ursprünglich für die Motorola Prozessorfamilie 68000 entwickelt wurde. Gegenwärtig unterstützt der VMEbus… … Deutsch Wikipedia

VXIbus — VMEbus Extension for Instrumentation Erweiterung des VMEbus (Industriestandard) … Acronyms

Источник

Шина vme что это такое

Я согласен с обработкой моих персональных данных
в соответствии «Политикой конфиденциальности»

Запросить цену Запросить цену

Я согласен с обработкой моих персональных данных
в соответствии «Политикой конфиденциальности»

Запросить цену Запросить цену

Я согласен с обработкой моих персональных данных
в соответствии «Политикой конфиденциальности»

Запросить цену Запросить цену

Я согласен с обработкой моих персональных данных
в соответствии «Политикой конфиденциальности»

Запросить цену Запросить цену

Я согласен с обработкой моих персональных данных
в соответствии «Политикой конфиденциальности»

Запросить цену Запросить цену

Я согласен с обработкой моих персональных данных
в соответствии «Политикой конфиденциальности»

Запросить цену Запросить цену

Я согласен с обработкой моих персональных данных
в соответствии «Политикой конфиденциальности»

Запросить цену Запросить цену

Я согласен с обработкой моих персональных данных
в соответствии «Политикой конфиденциальности»

Запросить цену Запросить цену

Я согласен с обработкой моих персональных данных
в соответствии «Политикой конфиденциальности»

Запросить цену Запросить цену

Я согласен с обработкой моих персональных данных
в соответствии «Политикой конфиденциальности»

Запросить цену Запросить цену

Я согласен с обработкой моих персональных данных
в соответствии «Политикой конфиденциальности»

Запросить цену Запросить цену

Я согласен с обработкой моих персональных данных
в соответствии «Политикой конфиденциальности»

Запросить цену Запросить цену

В ближайшее время на указанный
вами e-mail придет необходимая
инофрмация

Форм фактор VME

ID Solution предлагает объединительные платы VME в различном исполнении. У нас можно заказать платы:

Шины VME представляют собой открытые гибкие компьютерные компоненты, которые позволяют подключить до 21 дополнительных модуля. Основная сфера применения шин этого стандарта – встраиваемые приложения в оборонных, промышленных, транспортных системах. Благодаря надежности, вибростойкости и долговременной поддержке производителей, кроссплаты стандарта VME пользуются большой популярностью в предприятиях различного профиля.

Стандарт VME разработан еще в 1981 году, но до сегодняшнего дня не утратил актуальности и широко применяется для обеспечения работоспособности множества приложений. Шина VME считается универсальной и может использоваться в различных сферах.

Особенность кроссплат этого стандарта заключается в возможности подключения устройств трех основных видов: ведущий, ведомый и арбитр. Ведущее устройство инициирует работу циклов на шине. Выполнение операций по команде ведущего – задача для ведомого устройства, а работа арбитра заключается в контроле над занятостью шины.

Кроссплаты VME от компании ID Solution – это современные компоненты с высокой пропускной способностью. У нас вы можете купить все необходимое для обустройства высокотехнологичной компьютерной сети для предприятий любой сферы деятельности. Сотрудники компании составят для вас индивидуальное предложение, основываясь на объективных параметрах и с учетом ваших пожеланий.

Источник

Шины и протоколы в промышленной автоматике: как всё это работает

Наверняка многие и вас знают или даже видели, каким образом управляются большие автоматизированные объекты, например, атомная станция или завод со множеством технологических линий: основное действо часто происходит в большой комнате, с кучей экранов, лампочек и пультов. Это комплекс управления обычно называется ГЩУ — главный щит управления для контроля за производственным объектом.

Наверняка вам было интересно, как всё это работает с точки зрения аппаратной и программной части, и какие там используются протоколы передачи данных. В этой статье мы разберемся, как различные данные попадают на ГЩУ, как подаются команды на оборудование, и что вообще нужно, чтобы управлять компрессорной станцией, установкой производства пропана, линией сборки автомобиля или даже канализационно-насосной установкой.

Нижний уровень или полевая шина — то, с чего всё начинается

Этот неясный для непосвященных набор слов используется, когда нужно описать средства общения устройств управления с подведомственным оборудованием, например, модулями ввода-вывода или измерительными устройствами.

Под устройствами управления мы подразумеваем ПЛК, т.е. программируемые логические контроллеры (англ. PLC), или ПКА, т.е. программируемые контроллеры автоматизации (англ. PAC). Между ПЛК и ПКА есть некоторые различия, однако, в рамках данной статьи они не существенны, поэтому для упрощения будем использовать общий термин «контроллер».

В русскоязычном сообществе асушников канал общения между контроллером и другими устройствами обычно называют «полевой шиной», потому что он отвечают за передачу данных, которые приходят с «поля».

«Поле» — это глубокий профессиональный термин, обозначающий тот факт, что некое оборудование (например, датчики или исполнительные механизмы), с которым взаимодействует контроллер, находятся где-то далеко-далеко, на улице, в полях, под покровом ночи. И неважно, что датчик может быть расположен в полуметре от контроллера и измерять, допустим, температуру в шкафу автоматики, все равно считается, что он находится «в поле». Чаще всего сигналы с датчиков, приходящие в модули ввода-вывода все-таки преодолевают расстояния от десятков до сотен метров (а иногда и больше), собирая информацию с удаленных площадок или оборудования. Собственно, поэтому шина обмена, по которой контроллер получает значения с этих самых датчиков, называется обычно полевой шиной или реже шиной нижнего уровня или промышленной шиной.

Тут следует отметить, что в Европе и США полевым уровнем считаются только сами устройства, расположенные «в поле», но не среда передачи данных. В российских реалиях термин «полевая шина» или «шина нижнего уровня», пожалуй, слегка размыт и обозначает способ передачи данных от модулей ввода-вывода к контроллеру и наоборот.

Общая схема автоматизации промышленного объекта

Итак, электрический сигнал от датчика проходит некое расстояние по кабельным линиям (чаще по обычному медному кабелю с некоторым количеством жил), к которым подсоединяются несколько датчиков. Затем сигнал попадает в модуль обработки (модуль ввода-вывода), там он преобразуется в понятный контроллеру цифровой язык. Далее этот сигнал по полевой шине попадает непосредственно в контроллер, где и обрабатывается уже окончательно. На основе таких сигналов и строится логика работы самого контроллера. Существует и обратный путь: от контроллера команда управления по полевой шине попадает в модуль вывода, где преобразуется из цифрового вида в аналоговый и поступает по кабельным линиям к исполнительным механизмам и различным устройствам (на схеме выше не указаны).

Верхний уровень: от гирлянды до целой рабочей станции

Верхним уровнем называют все то, к чему может прикасаться обычный смертный оператор, который управляет технологическим процессом. В простейшем случае верхний уровень представляет собой набор лампочек и кнопочек. Лампочки сигнализируют оператору о неких происходящих событиях в системе, кнопочки служат для подачи команд контроллеру. Такую систему часто называют «гирлянда» или «ёлка», потому что выглядит очень похоже (как можно убедиться по фотографии в начале статьи).

Если оператору повезло больше, то в качестве верхнего уровня ему достанется панель оператора — некий плоскопанельный компьютер, который тем или иным образом получает данные для отображения от контроллера и выводит их на экран. Такая панель обычно монтируется на сам шкаф автоматики, поэтому взаимодействовать с ней приходится, как правило, стоя, что вызывает неудобства, плюс качество и размер изображения — если это малоформатная панелm — оставляет желать лучшего.

Ну и, наконец, аттракцион невиданной щедрости — рабочая станция (а то и несколько дублирующих), представляющая собой обычный персональный компьютер.

Для наглядного отображения информации на рабочих станциях и плоскопанельных компьютерах используют специализированное программное обеспечение — SCADA-системы. На человеческий язык SCADA переводится как система диспетчерского управления и сбора данных. Она включает в себя множество компонентов, таких как человеко-машинный интерфейс, визуализирующий технологические процессы, систему управления этими процессами, систему архивирования параметров и ведение журнала событий, систему управления тревогами и т.д. Всё это дает оператору полноценную картину происходящих на производстве процессов, а также возможность ими управлять и оперативно реагировать на отклонения от технологического процесса.

Оборудование верхнего уровня обязано взаимодействовать неким образом с контроллером (иначе зачем оно нужно?). Для такого взаимодействия используются протоколы верхнего уровня и некая технология передачи, например, Ethernet или UART. В случае с «ёлкой» таких изощрений, конечно, не нужно, лампочки зажигаются с использованием обычных физических линий, никаких мудреных интерфейсов и протоколов там нет.

В общем-то, этот верхний уровень менее интересен, нежели полевая шина, поскольку этого верхнего уровня может вообще не быть (из серии нечего там смотреть оператору, контроллер сам разберется, что и как нужно делать).

«Древние» протоколы передачи данных: Modbus и HART

Мало кто знает, но на седьмой день создания мира Бог не отдыхал, а создавал Modbus. Наравне с HART-протоколом, Modbus, пожалуй, самый старый промышленный протокол передачи данных, он появился аж в 1979 году.

В качестве среды для передачи изначально использовался последовательный интерфейс, затем Modbus реализовали поверх TCP/IP. Это синхронный протокол по схеме «мастер-слейв» (главный-подчиненный), в котором используется принцип «запрос-ответ». Протокол довольно тяжеловесный и медленный, скорость обмена зависит от характеристик приемника и передатчика, но обычно счет идет чуть ли не на сотни миллисекунд, особенно в реализации через последовательный интерфейс.

Более того, регистр передачи данных Modbus является 16-битным, что сразу же накладывает ограничения на передачу типов real и double. Они передаются либо по частям, либо с потерей точности. Хотя Modbus до сих пор повсеместно используется в случаях, когда не нужна высокая скорость обмена и потеря передаваемых данных не критична. Многие производители различных устройств любят расширять протокол Modbus своим исключительным и очень оригинальным образом, добавляя нестандартные функции. Поэтому данный протокол имеет множество мутаций и отклонений от нормы, но все же до сих пор успешно живет в современном мире.
Протокол HART тоже существует с восьмидесятых годов, это промышленный протокол обмена поверх двухпроводной линии токовой петли, в которую напрямую включаются датчики 4-20 мА и другие приборы с поддержкой протокола HART.

Для коммутации линий HART используются специальные устройства, так называемые HART-модемы. Также существуют преобразователи, которые на выходе предоставляют пользователю уже, допустим, протокол Modbus.

Примечателен HART, пожалуй, тем, что помимо аналоговых сигналов датчиков 4-20 мА в цепи передается и цифровой сигнал самого протокола, это позволяет соединить цифровую и аналоговую часть в одной кабельной линии. Современные HART-модемы могут подключаться в USB-порт контроллера, соединяться по Bluetooth, либо же старинным способом через последовательный порт. Десяток лет назад по аналогии с Wi-Fi появился и беспроводной стандарт WirelessHART, работающий в диапазоне ISM.

Второе поколение протоколов или не совсем промышленные шины ISA, PCI(e) и VME

На смену протоколам Modbus и HART пришли не совсем промышленные шины, такие как ISA (MicroPC, PC/104) или PCI/PCIe (CompactPCI, CompactPCI Serial, StacPC), а также VME.

Настала эра вычислителей, имеющих в своем распоряжении универсальную шину передачи данных, куда можно подключать различные платы (модули) для обработки некоего унифицированного сигнала. Как правило, в этом случае процессорный модуль (вычислитель) вставляется в так называемый каркас, который обеспечивает взаимодействие по шине с другими устройствами. Каркас, или, как его любят называть трушные автоматизаторы, «крейт», дополняется необходимыми платами ввода-вывода: аналоговыми, дискретными, интерфейсными и т.д., либо все это слепливается в виде бутерброда без каркаса — одна плата над другой. После чего это многообразие на шине (ISA, PCI, etc.) обменивается данными с процессорным модулем, который таким образом получает информацию с датчиков и реализовывает некую логику.

Контроллер и модули ввода-вывода в каркасе PXI на шине PCI. Источник: National Instruments Corporation

Все бы ничего с этими шинами ISA, PCI(e) и VME, особенно для тех времен: и скорость обмена не огорчает, и расположены компоненты системы в едином каркасе, компактно и удобно, горячей замены плат ввода-вывода может и не быть, но пока еще и не очень хочется.

Но есть ложка дегтя, и не одна. Распределенную систему довольно сложно построить в такой конфигурации, шина обмена локальная, нужно что-то придумывать для обмена данными с другими подчиненными или равноправными узлами, тот же Modbus поверх TCP/IP или какой другой протокол, в общем, удобств маловато. Ну и вторая не очень приятная штука: платы ввода-вывода обычно ждут на вход какой-то унифицированный сигнал, и гальванической развязки с полевым оборудованием у них нет, поэтому нужно городить огород из различных модулей преобразования и промежуточной схемотехники, что сильно усложняет элементную базу.

Промежуточные модули преобразования сигнала с гальванической развязкой. Источник: DataForth Corporation

«А что с протоколом обмена по промышленной шине?» — спросите вы. А ничего. Нет его в такой реализации. По кабельным линиям сигнал попадает с датчиков на преобразователи сигналов, преобразователи выдают напряжение на дискретную или аналоговую плату ввода-вывода, а данные с платы уже читаются через порты ввода/вывода, средствами ОС. И никаких специализированных протоколов.

Как работают современные промышленные шины и протоколы

А что теперь? К сегодняшнему дню классическая идеология построения автоматизированных систем немного поменялась. Роль сыграли множество факторов, начиная с того, что автоматизировать тоже должно быть удобно, и заканчивая тенденцией на распределенные автоматизированные системы с удаленными друг от друга узлами.

Пожалуй, можно сказать, что основных концепций построения систем автоматизации на сегодняшний день две: локализованные и распределенные автоматизированные системы.

В случае с локализованными системами, где сбор данных и управление централизовано в одном конкретном месте, востребована концепция некоего набора модулей ввода-вывода, соединенных между собой общей быстрой шиной, включая контроллер со своим протоколом обмена. При этом, как правило, модули ввода-вывода включают в себя и преобразователь сигнала и гальваническую развязку (хотя, разумеется, не всегда). То есть конечному потребителю достаточно понять, какие типы датчиков и механизмов будут присутствовать в автоматизированной системе, сосчитать количество требуемых модулей ввода-вывода для разных типов сигналов и соединить их в одну общую линейку с контроллером. В этом случае, как правило, каждый производитель использует свой любимый протокол обмена между модулями ввода-вывода и контроллером, и вариантов тут может быть масса.

В случае распределенных систем справедливо все, что сказано в отношении локализованных систем, кроме этого, важно, чтобы отдельные компоненты, например, набор модулей ввода-вывода плюс устройство сбора и передачи информации — не очень умный контроллер, который стоит где-нибудь в будке в поле, рядом с краном, который перекрывает нефть, — могли взаимодействовать с такими же узлами и с главным контроллером на большом расстоянии с эффективной скоростью обмена.

Как разработчики выбирают протокол для своего проекта? Все современные протоколы обмена обеспечивают довольно высокое быстродействие, поэтому зачастую выбор того или иного производителя обусловлен не скоростью обмена по этой самой промышленной шине. Не так важна и реализация самого протокола, потому что, с точки зрения разработчика системы, это все равно будет черный ящик, который обеспечивает некую внутреннюю структуру обмена и не рассчитан на вмешательство извне. Чаще всего обращают внимание на практические характеристики: производительность вычислителя, удобство применения концепции производителя к поставленной задаче, наличие нужных типов модулей ввода-вывода, возможность горячей замены модулей без разрыва шины и т.д.

Популярные поставщики оборудования предлагают собственные реализации промышленных протоколов: например, всем известная компания Siemens разрабатывает свою серию протоколов Profinet и Profibus, компании B&R — протокол Powerlink, Rockwell Automation — протокол EtherNet/IP. Отечественное решение в этом списке примеров: версия протокола FBUS от российской компании Fastwel.

Есть и более универсальные решения, которые не привязаны к конкретному производителю, такие как EtherCAT и CAN. Мы подробно разберем эти протоколы в продолжении статьи и разберемся, какие из них лучше подходят для конкретных применений: автомобильной и аэрокосмической промышленности, производства электроники, систем позиционирования и робототехники. Оставайтесь на связи!

Источник