Interfaces and standards in AS – task5_2 1 Sistemas automatizados Módulo 5 - Interfaces y normas...

Interfaces and standards in AS – task5_21

Sistemas automatizados

Módulo 5 - Interfaces y normas АS

Tarea 5.2:Interfaces de sistemas modulares

(CAMAC, VME, VXI, PXI, LXI etc..). Sistemas industriales

Por Anton Petrov, La Universidad de Plovdiv, ECIT DepartrmentPor Anton Petrov, La Universidad de Plovdiv, ECIT Departrment


Temas principalesTemas principales

1.1. Interfaces de sistemas modulares - peculiaridadesInterfaces de sistemas modulares - peculiaridades

2.2. Diagramas estructurales del sistema CAMAC (CAMAC).Diagramas estructurales del sistema CAMAC (CAMAC).

3.3. Las modificaciones del sistema CAMAC. Sistema rápido Las modificaciones del sistema CAMAC. Sistema rápido CAMAC.CAMAC.

4.4. Otros sistemas de interfaces modulares (MULTIBUS I / II, Otros sistemas de interfaces modulares (MULTIBUS I / II, FASTBUS. VME-BUS ).FASTBUS. VME-BUS ).

5.5. Estándar VXI. Módulos y buses de VXI. Configuraciones del Estándar VXI. Módulos y buses de VXI. Configuraciones del sistema. Normas PXI y MXI. Estándar LXIsistema. Normas PXI y MXI. Estándar LXI

6.6. Software para interfaces estándarSoftware para interfaces estándar

7.7. Herramientas de medición virtuales Herramientas de medición virtuales

8.8. Sistemas de control industrial (SCADA, DCS, PLC) Sistemas de control industrial (SCADA, DCS, PLC)

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Interfaces de sistemas modulares -características - 1

Construido sobre la base del llamado principio de Construido sobre la base del llamado principio de integración o modular.integración o modular.

Cada módulo es una unidad Cada módulo es una unidad independienteindependiente funcional y constructiva - ADC, DAC, amplificador, funcional y constructiva - ADC, DAC, amplificador, generador, voltímetro digital, temporizador, la pantalla, la memoria, etc.. generador, voltímetro digital, temporizador, la pantalla, la memoria, etc..

Los sistemas están controlados por un módulo - Los sistemas están controlados por un módulo - controladorcontrolador (Uno o más). (Uno o más).

Los controladores aseguran Los controladores aseguran relación con el nivel siguiente relación con el nivel siguiente en la jerarquía de la AS - en la jerarquía de la AS - sistemas informáticos, que pueden ser unos pocos, organizados en una red informática. sistemas informáticos, que pueden ser unos pocos, organizados en una red informática.

En la mayoría de los casos, los controladores cumplen funciones más complejas, es decir, que En la mayoría de los casos, los controladores cumplen funciones más complejas, es decir, que son del tipo son del tipo "controladores inteligente ". "controladores inteligente ".

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interfaces de sistemas modulares -características - 2

Los llamados Los llamados sistemas de bus modulares sistemas de bus modulares ((BМSBМS)) se construyen sobre la base de las se construyen sobre la base de las interfaces modulares del sistema. interfaces modulares del sistema.

La compatibilidad constructiva La compatibilidad constructiva es fuertemente expresada en ellos (PCB, módulos, etc.es fuertemente expresada en ellos (PCB, módulos, etc.

Los buses de conexión son Los buses de conexión son también también cables de conexión estandarizados, así como los cables de conexión estandarizados, así como los acoplamientos de conexión, etc.acoplamientos de conexión, etc.

La compatibilidad de la información La compatibilidad de la información se construye sobre la base de los buses (bus de se construye sobre la base de los buses (bus de direcciones para los datos, bus de control, el estado del bus, etc..) direcciones para los datos, bus de control, el estado del bus, etc..)

Algunos de los más modernos BМS puede contener Algunos de los más modernos BМS puede contener jerarquía más compleja jerarquía más compleja de buses de buses en un número de niveles (local, paralelo y en serie, especializado, para las señales en un número de niveles (local, paralelo y en serie, especializado, para las señales analógicas, etc.). analógicas, etc.).

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El cambio en los buses es sincronizada por El cambio en los buses es sincronizada por señales estroboscópicasseñales estroboscópicas, que indica el , que indica el comienzo de un determinado tipo de operación. comienzo de un determinado tipo de operación.

Se utiliza para transferencias Se utiliza para transferencias paralelo paralelo y y serieserie. .

El ancho de bus de dirección y los datos de los buses es El ancho de bus de dirección y los datos de los buses es 8-32 bits8-32 bits..

La velocidad de cambio es - en La velocidad de cambio es - en САМАССАМАС - 1 MHz o - 1 MHz o 24Mbit / s24Mbit / s ( (3 MB / s3 MB / s) a 24 bits) a 24 bits

En los BМS modernos del tipo En los BМS modernos del tipo Multibus IIMultibus II,,VME-busVME-bus,,VXIVXI,,PXI, LXIPXI, LXI,,EurobusEurobus,,FastCAMACFastCAMAC y otros la velocidad supera y otros la velocidad supera 100-300Mbit / s100-300Mbit / s..

El control es a la vez El control es a la vez centralizado centralizado y y repartidorepartido..

Los sistemas modernos permiten Los sistemas modernos permiten modo multiprocesador, modo multiprocesador, y las tareas se pueden y las tareas se pueden distribuir entre varios procesadores. distribuir entre varios procesadores.

Se construye un sistema especial de Se construye un sistema especial de arbitraje arbitraje entre los procesadores.entre los procesadores.

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La compatibilidad eléctrica La compatibilidad eléctrica es por niveles lógicos, corrientes y tensiones a través de los es por niveles lógicos, corrientes y tensiones a través de los buses de conexión y sus tolerancias. buses de conexión y sus tolerancias.

La transmisión de las señales de impulsos rápidas se lleva a cabo por las largas líneas La transmisión de las señales de impulsos rápidas se lleva a cabo por las largas líneas sincronizadas del tipo sincronizadas del tipo cables o pares trenzados cables o pares trenzados y conectores especiales de alta y conectores especiales de alta frecuencia. frecuencia.

BМS se utilizan para la EA en grandes plantas industriales, CERN, Batavia, Dubna etc., en BМS se utilizan para la EA en grandes plantas industriales, CERN, Batavia, Dubna etc., en la investigación y reactores industriales, etc. la investigación y reactores industriales, etc.

El sistema El sistema CAMACCAMAC, aunque obsoletas, ha recibido una amplia aplicación, y ha servido de , aunque obsoletas, ha recibido una amplia aplicación, y ha servido de base para la próxima avanzada BMS. base para la próxima avanzada BMS.

Gran parte del equipamiento acumulado en la norma del sistema CAMAC todavía se utiliza Gran parte del equipamiento acumulado en la norma del sistema CAMAC todavía se utiliza en grandes centros, en grandes centros, donde no se requiere alta velocidad. donde no se requiere alta velocidad.

Nota: Las interfaces modulares del sistema fueron inicialmente desarrolladas para la Nota: Las interfaces modulares del sistema fueron inicialmente desarrolladas para la automatización de la prueba científica, pero después encontraron aplicación en automatización de la prueba científica, pero después encontraron aplicación en otros campos - la otros campos - la industria, la robótica, la medicina, etc. industria, la robótica, la medicina, etc.

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Interfaz del sistema modular CAMAC (Sistema CAMAC)

El sistema САМАСEl sistema САМАС (Aplicación informática de medición y control o medición por ordenador y (Aplicación informática de medición y control o medición por ordenador y

control automático) es una arquitectura de bus estándar para la adquisición de datos y los control automático) es una arquitectura de bus estándar para la adquisición de datos y los

sistemas de procesamiento, así como para el control, que ha encontrado aplicación en física sistemas de procesamiento, así como para el control, que ha encontrado aplicación en física

nuclear, física de partículas elementales y la industria.nuclear, física de partículas elementales y la industria.

Fue desarrollado en el centro europeo de investigación de la física de alta energía y Fue desarrollado en el centro europeo de investigación de la física de alta energía y

partículas elementales partículas elementales CERN en GinebraCERN en Ginebra durante los años 60 y aceptado por el Comité durante los años 60 y aceptado por el Comité

Europeo de Normalización en electrónica nuclear ESONE en 1968. Europeo de Normalización en electrónica nuclear ESONE en 1968.

Base mecánica –Base mecánica –"crate" estaciones para 25 módulos estándar"crate" estaciones para 25 módulos estándar, conectado en su parte , conectado en su parte

posterior por medio de un bus horizontal común (HB). 24 estaciones se dejan para los posterior por medio de un bus horizontal común (HB). 24 estaciones se dejan para los

módulos, mientras que el último es utilizada para el módulo de control - el controlador de la módulos, mientras que el último es utilizada para el módulo de control - el controlador de la

"crate" (CC). La sustitución de la CC permite al sistema adaptarse a diversos sistemas "crate" (CC). La sustitución de la CC permite al sistema adaptarse a diversos sistemas

informáticos (CS). informáticos (CS).

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Diagramas estructurales de los sistemas CAMAC

1. Sistema autónomo CAMAC. Este sistema se puede realizar de dos formas diferentes:

a) con un CC con un programa fijo. El sistema tiene capacidades limitadas y no permite que el programa pueda ser modificado.

b) CC con microprocesador integrado, que puede ser programado. Este tipo es más flexible y permite la transmisión de datos a un CS, pero no hay posibilidad de un control directo de la CS.

2. Subsistema CAMAC - En esta configuración, una o más "crates" están conectados a un CS del tipo mini-ordenador o de computadora personal (PC). Cada "crate" tiene su propio CC, adaptado a la CS. Un sistema radial-bus de conexión puede ser construido. Es estandarizado en el documento de EUR4100 .

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Configuraciones de sistemas CAMAC

3. Sistema paralelo con bus vertical *.Puede contener hasta 7"crates",controlado por un controlador especial del tipo A1o А2.La conexión entre las "crates" se lleva a cabo por medio del llamado bus vertical (VB). La conexión con el CS se realiza por medio de un controlador de la máquina virtual o por una rama-driver (controlador de la rama). El sistema es adecuado para tamaño medio, limitando sus tamaños en el espacio. Es estandarizado en el documento EUR 4600.

*También se llama Sistema rama paralela

4. Sistema espacialmente distribuida con un bus del anillo * .El intercambio se realiza

consecutivamente byte a byte o bit a bit.

Hasta 62 "crates" se puede cambiar,

cada uno de ellos tiene un controlador

Tipo L1o L2. La conexión con el CS se

lleva a cabo por un controlador común

del bus paralelo (PB). El sistema es

adecuado para la construcción de

grandes plantas físicas , distribuidas en

el espacio a una distancia de pocos

kilómetros. Debido a la probabilidad de

diferencias de potencial considerables en

diferentes partes del sistema se requiere

proceso galvánico, realizado por

optoacopladores y sistemas de fibra

óptica. Es estandarizado en el

documento EUR 6500

*También se llama Sistema serie


Estructura de un módulo CAMAC

Tres partes se puede separar en cada módulo CAMAC:

- Parte controlada por programa con lógica de decodificación para decodificar la dirección y la función de las memorias intermedias, de entrada y de salida a las líneas de datos, la lógica de control para las señales estroboscópicas S1,S2, Las señales Z y C etc.;

- Parte funcional , Que comprende los principales nodos del módulo - contadores, registros, ADC, DAC, etc.

- Parte de comandos, El panel frontal, que incluye entradas externas, diferentes medios de control (interruptores, potenciómetros, etc.), tableros indicadores, etc.

Los módulos se especializan en tareas particulares: contadores de impulsos, Módulos - multicanal ADC con un multiplexor analógico, analizadores multicanal, circuitos de coincidencia, circuitos de retardo controlados, amplificadores controlados etcétera

La sincronización de la operación se lleva a cabo por medio de dos tipos de ciclos - ciclo de la dirección y el ciclo sin dirección (ciclo-dirección cero). Durante las operaciones del ciclo de dirección, se ejecuta un módulo en particular y una subdirección, mientras que durante el ciclo de dirección-cero las operaciones no tienen una dirección en particular, como la inicialización general y borrado general.

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Apariencia de un solo "crate" de CAMAC con módulos


Desventajas del sistema de CAMAC

Baja velocidad de transferencia - La frecuencia de contacto es 1MHz. Los datos se transmiten en un 8, 16 o 24 bits. Incluso con el cambio de 24 bits la eficiencia es 24Mbit / s o 3 MB / s.

El sistema está destinado a operación de un solo procesador y no hay medios previstos para el arbitraje entre mas procesadores.

Es un bus del sistema.

Espacio de direcciones Limitadas en los módulos - la 4 líneas de dirección sólo permiten 16 subdirecciones.

Los procesadores modernos son de 16, 32 o 64 bit, que es difícil de sincronizar con el bus de24 bits del sistema CAMAC (para la 16 bits – se requieren 2 procesadores CAMAC).

Mecánica costosa y pesada - La falta de flexibilidad en relación con el tamaño de las placas de circuito impreso y de los módulos. En sistemas con un pequeño número de módulos la mayor parte de la "crate" se queda sin usar.

Redundancia en relación con las líneas en el bus (líneas separadas para leer y para las operaciones de escritura).


Es el sistema de CAMAC todavía aplicable?

La respuesta es: sí, aunque en casos limitados. Todavía se aplica por dos motivos:

- а) Hay un número de aplicaciones en experimentos científicos donde no se requiere una alta velocidad de intercambio;

- b) Al igual que en el transporte por ferrocarril, hay un gran número de "crates" y módulos acumulados en un estándar CAMAC (cuenta con más de 25 años de vida!).

- Por esta razón nuevos módulos todavía se están desarrollando en CAMAC, especialmente módulos de interfaz para la transición a BМS más modernas, por lo que el sistema anterior se integra con los nuevos.

Los intentos de mejorar la interfaz de CAMAC se han hecho: la interfaz COMPEX (EUR6500 ) y la norma FASTCAMAC se han desarrollado, desde que el primero no se ha encontrado una amplia aplicación.

Más detalles sobre el CAMAC estándar y FASTCAMAC se puede encontrar en el material adicional "Interfaces de sistema modular (en búlgaro)"


Estándar CAMAC FASTBUS VME Multibus IIEl bus de datos 24 Bits 32 Bits 16/32/ 64 bits 32 bitsBus de direcciones 24 Bits 32 Bits 24/32 Bits 32 bitsDirección / bus de datos

Independiente Multicine Independiente Independiente

Velocidad de transferencia

3MB / s 70 MB / s40 MB / s, 80 MB / s (por VME64)

40 MB / s

Protocolo de transferencia

Sincrónico Asincrónico Asincrónico Asincrónico

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Otros interfaces estándar y BMS

Otros tipos de interfaces estándar: Otros tipos de interfaces estándar: EurobusEurobus,,FuturebusFuturebus VXIVXI ( (VVMebus eMebus eXXtensión para tensión para YoYonstrumentation)nstrumentation) PXIPXI ( (PPCI eCI eXXtendido tendido YoYonterface)nterface) LXILXI ( (LLAN eAN eXXtensiones para tensiones para YoYonstrumentation) etc.nstrumentation) etc.

Consideraremos en detalle las interfaces Consideraremos en detalle las interfaces VMEVME,,VXIVXI y y PXIPXI, así como el LAN-Based , así como el LAN-Based LXILXI, , Que han encontrado una aplicación más amplia después de la interfaz Que han encontrado una aplicación más amplia después de la interfaz CAMACCAMAC..Información más detallada sobre las otras interfaces se puede encontrar utilizando Información más detallada sobre las otras interfaces se puede encontrar utilizando googlegoogle u otros motores de búsqueda con una palabra clave. u otros motores de búsqueda con una palabra clave.


Interfaz estándar EMV

VME bus (Versa Módulo de bus Eurocard) - una interfaz estándar, desarrollada inicialmente para la familia de microprocesadores 68000 de Motorola, que ha encontrado después aplicaciones con microprocesadores, producido por la empresa Intel etc..

La interfaz VME está estandarizada por el IEC como ANSI / IEEE 1014 - 1987. Físicamente Еuromechanics se utiliza en VME.

Desarrollado en 1981 y estandarizada en 1987, La interfaz VME encuentra amplia aplicación en la actualidad. Ha servido como base para la interfaz VXI, ampliamente utilizado hoy en día en los sistemas automáticos de medición,.

Características principales:

- Ancho de bus - 32/64 бита;

- Dirección / Datos - apartado (para VME32), multiplexado (para VME64);

- Tipo de cambio -asincrónico;

- Constructivo - Euromechanics 3U, 6U, 9U;

- Número máximo de módulos en el "crate" - 21;

- Velocidad de transferencia en la variante de 32 bits - 40 MB/s (VME32)y 80 MB/s para VME64;

- En el modo de transferencia de paquete (cuando después de una transmisión de una dirección de una serie de transmisiones de datos de seguimiento)la velocidad puede alcanzar 320 MB/s (para VME64).


Diagrama estructural del bus VME

Está permitido un Está permitido un Alto nivel de paralelismoAlto nivel de paralelismo. . Hay tres tipos de buses Hay tres tipos de buses : paralelo, serial y local. Todos : paralelo, serial y local. Todos los buses VME, VMS y VSB están estandarizados. El bus VME puede direccionar hasta 4GB memoria, y los buses VME, VMS y VSB están estandarizados. El bus VME puede direccionar hasta 4GB memoria, y la potencia de transmisión es desde 24 a 57MB / s.la potencia de transmisión es desde 24 a 57MB / s.

El bus local El bus local VSB es multi-procesador VSB es multi-procesador y puede incorporar y puede incorporar hasta 6procesadores hasta 6procesadores y atender a y atender a 12GB12GB memoria. Ambos procesadores son producidos por la empresa memoria. Ambos procesadores son producidos por la empresa MotorolaMotorola - la serie 6800 y 68000, y - la serie 6800 y 68000, y procesadores de procesadores de IntelIntel, son compatible con ellos. , son compatible con ellos.


Estándar VXI (VMebus eXtensión para Instrumentation - IEEE-STD-1155).

Una desventaja de las normas descritas es que trabajan sobre todo con las señales digitales y no son muy adecuadas para la construcción de sistemas de medición precisos para las señales analógicas.

En 1987 una serie de empresas líderes (Hewlett-Packard, Tektronix, Data Systems Colorado, Racal, Wavetek, y más tarde National Instruments) estableció un consorcio y sentó las bases de la norma VXI. Los requisitos en esta norma son:

- Para satisfacer las exigencias de todo tipo de equipos de medición;

- Tener módulos con pequeño tamaño y masa;

- Para permitir la posibilidad de intercambio de información entre las herramientas;

- Para ser objeto de refresco y la adición de nuevos módulos independientemente del productor.

CPU DMM SO


Cuatro tamaños de la VXIbus módulos

3,9 x 6,3 in.

VME simple altura

B 9,2 x 6,3 in.

VME doble altura

C 9.2 x 13.4 in.

D 14,4 x 13,4 in.

B

D

C


VXI - módulos y buses

Los módulos con tamaño A comprenden: un bus tipo P1; los módulos con tamaño B y C incluyen además un bus tipo P2; y el módulo con el tamaño D incluye también un bus tipo P3.El papel de estos buses es el siguiente:

P1 - VME bus de la computadora de: un bus de datos de 16 bits, un bus de direcciones de 24 bits (16MB espacio de dirección), un Multi-master bus de control. Un bus para la interrupción de prioridad y un bus de utilidades;

P2 - se extiende a los buses VME de: 32 -bits para datos y direcciones (4 GB espacio de dirección); P2 añade también: un bus 10MHz , un bus TTL y un bus ECL de disparo, un bus local de 12 pin , un bus de suma analógica, un bus para la identificación de los módulos (Id de módulo) y un bus de fuente de suministro;

P3 - añade: un bus 100MHz tact, un bus ECL de disparo, un bus ECL de un tipo de estrella, un bus local de 24 pin y un bus de fuente de suministro.


VXI bus -arquitectura de bus

Slot 0Controlador

Bus de disparo

VME -bus

Reloj y buses de sincronización (Relojes, SYNC100, id de módulo, buses estrella)

VXIInstr.

VXIInstr.

VXIInstr.

VXIInstr.

Local bus

Bus analógico


Propósito de los buses

Bus Reloj -distribuye las frecuencias tact desde el manager de recursos (controlador) en la ranura 0. Contiene 3líneas:10MHz (Clc10), 100 MHz (CLC100) Y una señal de sincronización (SYNC100).

Bus de disparo -sincroniza la operación de los módulos de medición. Contiene 8 Líneas y disparo TTL 6Líneas ECL.

bus local -contiene 12 líneas para conexión local directa entre dos módulos vecinos sin control redundante del manager.

Bus analógico -un bus de suma a lo largo de toda la longitud del chasis, cargado con 50 Ohms. Resume las señales de módulos separados para obtener señales complejas con la forma deseada por el usuario.

Línea para la identificación de los módulos (Id de módulo).Es utilizado por el controlador para la recuperación de la información de los módulos (ubicación - ranura, dirección, capacidades funcionales, productor, número de serie, etc.)

Abastecimiento de la energía bus - garantiza tensiones de suministro para las 7 líneas

Sincronización bus de tipo estrella (Bus STAR) - para la sincronización simultánea de los módulos seleccionados a partir el controlador de la ranura 0, colocado en el centro de la estrella.


Tipos de módulos en VXI estándar

Dispositivos de registro programables -estos son dispositivos con una construcción más simple, que no requiere procedimientos de programación complejos, tales como ADC, DAC, los módulos de conmutación, etc.

Dispositivos de instrucciones programables -estos son más complejas dispositivos “inteligentes” de medición en el sistema. Ellos cambian la información con los CSs, así como entre ellos mismos por medio de instrucciones de código ASCII, siendo así mas fácil programarlos y reprogramarlos.

Los otros dos tipos son controlado por dispositivos de memoria y los llamados dispositivos expandidos. Se utilizan con mayor frecuencia los dos primeros tipos.

El despliegue de los módulos no tiene ninguna importancia. Sólo el administrador de los recursos - el controlador - se coloca en la ranura 0.


3 configuraciones generales del sistema VXI

IEEE-488controlador

Embedded

VXIbuscontrolador

MXIcontrolador

488a

VXI

DMM SO

MXI DMM SO

CPU DMM SO


VXIbus configuración con IEEE-488

IEEE-488 Controlador

488къмVXI

488къмVXI

Para otra VXIbus "crates" y IEEE-488 dispositivos

IEEE-488cable

Uno de los métodos más populares y más conveniente para los usuarios de ordenadores personales. Se requiere que cada soporte (chasis) tenga un controlador separado en la ranura 0. Puede controlar hasta 168 módulos. El costo es bajo. Una desventaja es la relativamente baja velocidad de operación (hasta 1 MB / s).


Un sistema con una PC

VXIbus integrado controlado con un PC

CPU DMM SO

El controlador integrado es la forma más fácil de construir un sistema de automatización VXI. Tiene las mismas capacidades y la periferia como un ordenador personal. La velocidad es la más alta -hasta 40 MB / s, pero el número de módulos se limita a 12.


Compatibilidad con el estándar MXI

MXIbus controlador

MXI

MXI

Para otra 5 MXIbus "crates"

Compatible con la norma MXI (Interfaz de extensión multisistema). Acelera considerablemente el funcionamiento del sistema. Existen versiones para DOS y Windows pero funciona con más frecuencia con la plataforma UNIX. Hasta 8 conexiones son posibles con 20 m cable. Controla hasta 84 VXI módulos. La velocidad es buena -hasta 20 MB / s.


Módulo de medición VXI y el chasis


Estándar PXI (PCI eXtensión Interface).

Un sistema modular de herramientas basado en el bus PCI (Peripheral Component Interconnect). Desarrollado en 1997 por la alianza PXISA (Alianza de Sistemas PXI) que consiste en 68 empresas y con la participación activa de la empresa National Instruments.

Sobre 1000 diferente módulos PXI se producen hoy en día. PXI combina las ventajas de los tiempos modernos y tecnologías de conmutación.

El usuario tiene la posibilidad de diseñar un sistema PXI a su propia voluntad mediante la selección de todo, es necesario para la realización de una tarea determinada: un controlador, una caja, un ADC, un DAC, entradas-salidas digitales, etc.

PXI ofrece productos para la acumulación de datos con velocidad y precisión en el rango 60 S / s [muestras por segundo]en precisión de 24 –bit hasta 1 GS / s en exactitud de 8 - bits.

Los dispositivos PXI para diferentes propósitos pueden tener hasta 64 canales para entrada analógica, 2 canales de salida analógica y 32 líneas para las entradas / salidas digitales.

La arquitectura de los PXI está diseñada para las pruebas y medidas en condiciones industriales severas mejor que un PC estándar. PXI está cerca de las capacidades y de la arquitectura al estándar VXI y por lo tanto no se considerará esta norma en detalle aquí.

(información más detallada sobre PXI y PXISA se puede encontrar en el sitio www.pxisa.org)

http://www.pxisa.org/


Sistema de medición PXI y un módulo


Estándar LXI (LAN eXtensiones de Instrumentation) - razones para el desarrollo

Desventajas de las interfaces estándar existentes. Nos limitaremos a hablar de las interfaces estándar ampliamente extendidas IEEE-488 (GPIB), VXI y PXI:

GPIB:- Baja velocidad de transferencia

- Requiere PCB adicional en el PC

- Caro E / S tarjetas y cables

- Máximo 14 dispositivos

VXI:- Arquitectura Cara y módulos básicos

- Caras no estándar entrada / salida (estándar MXI)

- Número limitado de módulos

- Requiere un controlador en la ranura 0

PXI:- Además de los inconvenientes mencionados anteriormente, VXI también tiene :

- Los problemas, relacionados con el tamaño, la potencia y las perturbaciones electromagnéticas

VXI y PXI tiene: limitaciones constructivas y problemas en el uso de varios dispositivos de medición (que a veces imponen utilizar más de un estándar en un sistema de medición), gastos adicionales para la conexión de LAN.


Estándar LXI - características principales - 1

Entrada / salida de alta velocidad, sobre la base de LAN Estándar Ethernet IEEE 802.3 para definir conexiones, protocolos, velocidad, direcciones, etc.. Fue presentado en 2004 por Agilent y un consorcio de 40 empresas. Versión 1.0 - en 2005.

- Conexiones - conectores estándar RJ-45;lo apoya la función Auto MDIX para el reconocimiento automático de la polaridad de la conmutación de la red por cable.

- Protocolos - los dispositivos tienen que soportar los protocolos TCP,UDP (y IPv4 - protocolo de Internet de trabajo, versión 4, y ahora ya IPv6).

- Velocidad - interfaz Ethernet es recomendada con una velocidad de 1Gbit/s (También se permite 100Mbit/s)y función para el ajuste automático de la velocidad óptima. Las tendencias son 10Gbit / s y mucho más.

- Direcciones - los dispositivos LXI tienen soporte dirección-IP (definido por el servidor), -dirección-MAC (definido por el fabricante)y nombres de los sistemas de acogida (dada por el usuario).

- Configuración - los dispositivos tienen que soportar el protocolo ICMP (protocolo de Internet de trabajo para los mensajes de control), asignación direcciones-IP de acuerdo con el protocolo DHCP, manual y DNS dinámico.


Estándar LXI - Características clave - 2

Elimina módulos básicos caros (Controladores de slot 0, GPIB y MXI tarjetas etc..)

Utiliza conexiones a los equipos estándar (y simple). Factor de forma más pequeño que con GPIB (Con la misma precisión,

resolución y, ancho de banda) Permite el control remoto de herramientas y sistemas de medición. Identificación automática de los dispositivos de medición, cambiando al

usuario del PC y a la configuración de las interfaces . Compatibilidad con dispositivos de medición, que tiene otros tipos de

interfaces: GPIB, USB, Ethernet / LAN, RS-232 y VXI, producido por diferentes empresas.

Posibilidad de funcionamiento con preferencia por el software de programación del usuario: Agilent VEE Pro, NI LabVIEW, Microsoft Visual Studio ® etc..

Control confiable de los dispositivos de medición, combinado con una alta eficiencia.


Estándar LXI - Características clave - 3

Al instalar las librerías IO Suite 140.2 y la Conexión Expert integrada el problema con el dispositivo de conmutación y la integración del sistema se resuelve rápidamente.

- A los efectos el usuario instala librerías IO Suite en su PC y cambia los cables a USB, Ethernet / LAN, RS-32 o GPIB dispositivos de. En menos de 15 minutos, el usuario tiene la correcta conexión del sistema, que está listo para trabajar.

Cada dispositivo en la norma LXI debe ser capaz de servir su propia pagina WEB los datos fundamentales sobre el dispositivo, el número de modelo, el número de serie, la descripción, el nombre del host del sistema, MAC la dirección y el IP dirección.

Las principales áreas de aplicación de los sistemas, basados en la norma LXI son los complejos de medición automáticos, los sistemas de adquisición y control de los procesos industriales de datos a distancia, la robótica etcétera


Estándar LXI - sincronización y clases de dispositivos - 1

LXI asegura posibilidades únicas para el inicio y la sincronización, sobre la base de las capacidades de los LAN y el protocolo de sincronización de tiempo IEEE 1588 - dos modos, que no están presentes en GPIB, PXI y VXI.

Tres clases de dispositivos en LXI - C, B y A- hay estas posibilidades:

- Clase C - una clase básica, sobre la base de la interfaz LAN y los protocolos sobre la función LAN, la interfaz del controlador IVI y las páginas WEB, junto con las recomendaciones relacionadas con el suministro de energía, enfriamiento, tamaños, etc. . Esta clase es obligatoria para todos los dispositivos de medición de LXI.

- Clase B - que incluye todos los requisitos de la clase C , y, además, el protocolo para la sincronización de tiempo de la norma IEEE 1588. Esto permite la sincronización de microsegundos de las unidades LXI, situados en puntos arbitrarios de la red local o en lugares remotos. También se añaden protocolos para mensajes en un rango de red y multi-dirección (obligatoria en las clases A y B y permitida en la clase C).


Estándar LXI - sincronización y clases de dispositivos - 2

- Clase A - que incluyen los requisitos de las clases C y B y un bus de disparo para iniciar el

hardware (similar a la que, en VXI). Contiene 8 líneas con señales diferenciales y retardos,

bajo 5 ns / m para los dispositivos vecinos. Los llamados dispositivos sintéticos desarrollados

serán de clase A.

Para las clases B y A es posible por medio de señales en los paquetes para LAN

a partir de cualquiera de los dispositivos en la red (PC o dispositivo). Mensajes

Multi-dirección para el inicio de todos los dispositivos en la red también son

posibles. Los mensajes de un rango pueden iniciar un escenario para la medición o

puede transferir datos entre los dispositivos LXI sin la intervención de la

computadora principal en la red.


Módulos de medición LXI

En conclusión En conclusión podemos decir: Habiendo heredado la podemos decir: Habiendo heredado la variedad física de los dispositivos variedad física de los dispositivos desde desde el GPIB estándar y utilizando el GPIB estándar y utilizando pequeños logros modernos de las tecnologías de red, pequeños logros modernos de las tecnologías de red, LXILXI es es un un estándar universal y barato de alta velocidad, útil para los fines de la ASestándar universal y barato de alta velocidad, útil para los fines de la AS ..La pequeña cantidad de dispositivos, producidos siguiendo esta norma, es algo que cambia con el La pequeña cantidad de dispositivos, producidos siguiendo esta norma, es algo que cambia con el tiempo y, además, la tiempo y, además, la LXI es muy conveniente para la construcción de sistemas híbridos LXI es muy conveniente para la construcción de sistemas híbridos sobre sobre la base de listas de nodos desde las ampliamente usadas normas GPIB, VXI y PXI.la base de listas de nodos desde las ampliamente usadas normas GPIB, VXI y PXI.

Las clases en LXI Las clases en LXI


Clases LXI y sistemas disparador (iniciar)

Podemos ver que en el Podemos ver que en el

estándar LXI las estándar LXI las

posibilidades de iniciar posibilidades de iniciar

los dispositivos y el los dispositivos y el

proceso de medición proceso de medición

son son muy variada en muy variada en

las tres claseslas tres clases

Inicio Hardware (5ns / m)Inicio Hardware (5ns / m) se utiliza si es necesario: se utiliza si es necesario:

-La repetición frecuente de pequeñas desviaciones de tiempo (jitter); - baja latencia y pequeñas distancias.-La repetición frecuente de pequeñas desviaciones de tiempo (jitter); - baja latencia y pequeñas distancias.

Tiempo de Inicio base en (<100 ns)Tiempo de Inicio base en (<100 ns) se utiliza si es necesario: se utiliza si es necesario:

-muy baja latencia (las distancias no importa); - tablao preliminar de los eventos.-muy baja latencia (las distancias no importa); - tablao preliminar de los eventos.

LAN start (<1 ms)LAN start (<1 ms) se utiliza si: - Los dispositivos están muy lejanos; - nuestro objetivo es time-stamp para se utiliza si: - Los dispositivos están muy lejanos; - nuestro objetivo es time-stamp para

revisara los datos guardados; - para la eliminación del cableado del sistema de prueba revisara los datos guardados; - para la eliminación del cableado del sistema de prueba


Sistema de medición híbrido


Software para los estándares GPIB (IEEE-488), VXI, PXI иLXI

VISA (Virtual Instrument Software Architecture). Un estándar para interfaces de programación con el propósito de medición y control automático. El entorno es de alto nivel y llama a los controladores de bajo nivel con la correspondiente herramienta de interface (IEEE-488, VXI, PXI etc..). Está contenido en la librería LXI IO Suite 14.2.

Software, basado en lenguajes de alto nivel:

- А) Software para servir a un dispositivo en particular o clase de dispositivos:

- Bench Virtual (National Instruments) - para el control de 6 tipos de herramientas integradas de computación -osciloscopio, multímetro, generador de señales, analizador lógico, etc..

- BenchLink (Hewlett-Packard) - Controla casi las mismas herramientas, que son autónomas aquí.

- WaveWriter (Tektronix) - Para la realización del control de los generadores de señales y osciloscopios digitales VXI autónomos o modular.


Software para el GPIB normas (IEEE-488), VXI, PXI y LXI

- B)Software para el desarrollo de aplicaciones de usuario:

- LabWindows / CVI (National Instruments) - Un paquete de programación, sobre la base de los lenguajes С y С + +. Equipado con más de 500 herramientas de controladores, un conjunto de funciones específicas para el procesamiento de señales, etc.

- ComponentWork (National Instruments) - basado en el lenguaje Visual Basic.

- HP BASIC (Hewlett-Packard) - Una versión de BASIC, optimizado para los propósitos de prueba y medición.

- LabView (National Instruments) - Entorno de desarrollo para la programación gráfica, basado en el lenguaje G para la construcción y el control de las herramientas de medición virtuales. Contiene controladores integrados para las interfaces estándar (IEEE-488, VXI, PXI, LXI) (ver el material adicional acerca de LabView).

- HP VEE (Hewlett-Packard) -También gráfica, cerca de la funcionalidad de LabVIEW.

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Una herramienta virtual y un diagrama de Una herramienta virtual y un diagrama de bloques en LabViewbloques en LabView

Herramienta virtual, Herramienta virtual, de acuerdo con una definición de acuerdo con una definición dada por la empresa National Instruments es:dada por la empresa National Instruments es:"una "una combinación de elementos de hardware y software, combinación de elementos de hardware y software, que bajo el control de un ordenador personal obtiene que bajo el control de un ordenador personal obtiene la funcionalidad de una herramienta clásica de la funcionalidad de una herramienta clásica de medición de laboratoriomedición de laboratorio". Las figuras muestran un panel ". Las figuras muestran un panel frontal y un diagrama de bloques de una herramienta tal.frontal y un diagrama de bloques de una herramienta tal.

Panel frontalPanel frontal• Los controles son entradasLos controles son entradas• Los indicadores son salidasLos indicadores son salidas

Diagrama de bloquesDiagrama de bloques• Programa gráfico, que representa el panel Programa gráfico, que representa el panel

frontalfrontal• Los elementos están conectados entre sí por Los elementos están conectados entre sí por

medio de conductoresmedio de conductores

Nota. LosNota. Los símbolos en símbolos en LabView LabView se acercan a los de se acercan a los de Electrónic WorkBench/MultisimElectrónic WorkBench/Multisim y hay y hay una evolución de su integración en un entorno unificado.una evolución de su integración en un entorno unificado.


Sistemas para el control de procesos tecnológicos - 1

Los estándares y sistemas, descritos hasta ahora, encuentran aplicación principalmente en el área de los sistemas automáticos de medición y equipos de prueba en la industria.

Industrial Control Systems - ICS se utilizan para el control y automatización de procesos tecnológicos. Usualmente se utilizan en la producción de energía eléctrica, sistemas de agua, la industria química, el transporte, así como en instalaciones experimentales y la investigación de los laboratorios nucleares.

Una amplia gama de acciones y adquisición de datos remota a grandes distancias es típico para muchos de estos sistemas. Este es el caso de la automatización de transporte ferroviario, la automatización de los sistemas energéticos, los recursos de agua, la industria agraria, etc.

Independientemente del hecho de que los sistemas ICS tienen características comunes, se diferencian considerablemente uno de otro. Podemos dividirlos condicionalmente en tres grupos principales:

Control de Supervisión y Adquisición de Datos - SCADA

Sistemas de Control Distribuido - DCS

Otros sistemas de configuraciones de control, construidas con controladores lógicos programables (Controladores Lógicos Programables - PLC).



Vamos a echar un vistazo a los sistemas SCADA,DCS y PLC y sus arquitecturas y componentes típicos. Las aplicaciones reales de la ICS pueden ser híbridas. Lo que es característico de cada uno de estos sistemas es la siguiente:

- SCADA - sistemas fuertemente distribuidos, utilizado para el control de objetos distantes geográficamente (hasta miles de kilómetros cuadrados); adquisición de datos centralizada y procesamiento y generación de efectos de control.

- Las áreas típicas: transporte ferroviario, transporte, red eléctrica, gasoductos, oleoductos, el sistema para la distribución de los recursos hídricos etc.; vigilancia y control centralizados de los objetos y el procesamiento de las alarmas; la información es transmitida a grandes distancias por medio de una red informática.

- Se producen sobre la base de los comandos de control de información recibidos y procesados y son enviados de vuelta a los dispositivos remotos (campo). Los dispositivos de campo realizan acciones locales, tales como la apertura y cierre de las válvulas y los interruptores, la adquisición de datos de los sensores, la vigilancia de las condiciones de alarma en el medio ambiente.

- Se utilizan conexiones globales, sobre la base de las redes de largo alcance de tipo WAN .



- DCS - distribución media o baja; áreas típicas: refinerías de petróleo, estaciones, electro-

químicas, plantas farmacéuticas y de alimentación, automoción y otros tipos de producción,

Hay por lo general dos niveles.

- En el nivel inferior los sub-sistemas separados, llevan a cabo el control local de los objetos

por los reguladores, apoyan al proceso en los límites, predeterminados por el nivel superior

de los valores. Los reguladores son generalmente PID (con, la acción integral y la acción

derivativa). Frecuentemente realizado con dispositivos PLC.

- El ajuste se lleva a cabo por el nivel superior, el cual es responsable de la coordinación de

las conexiones entre los sub-sistemas separados, así como para la optimización global de la

producción.

- Debido a la relativa proximidad de los subsistemas por separado redes locales

especialmente (LAN) se utilizan por lo general como un sistema de comunicación.


Sistemas para el control de procesos tecnológicos -4

- PLC – Dispositivos МP, control directo de las instalaciones y procesos industriales. La

conexión a los objetos en todos los sistemas SCADA y DSC se realiza por medio de ellos.

- A menudo son los componentes básicos de los sistemas más pequeños para el control

operacional de los sistemas discretos, como las líneas de montaje en la industria.

- Las áreas típicas: automatización de procesos industriales en la producción continua y

discreta. Ambos tipos de producción utilizan los mismos sistemas de control, sensores y

redes. También hay sistemas híbridos con propiedades características, para ambos tipos.

- A pesar de que se utilizan casi los mismos elementos estructurales, hay ciertas diferencias

entre los sistemas de control separados. Con DSC y PLC los objetos se encuentran en el

espacio limitado de una planta y utilizan las tecnologías LAN. Con sistemas DSC y PLC

contornos cerrados con retroalimentación se utilizan en mayor medida y el proceso de

control de producción es mucho más complejo que con sistemas SCADA.


Acción ICS

- El esquema es un clásico. Un controlador (regulador) por lo general sirve para la conexión del ICS con el

objeto controlado, como se muestra en la figura.

- El diagrama contiene:El diagrama contiene:

- Control de contorno: Control de contorno: circuito cerrado -circuito cerrado -

proceso controlado, sensor para medir el proceso controlado, sensor para medir el

estado del proceso, dispositivo de control estado del proceso, dispositivo de control

(por ejemplo PLC) y un actuador (por ejemplo PLC) y un actuador

(válvula, interruptor, cambiar). La (válvula, interruptor, cambiar). La

cantidad controlada se mide por el cantidad controlada se mide por el

sensor, que se transfiere al controlador, sensor, que se transfiere al controlador,

que interpreta y lo compara con un valor que interpreta y lo compara con un valor

predeterminado y produce una señal de predeterminado y produce una señal de

control para el actuador. Como el control para el actuador. Como el

proceso está bajo la influencia de las proceso está bajo la influencia de las

perturbaciones externas, el contorno de perturbaciones externas, el contorno de

control funciona de forma continua. control funciona de forma continua.


Acción ICS (cont.)

- Interfaz Hombre-Máquina - IHM. Los operadores y los ingenieros utilizan HMI con el fin de

controlar el proceso, para corregir los ajustes y los parámetros del controlador y, finalmente,

cambiar los algoritmos de control. Esta es la forma en que obtienen información sobre el

estado actual del proceso.

- Diagnóstico y mantenimiento remoto. Los procedimientos para el diagnóstico y

mantenimiento a distancia se utilizan para la identificación, prevención y eliminación de

daños en el equipo de control.

- Un sistema ICS posee, en consecuencia, una arquitectura de red de múltiples capas y un

conjunto de protocolos de red con el fin de apoyar el funcionamiento del contorno de control,

HMI y los diagnósticos remotos. Es característico para todos los contornos en el sistema que

funcionan de manera continua y el ciclo de cambio de las cantidades en ellos varía de

milisegundos a minutos.


Componentes básicos del ICS

Control de servidor. Contiene el software DSC o PLC diseñado para comunicarse con los dispositivos de control en el bajo nivel del sistema. Este software tiene acceso a los módulos subordinados a través de la red ICS .

Servidor SCADA, Unidad Terminal Maestro - MTU. Controla el intercambio de información en el sistema SCADA. Los nodos terminales remotos, así como los dispositivos PLC juegan un papel subordinado (Esclavos).

Unidad Terminal Remota - RTU. Diseñado para adquirir información y para controlar las estaciones remotas SCADA. Se trata de un dispositivo de campo, generalmente equipado con interfaz de radio inalámbrica. A veces, las PLCs han incorporado funciones de RTU y se utilizan como dispositivos de campo;

Programación del controlador lógico (PLC). El PLC es un dispositivo МD (equipo industrial), diseñado inicialmente para funciones lógicas simples y de control de los circuitos eléctricos (relés, interruptores, contadores). Hoy en día las PLCs ya tienen la capacidad de controlar procesos mucho más complejos y son elementos básicos en los sistemas SCADA y DSC. Hay otros dispositivos, tales como reguladores y RTU. Tienen funciones de control similares, pero están diseñadas para aplicaciones especiales.


Componentes básicos del ICS (cont.)

Intelligent Electronic Device - IED. IED es un nodo "inteligente", que consiste en un sensor y un actuador. Adquiere datos, comunica con otros dispositivos, lleva nuestro procesamiento y control local. Puede contener un sensor analógico, la salida analógica para el accionador, el módulo de comunicación y la memoria de programación. Se utiliza para la regulación automática a nivel local.

Interfaz hombre-máquina (HMI). HMI contiene software y hardware, que permite a los operadores controlar el proceso de control, para cambiar los ajustes en ella con el objetivo de optimización, y en caso de emergencia para apagar el sistema automático y tomar el control manual sobre el proceso.

Histograma de Datos. Una base de datos centralizada (DB), en el que toda la información acerca de los procesos en la ICS es almacenada. Se utiliza para diversos análisis, desde informes estadísticos hasta la planificación a nivel corporativo.

Servidor E / S. Un componente de control, responsable de la adquisición, almacenamiento en búfer y el acceso a la información sobre el proceso, procedente de sub-sistemas, tales como PLC, RTU y IED. Físicamente puede estar ubicado en el servidor de control o en un PC independiente. Se comunica con los otros componentes del sistema de control - la HMI y el servidor de control.


Componentes de red de ICS

En cada nivel de la construcción jerárquica ICS hay diferentes requisitos hacia la red de ordenadores. Las topologías de red utilizadas en los sistemas ICS pueden diferir de las topologías en los sistemas modernos en gran medida, ya que los sistemas modernos utilizan tecnologías y estrategias de Internet para la integración corporativa. Los componentes básicos de la red de un ICS se describen a continuación :

- Bus de campo. Conecta los sensores y los otros dispositivos de campo a la PLC, así como a otros tipos de controladores. Los sensores se comunican con los controladores a través del bus de campo, utilizando un desarrollado especial para este propósito.

- Red de control. La red de control conecta el nivel de supervisión del sistema de control con los m módulos de control en el nivel inferior.

- Routers de Comunicación. Transfieren la información entre dos redes, como en las redes globales para la conexión entre LAN y WAN. Se utilizan también en sistemas SCADA pero con mayor frecuencia se utilizan para la conexión entre MTU y RTU.


Componentes de red de ICS (cont.)

- Firewalls. Protegen los dispositivos en una red mediante la supervisión y controlando si los paquetes recibidos son compatibles con la estrategia preliminar elegida de filtrado.

- Módems. Ellos convierten las señales digitales de la serie, en señales adecuadas para la transmisión en el teléfono y viceversa. A menudo se utilizan en SCADA para la conexión en serie entre la MTU y los dispositivos de campo remotos. Sistemas de acceso remoto a SCADA, DSC y PLC también pueden ser asegurados por ellos. Este acceso a distancia puede utilizarse para la interceptación del control de tales sistemas, es decir, para el cambio de parámetros de control, así como para fines de diagnóstico.

- Puntos de acceso remoto. Dispositivos especiales utilizados en áreas separadas de la red de control para la conexión remota a él.

Las próximos diapositivas dan ejemplos de la arquitectura de SCADA, DCS y Sistemas PLC


Sistema SCADA -arquitectura


Sistema DCS -arquitectura


Arquitectura de un pequeño sistema de PLC

PLCs se utilizan tanto en sistemas SCADA, y en DCS como elementos de bajo nivel del sistema jerárquico, lo que garantiza las funciones de control a este nivel y la retroalimentación del proceso .

También se pueden utilizar como elementos en pequeñas configuraciones independientes, donde desempeñan el papel principal (figura de la derecha).


Las diferencias entre los ICS e Informática de sistemas

En el pasado:

- ICS: especialmente se desarrollo hardware, software y protocolos de red patentadas. Funciones separadas de seguimiento y control de la influencia de la conectados externamente a la ICS redes informáticas. Poca atención a las cuestiones de seguridad, que solía ser sobre la base de la seguridad física (guardias, puertas cerradas,)

Hoy:

- Modelo, basado en Internet, ofreciendo un montón de comodidades. Los sistemas SCADA, que son altamente eficientes y ampliamente extendidos, están al mismo tiempo, sin protección. El uso de l TCP / IP en SCADA junto con la nueva Informática asegurar una mejor conexión, pero hace que sus redes sean potencialmente vulnerables a la interrupción del servicio, la redirección de los procesos y la manipulación de los datos operativos, que puede conducir a la violación de la paz y de problemas con el suministro de infraestructuras de importancia crítica social.

Nota: Las preguntas acerca de la seguridad del ICS y, en particular, de SCADA son complejas y se discutirán en otros cursos; más información sobre el tema se puede encontrar en el material adicional SCADA_y_seguridad. Pdf

Interfaces and standards in AS – task5_2 1 Sistemas automatizados Módulo 5 - Interfaces y normas...

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