Локальные сети из программируемых командоконтроллеров

Современные ПЛК кроме описанных выше логических функций, минимально необходимых для выполнения автоматических циклов, в ряде случаев выполняют развитые функции, позволяющие осуществлять арифметические операции и обработку текстов, а также снабжены устройствами внешней памяти и различными устройствами печати для документирования рабочего процесса.

Для управления сложными объектами с помощью ПЛК обычно используются универсальные локальные вычислительные сети. Под локальной сетью понимают высоконадежную высокоскоростную систему передачи данных, которая обеспечивает взаимосвязь различных устройств обработки информации и управления равноправным или подчиненным способом, либо комбинацией обоих способов в пределах определенной ограниченной площади. Главной задачей таких сетей является не только и не столько децентрализованное размещение ПЛК непосредственно в зоне управляемого объекта, сколько разделение функций управления, контроля и диагностирования на ряд слабо связанных между собой функций и распределение их между несколькими устройствами. Это позволяет осуществлять так называемое делегирование функций, что повышает пропускную способность и живучесть системы управления, увеличивает гибкость ее структуры и позволяет на этапе эксплуатации наращивать управляющие мощности.

С функциональной точки зрения локальные сети представляют собой каналы различной конфигурации с ветвями и узлами. Узлами таких сетей могут быть ПЛК, а также и другие устройства информационной технологии, например персональные компьютеры, устройства ЧПУ, микропроцессорные комплекты и др. Локальная сеть обеспечивает информационное объединение таких достаточно разнородных компонентов.

Локальную сеть определяют четыре основные характеристики:

• • базовые средства для реализации передачи информации;
• • структура сети;
• • методы передачи информационных сигналов;
• • методы адресации и^ыборки информационных сигналов.

Базовые средства представляют собой физическую реализацию канала передачи информации, используемого для взаимосвязи узлов сети. Их подразделяют на ограниченные, к которым относятся витая пара проводов (бифилярная обмотка), коаксиальный кабель, оптоволоконный кабель, и на неограниченные, к которым относятся радиои микроволновые каналы, каналы для передачи инфракрасных и других подобных сигналов.

Таблица 16.1.

Сравнительные характеристики ограниченных средств локальных сетей.

Сравнительные характеристики ограниченных базовых средств построения локальных сетей приведены в табл. 16.1.

Применение волоконной оптики в локальных сетях систем обработки информации затруднено прежде всего из-за отсутствия достаточно надежных разъемов и разветвителей. Вместе с тем использование волоконной оптики является весьма перспективным. На данном этапе оптимальным базовым средством считается коаксиальный кабель.

Что касается структуры локальных сетей, то применяются три ееосновных типа: звезда, кольцо и магистраль, что показано на рис. 16.4.

Структура типа звезды, приведенная на рис. 16.4, а, характеризуется централизованной схемой передачи информации. Суммарная длина соединительных кабелей здесь наибольшая по сравнению с другими видами структур. Отказ центрального процессора выводит из работы всю локальную сеть.

Кольцевая структура, приведенная на рис. 16.4,5, характеризуется распределенной схемой передачи информации, но также приводит к значительному расходу соединительного ка;

Рис. 16.4. Типы структур локальных сетей беля и к тому же имеет ограниченную возможность к расширению. Отказ центрального процессора здесь также может вывести из работы всю сеть, если только не предусмотреть обходные цепи.

Магистральная структура, приведенная на рис. 16.4, в, также является распределенной. Она характеризуется усложненной схемой передачи информации и требует наличия устройств, идентифицирующих сообщения и управляющих их приемом и передачей. Но при такой структуре затраты соединительного кабеля оказываются наименьшими, она оказывается удобной для расширения. Выход из строя какого-либо узла не приводит к потере работоспособности всей системы, что является весьма важным эксплуатационным удобством.

Возможны и применяются также различные комбинации описанных структур. Так, в многоуровневых системах управления и мониторинга локальные устройства управления группами станков циклического действия обычно подключаются к устройствам, являющимся концентраторами данных, по схеме звезды, тогда как сами эти концентраторы данных и локальные (бортовые) устройства управления транспортными устройствами (например, робототележками) подключаются к центральному процессору по магистральной схеме.

Что касается метода передачи информационных сигналов, то в локальных сетях в основном используются два метода передачи этих сигналов, называемые базовым и многополосным. При использовании базового метода информационные сигналы остаются в первоначальном, смодулированном виде, и одному каналу соответствует одна жила кабеля. При многополосной передаче один физический канал делится на несколько независимых частотных каналов, каждый из которых используется для передачи своих информационных сигналов.

Адресация и выборка сигналов в локальных сетях может быть реализована различными способами, но наибольшее распространение получили два: с использованием опознавательных меток (идентификаторов) и с параллельным доступом к различным несущим частотам и использованием совпадений. В соответствии с первым из двух названных способов адресуемый пакет информации, который может содержать несколько байтов, должен также обязательно иметь определенный кодовый набор (метку), вместе с которым он перемещается от узла к узлу. Наличие такой же метки в том или ином узле предоставляет именно ему доступ к информации, содержащейся в данном пакете, тогда как узлы, не содержащие этой метки, оказываются лишенными такого доступа.

Применение общих принципов компоновки структур из разнородных устройств вызывает необходимость стандартизации связей между устройствами. Характерным примером стандартов, регламентирующих обмен информацией между устройствами, объединенными в локальные сети, является разработанный Международной организацией по стандартизации (ISO) стандарт ISO — OSI.

В соответствии с этим стандартом процедура обмена информационными данными стандартизуется по семи уровням. Эти уровни стандартизации, начиная с самого низкого, таковы:

• • физический уровень, определяющий электрические, механические и функциональные характеристики схем обмена информацией;
• • уровень канала передачи данных, на котором устанавливается, поддерживается и блокируется канал передачи информации и контрольных сигналов;
• • уровень коммуникации, на котором назначается тактность, осуществляются переключение, сегментация, блокирование и контроль передаваемых массивов, а также восстановление ошибочно переданных сигналов;
• • уровень передачи, на котором осуществляются передача данных, непрерывный контроль и мультиплексирование;
• • уровень сеансов связи, на котором осуществляются диспетчирование и контроль сеансов обмена информацией между двумя объектами;
• • уровень воспроизведения, на котором происходят интерпретация данных, преобразование форматов и кодов;
• • уровень применения, на котором осуществляется использование принятых данных.

Практически в настоящее время существуют и могут быть приобретены и использованы при компоновке локальных сетей, отвечающих конкретным задачам потребителей, различные типовые сетевые средства, способные объединять в единое целое разнородные устройства, такие, например, как ПЛК различных типов и размеров, устройства ЧПУ, табло, пульты управления, локальные специализированные управляющие устройства и т. д.

Таким образом, локальные сети образуют универсальные коммуникационные структуры, которые вместе с необходимой номенклатурой локальных устройств обработки информации и соответствующих интерфейсов дают возможность гибко компоновать комплексы технических средств (КТС, в англоязычной технической литературе «Hardware») для обработки информации и ее использования для целей индикации и автоматизации.