Протокол передачи данных BITBUS

Протокол BITBUS. Протокол FIP.

Протокол передачи данных BITBUS

Историческая справка

1983 г. — первая публикация с описанием протокола BITBUS фирмы INTEL.

1985 г. — на рынок поступили первые микроконтроллеры семейства RUPI-44 (i8044, i8344, i8744) со встроенной поддержкой интерфейса BITBUS, имеющие систему команд популярной серии MCS-51. Одновременно появились первые модули ввода-вывода (RCB-44) для распределенных систем управления и адаптеры для микроЭВМ.

1986 г. — начало широкого применения протокола BITBUS в системах автоматизации в Европе.

1989 г. — учрежден специальный комитет в рамках IEEE для подготовки стандарта на основе BITBUS.

1991 г. — опубликован стандарт по сетям уровня «fieldbus», получивший номер IЕЕЕ 1118, который базируется на существующем стандарте BITBUS фирмы INTEL.

1992 г. — была основана международная организация BITBUS European Users Group (BEUG) с постоянно действующим секретариатом в городе Баден-Баден (Германия).
^ Структура, основные свойства и технические характеристики сети BITBUS

BITBUS представляет собой интерфейс, специально разработанный и оптимизированный для связи программируемых контроллеров, интеллектуальных устройств связи с объектом (УСО), управляющих ЭВМ и т.п. и интеграции этих устройств в локальную управляющую сеть распределенных АСУ ТП.

Типовая структура технических средств промышленной локальной сети BITBUS следующая:

1. 
   промышленный компьютер, ведущий узел сети BITBUS;
2. 
   адаптер сети BITBUS для компьютера;
3. 
   ретранслятор сети BITBUS (для больших расстояний);
4. 
   интеллектуальное УСО с интерфейсом BITBUS;
5. 
   программируемый контроллер моноблочный, с интерфейсом BITBUS;
6. 
   программируемый контроллер магистрально-модульный, с интерфейсом BITBUS;
7. 
   шлюз;
8. 
   программируемый контроллер магистрально-модульный, с произвольным интерфейсом;
9. 
   интеллектуальные датчики.

Центральным элементом сети BITBUS является ведущее устройство, функции которого, как правило, возлагаются на промышленный компьютер. Этот компьютер обычно выполняет несколько функций:

1. 
   инструментальное средство для программирования контроллеров;
2. 
   графическая операторская станция;
3. 
   элемент локальной сети (LAN) верхнего уровня АСУ ТП.

На практике в качестве этого элемента системы часто применяют IBM-совместимые персональные компьютеры. Интерфейс с локальной сетью BITBUS осуществляет адаптер сети, установленный в слот компьютера. Как правило, применяются адаптеры, обеспечивающие гальваническую изоляцию компьютера от сети BITBUS.

Протокол BITBUS определяет два режима передачи данных по шине:

1. Синхронный режим.

Этот режим используется при необходимости работы на большой скорости, но на ограниченных расстояниях. В этом случае топология сети может включать до 28 узлов, а длина шины ограничиваться 30 м. Скорость может быть от 500 до 2400 кбод. Синхронный режим передачи предполагает использование двух дифференциальных сигнальных пар: одной для данных, другой для синхронизации.

Рис. 2.1

2. Режим с самосинхронизацией.

Использование этого режима позволяет значительно удлинить шину. Стандартом определены три скорости передачи: 1500 Мбод, 375 кбод (до 300 м) и 62,5 кбод (до 1200 м). Используя шинные репитеры, можно объединять последовательно несколько шинных сегментов (до 28 узлов на сегмент). Тогда общее число узлов можно довести до 250, длину общей шины – до нескольких километров. При этом режиме передачи используются две дифференциальные пары: одна для данных и одна для управления репитером.

Рис. 2.2
В протоколе BITBUS биты кодируются на основе NRZI-способа.
Таблица 2.1

Основные технические данные сети BITBUS

Топология	линейная
Длина сети	от 300 м до 13,2 км
Физическая среда передачи данных	витая пара
Альтернативная среда	оптоволокно
Основной тип разъема	D-SUB 9
Скорость передачи	1,5 Мбит, 375 Кбит/с или 62,5 кбит/с
Характерное время ответа	1 мс
Передача данных	MASTER/SLAVE
Канальный уровень протокола	SDLC
Максимальное количество узлов	250
Тип физического интерфейса	RS-485

^ Области применения

Общее количество установленного промышленного оборудования с использованием протокола BITBUS — более 2,5 миллионов единиц, BITBUS применяется в системах с различной информационной мощностью: от единиц до сотен узлов в сети.

Протокол FIP

World-FIP

Этот протокол является результатом коллективных усилий ряда европейских компаний (в основном, Франции, Бельгии и Италии) как некое альтернативное решение, предлагаемое американским рынком промышленных сетей. Протокол FIP (The Factory Information Protocol) нацелен на высокие скорости передачи и строго определенные интервалы обновления данных.

Протокол имеет гибридный централизованный/децентрализованный контроль за шиной, основанный на принципе широкого вещания (broadcast). Контроль осуществляется со стороны центрального узла сети (central unit), называемого Арбитром. Основной поток данных организован как набор отдельных переменных, каждая из которых идентифицирована своим именем. Любая переменная, обработанная в одном узле-передатчике, может быть прочитана любым числом узлов-приемников. Использование режима широкого вещания избавляет от процесса присваивания каждому устройству уникального сетевого адреса.

Каждый узел (участник) на шине полностью автономен. Все узлы должны уметь получать предназначенные для них переменные.

Шинный арбитр имеет три рабочих цикла. Продолжительность каждого цикла устанавливается самим пользователем. Эти три цикла выглядят следующим образом:

1. Циклический трафик.

В этом случае арбитр сети имеет таблицу циклического опроса, состоящую из поименованных переменных. Порядок опроса устанавливается в соответствии с этой таблицей. Если какая-либо переменная должна опрашиваться чаще остальных, то она должна быть упомянута в этой таблице кратное числу опросов раз. Арбитр имеет доступ более чем к одной таблице опроса, но только одна из них может иметь активный статус. В конце цикла эта таблица может быть модифицирована. Такой трафик применяется в приложениях, ориентированных на пакетную обработку данных.

2. Периодический трафик.

В этом случае шинный арбитр обращается к отдельным переменным из каждого узла сети по запросу. Запросы на работу с переменными генерируются во время циклического трафика.

3. Обслуживание сообщений.

Арбитр предоставляет право на передачу любому устройству сети, запросившему эту функцию во время циклического графика. Получив это право, устройство может передать свое сообщение (с подтверждением или без) одному или всем устройствам на шине.

Функции управления некоторым процессом могут быть распределены на шине между различными устройствами. Это возможно потому, что, с одной стороны, все "приемники" принимают одинаковые переменные одновременно, а с другой - время обновления данных и их передача подчиняются строгому контролю. То есть, основу FIP составляет так называемая "База данных реального времени".

FIP-протокол описывается стандартом UTE46 (Франция). Он полностью специфицирован на уровнях 1, 2 и 7.

7-ой уровень (Application Layer): NF C46-602, NF C46-606

2-ой уровень (Data Link Layer): NF C46-603

1-ый уровень (Physical Layer): IEC 1158-2

Особенностью реализации FIP-протокола является ограниченное число кристаллов, поддерживающих этот протокол. Вот их полный ряд: FIPIU2, FIPCO1, FULLFIP2 и FULLFIP2LP.

В таблице 6 суммируется некоторая информация по этим кристаллам.

Табл. 6. Обобщенная информация по FlP-кристаллам

В качестве среды передачи используется витая пара или оптоволокно.

Описанные выше интерфейсные кристаллы сегодня работают с такими известными микроконтроллерами, как 8051, 68НС11, 68332, 80196, 80386.

Программное обеспечение реализовано под операционные системы MS DOS и OS-9.