5. FOUNDATION FIELDBUS
Эта сеть родилась в результате сотрудничества двух ведущих американских ассоциаций - ISP и WorldFIP, которые до 1993 года пытались самостоятельно создать универсальную промышленную сеть.
В 1994 году появилась ассоциация Fieldbus Foundation, продвигающая на рынке и обеспечивающая поддержку сети Foundation Filedbus (FF). После многолетних безуспешных попыток разработать универсальную промышленную сеть, предпринятых ведущими комитетами по стандартизации IEC и ISA, ассоциация Fieldbus Foundation пришла к синтезированному решению с использованием наработок из разных источников под общим названием Foundation Fieldbus.Итак, FF сегодня - это:
физический уровень H1 FF (медленный), обеспечивающий рабочую скорость 31,25Ккбит/с. Эта реализация физического уровня основана на модифицированной версии стандарта IEC 1158-2 и предназначена для объединения устройств, функционирующих во взрывоопасных газовых средах;
-физический уровень H2 FF (быстрый), обеспечивающий рабочую скорость до 1КМбит/с и также основанный на стандарте IEC 1158-2;
-сетевой уровень, использующий элементы проекта IEC/ISA SP50 универсальной промышленной сети;
-прикладной уровень, включающий элементы из проекта ISP/Profibus.
Основная область применения этой сети - самый нижний уровень распределенной системы автоматизации с обвязкой устройств, работающих во взрывоопасных средах и использующих сеть как для информационного обмена, так и для собственной запитки.
У протоколов FF и Profibus-PA много общего и именно поэтому со стороны европейской ассоциации по стандартизации CENELEC сделано предложение о включении FF в стандарт EuroNorm 50170 в качестве самостоятельной его части.
PROFIBUS PA и FOUNDATION™ fieldbus имеют ряд общих характеристик :
• обе системы удовлетворяют требованиям спецификаций физического уровня H1 IEC/ISA, которые определяют среду передачи данных;
• обе системы искробезопасны и способны по одним и тем же проводам передавать как данные, так и электро питание для подключенных к сети устройств, что позволяет использовать их во взрывоопасных зонах;
• обе системы поддерживаются между народными организациями, объединяющими как конечных пользователей, так и поставщиков;
• обе системы могут быть развернуты в качестве цифровой замены аналого вых каналов 4 20 мА с использовани ем тех же самых, уже существующих линий связи;
• обе системы поддерживают работу в многоточечном режиме, благодаря чему снижаются затраты на монтаж и обслуживание кабельного хозяйсва.
Однако между сетевыми системами имеются и существенные различия.
На прикладном уровне PROFIBUS PA вместо FMS использует расширения DP, что приводит к ограничению возможностей по удаленному конфгурированию, а также по чтению и записи.
Хотя обе системы способны управлять событиями в самой сети, применяемая в PROFIBUS PA коммуникационная модель «главный подчиненный»(ведущий-ведомый), а также отсутствие протокола системного администрирования делают PROFIBUS PA неудовлетворительным решением для управления распределенными процессами.
FOUNDATION™ fieldbus, напротив, создавалась не только для организации обмена цифровой информацией между управляющим устройством сети и устройствами нижнего уровня (полевого оборудования), но и для распределенного управления, вклю чая поддержку функции автоматического конфигурирования (plug and play), что существенно расширяет границы совместимости оборудования.
FOUNDATION™ fieldbus при передаче данных одновременно поддерживает маркерный доступ и обмен по расписанию. Прикладной уровень в FOUNDATION™ fieldbus обеспечивает поддержку квитированного взаимодействия между клиентом и сервером, что может использоваться для изменения оператором значений уставок, удаленной загрузки и настройки параметров конфигурации. Кроме того, поддерживается рассылка оповещений об аварийных событиях и их подверждений. Это основано на том же прикладном уровне, который используется в PROFIBUS FMS.
В PROFIBUS PA один ведущий узел использует протокол DP для опроса подчиненных узлов, содержащих функциональные блоки ввода/выво да. Время опроса всех узлов сети зави сит от количества узлов и ряда других факторов, поэтому детерминированным может быть только время начала опроса.
Одним из достоинств полевой шины является возможность распределения функций управления процессом среди устройств нижнего уровня (уровня полевых устройств) АСУ ТП. Архитектура FOUNDATION™ fieldbus, основанная на модели публикации данных одними сетевыми узлами и подписки на эти данные других сетевых узлов, позволяет организовывать тесное взаимодействие между устройствами различных производителей, объединенными в одну сеть.
Таким образом, логика алгоритма управления может быть перенесена на нижний уровень системы управления (т.е. УСО, датчики и исполнительные механизмы). Архитектура «ведущий подчиненный», используемая в PROFIBUS, означает, что весь обмен происходит по инициативе ведущего устройства. В результате из за непредсказуемых задержек невозможно обеспечить функционирование распределенных по устройствам нижнего уровня контуров управления с обратной связью.Функции системного администрирования в FOUNDATION™ fieldbus обеспечивают исполнение функциональных блоков на разных узлах сети в точно заданной последовательности в течение детерминированных интервалов времени, что необходимо при реализации контуров регулирования на нижнем уровне системы.
Подсистема администрирования и канальный уровень FOUNDATION™ fieldbus способны также выполнять следующие важные функции:
• автоматическое присвоение сетевого адреса при добавлении нового устройства, что обеспечивает функциональность plug and play;
• предотвращение дублирования сетевых адресов, каждому устройству на значается один уникальный адрес;
• синхронизация времени в прикладных программах;
• поиск тегов; это устраняет необходимость в репликации системной базы данных, содержащей информацию об устройствах.
PROFIBUS не имеет средств системного администрирования, а значит, не способен обеспечить выполнение описанных ранее функций.
Функциональная совместимость устройств — это возможность замены устройства полевой шины одного изготовителя на устройство другого изготовителя без потери функциональности или степени интеграции с сис темой управления или хост контроллером. Функциональная совместимость устройств позволяет пользователю для своего проекта выбрать наиболее подходящую аппаратуру, независимо от того, кто является производителем конкретного контроллера, датчика, исполнительного механизма или иного полевого оборудования.
В то время как семиуровневая модель OSI является общепринятой в области сетевых коммуникаций, FOUNDATION™ fieldbus вводит еще один, восьмой уровень, называемый пользовательским (User Level).
PROFIBUS не имеет полностью определенных стандартных функциональных блоков. Вместо этого используются так называемые «профили» для определения функций, главным образом таких простых, как ввод и вывод. При этом собственно управление осуществляется специальным хост контроллером.
В пользовательский уровень (User Layer) FOUNDATION™ fieldbus включена возможность описания устройств на языке описания устройств (Device Description Language, DDL). Описания устройств можно рассматривать как своеобразные драйверы устройств. Поставщики оборудования предоставляют описания своих устройств пользователям. После считывания описания устройств хост системой система, как и все подключенные к ней устройства, способна поддерживать весь спектр функциональных возможностей устройства.
PROFIBUS не имеет средств, аналогичных описанию устройства. Совместимое с PROFIBUS оборудование должно соответствовать профилям устройств, допустимый набор которых определяется ассоциацией PNO. Профили, содержащие базовый набор параметров устройства, жестко заданы и не расширяемы. Это означает, что PROFIBUS распознает только базовый набор параметров, являющихся общими для всех устройств определенного типа. Чтобы получить возможность доступа к дополнительным или расширенным параметрам или возможностям конкретного устройства, необходимо написать специальную программу.
Более того, спецификации PROFIBUS не содержат никаких возможностей для обеспечения выполнения стандартных приложений во всех PROFIBUS совместимых устройствах.
В то время как организации, под держивающие PROFIBUS, ссылаются на строгое соблюдение профилей как на доказательство совместимости, на самом деле это относится скорее к вопросам сетевой совместимости и совсем недостаточно для настоящей совместимости уровня plug and play.
Например, для совместимого с PROFIBUS датчика температуры гарантируется возможность обмена данными через сеть PROFIBUS. Пользователь будет в состоянии выполнять базовые функции, такие как установка пределов измерения, считывание температуры и т.д., однако без специального программирования он не сможет выполнить специфические для конкретного датчика операции, такие, например, как калибровка. Это объясняется отсутствием в PROFIBUS возможностей описания устройств.
Используя FOUNDATION™ fieldbus, пользователь может легко подключить устройство к сети и после загрузки описания устройства взаимодейст вовать с ним без каких либо ограни чений. Технология FOUNDATION™ fieldbus обеспечивает полный доступ ко всем данным, в том числе к параметрам, специфичным для данного устройства.
Лишь некоторые версии PROFIBUS являются открытыми. Фактически компания Siemens все свои сети на базе RS 485 называет PROFIBUS, несмотря на то, что некоторые из них являются частнофирменным решением Siemens. С другой стороны, FOUNDATION fieldbus разработана в полностью открытой и нейтральной по отношению к различным производителям среде. Спецификации FOUNDATION fieldbus опубликованы и доступны всем желающим.
Кроме того, в ассоциации Fieldbus Foundation установлены такие правила, что любая часть сетевой технологии, будь то микросхемы или реализации протоколов, принимаются, только если для них существует несколько поставщиков.
Технология PROFIBUS, разработанная компанией Siemens в 1989 г., в на стоящее время применяется большим числом пользователей, чем FOUNDA TION™ fieldbus.
Однако следует заметить, что протокол, используемый PROFIBUS, был разработан значительно раньше, чем протокол Fieldbus Foundation, и основан на менее современной технологии.Число инсталляций PROFIBUS, объявленное ассоциацией PNO, отчасти вводит в заблуждение, так как существует множество версий PROFIBUS, ряд из которых не совместим друг с другом. Кроме того, компания Siemens разработала ряд протоколов, которые она называет PROFIBUS, не смотря на то, что эти протоколы не приняты органами стандартизации Германии или организацией PROFIBUS Users Group.
FOUNDATION™ fieldbus получает все более широкое распространение среди производите лей аппаратно программных средств для систем промышленной автомати зации, предъявляющих повышенные требования к отказоустойчивости и надежности работы систем. За по следние несколько месяцев системы, использующие технологию Fieldbus Foundation, были установлены такими крупными компаниями, как Dow Chemical, Syncrude Canada, Ltd. и Daishowa Paper.
Подробное изучение состава членов ассоциации Fieldbus Foundation в сравнении с PNO также показывает, что наибольшие вложения в разра ботку новых изделий будут прихо диться на FOUNDATION™ fieldbus.
Для большинства конечных пользо вателей все перечисленные ограничения делают PROFIBUS PA скорее временной заменой системы «4...20 мА», чем законченной сетевой архитектурой, с которой имеет смысл связывать свое будущее.