4.2.2 Обслуговування запитів від модулів КАМАК
Схема проходження L-запиту в контролері крейта наведена на рис. 4.5.
Рисунок 4.5 – Проходження запитів від модулів КАМАК
23 лінії L-запитів і запит на переривання по Х-відповіді модуля комутуються на 8-розрядне комутаційне поле запитів. При проходженні сигналу запиту у відповідному розряді старшого байта РЗМ з’являється 1. Молодший байт РЗМ служить маскою, за допомогою якої можна управляти механізмом проходження переривань по 8 каналам. Якщо маскою дозволене переривання, то при його появі розряд 7 РКС встановлюється в 1, що служить індикатором переривання. Біт 6-го розряду РКС маскує або дозволяє переривання. Якщо він установлений в 1 (дозвіл переривання), задіється модуль керування перериваннями, який запускає відповідну програму обробки переривання, якщо в 0 (заборона переривання) – переривання блокується.
РСБ – 8-розрядний регістр, служить для тимчасового зберігання старшого байта 24-розрядного слова КАМАК при обміні інформацією з 16-розрядною ЕОМ.
Інтерфейс RS–485, основні характеристики.
Стандарт RS-485 був спільно розроблений двома асоціаціями виробників: Асоціацією електронної промисловості (EIA – Electronics Industries Association) і Асоціацією промисловості засобів зв’язку (TIA – Telecommunications Industry Association). EIA колись маркувала всі свої стандарти префіксом "RS" (рекомендований стандарт). Багато інженерів продовжують використовувати це позначення, однак EIA/TIA офіційно замінив "RS" на "EIA/TIA" з метою полегшити ідентифікацію походження своїх стандартів. На сьогоднішній день, різні розширення стандарту RS-485 охоплюють широке коло додатків.
Інтерфейс RS-485 – один з найпоширеніших стандартів фізичного рівня зв’язку моделі взаємодії відкритих систем OSI.
Мережа, побудована на інтерфейсі RS-485, являє собою приймачі-передавачі, з’єднані за допомогою скрученої пари – двох скручених проводів. В основі інтерфейсу RS-485 лежить принцип диференціальної (балансової) передачі даних. Суть його полягає в передачі одного сигналу по двох проводам. Причому по одному провіднику (умовно A) іде оригінальний сигнал, а по іншому (умовно B) – його інверсна копія. Інакше кажучи, якщо на одному проводі "1", то на іншому "0" і навпаки. Таким чином, між двома проводами скрученої пари завжди є різниця потенціалів: при "1" вона позитивна, при "0" – негативна.
Рисунок 4.9 – Сигнали на лініях інтерфейсу RS-485
Саме цією різницею потенціалів і передається сигнал. Такий спосіб передачі забезпечує високу стійкість до синфазної завади. Синфазною називають заваду, що діє на обидва проводи лінії однаково. Приміром, електромагнітна хвиля, проходячи через ділянку лінії зв’язку, наводить в обох проводах потенціал. Якщо сигнал передається потенціалом в одному проводі відносно Основне завдання в організації протоколу – змусити всі пристрої розрізняти керуючі байти і байти даних. Приміром, ведений пристрій, одержуючи по лінії потік байтів, повинен розуміти, де початок посилки, де кінець і кому вона адресована.
Протоколів існує безліч і можна придумати ще більше, але краще користуватися найбільш уживаними з них. Одним зі стандартних протоколів послідовної передачі є Modbus, його підтримку забезпечують багато виробників промислових контролерів.
сигнал відносно добре поглинаючого наведення загального ("землі"). Крім того, на опорі довгого загального проводу буде падати різниця потенціалів земель – додаткове джерело спотворень. А при диференціальній передачі спотворення не відбувається. Справді, якщо два проводи пролягають близько один до одного, так ще скручені, то наведення на обидва проводи однакові. Потенціал в обох однаково навантажених проводах змінюється однаково, при цьому інформативна різниця потенціалів залишається без змін.
Апаратна реалізація інтерфейсу – мікросхеми приймачів-передавачів з диференціальними входами/виходами (до лінії) і цифровими портами (до портів UART контролера). Існують два варіанти такого інтерфейсу: RS-422 і RS-485.
RS-422 – повнодуплексний інтерфейс. Приймання і передавання йдуть по двох окремих парах проводів. На кожній парі проводів може бути тільки по одному передавачі.
Основне завдання в організації протоколу – змусити всі пристрої розрізняти керуючі байти і байти даних. Приміром, ведений пристрій, одержуючи по лінії потік байтів, повинен розуміти, де початок посилки, де кінець і кому вона адресована.
Протоколів існує безліч і можна придумати ще більше, але краще користуватися найбільш уживаними з них. Одним зі стандартних протоколів послідовної передачі є Modbus, його підтримку забезпечують багато виробників промислових контролерів.
Протокол Modbus.
Modbus – комунікаційний протокол, заснований на архітектурі «клієнт-сервер». Широко застосовується в промисловості для організації зв’язку між електронними пристроями. Може використовувати для передачі даних послідовні лінії зв’язку RS-485, RS-422, RS-232, а також мережі TCP/IP (Modbus TCP).
Modbus був розроблений фірмою Modicon (у цей час належить Schneider Electric) для використання в її контролерах з програмованою логікою. Уперше специфікація протоколу була опублікована в 1979 році. Це був відкритий стандарт, що описує формат повідомлень і способи їхньої передачі в мережі, що складається з різних електронних пристроїв.
Спочатку контролери MODICON використовували послідовний інтерфейс RS-232. Пізніше став застосовуватися інтерфейс RS-485, тому що він забезпечує більш високу надійність, дозволяє використовувати довші лінії зв’язку й підключати до однієї лінії кілька пристроїв.
Багато виробників електронного обладнання підтримали стандарт, на ринку з’явилися сотні виробів, що його використовують. У цей час розвитком Modbus займається некомерційна організація Modbus-IDA, створена виробниками і користувачами електронних приладів.
Modbus належить до протоколів прикладного рівня моделі OSI. Контролери на шині Modbus взаємодіють, використовуючи клієнт-серверну модель, засновану на транзакціях, що складаються із запиту і відповіді.
Звичайно в мережі є тільки один клієнт, так званий, «головний» (англ. master) пристрій, і кілька серверів — «підлеглих» (slaves) пристроїв. Головний пристрій ініціює транзакції (передає запити). Підлеглі пристрої передають запитувані головним пристроєм дані, або роблять запитувані дії. Головний може адресуватися індивідуально до підлеглого або ініціювати передачу широкомовного повідомлення для всіх підлеглих пристроїв. Підлеглий пристрій формує повідомлення й повертає його у відповідь на запит, адресований саме йому. При одержанні широкомовного запиту повідомлення відповіді не формується.
Специфікація Modbus описує структуру запитів і відповідей. Їхня основа – елементарний пакет протоколу, так званий PDU (Protocol Data Unit). Структура PDU не залежить від типу лінії зв’язку і містить у собі код функції та поле даних. Код функції кодується однобайтовим полем і може набувати значення в діапазоні 1...127. Діапазон значень 128...255 зарезервований для кодів помилок. Поле даних може бути змінної довжини. Розмір пакета PDU обмежений 253 байтами.
Modbus PDU
|
номер функції
|
дані
|
1 байт
|
N < 253 (байт)
|
Рисунок 4.13 – Структура пакету Modbus PDU
Для передачі пакета по фізичних лініях зв’язку PDU поміщається в інший пакет, що містить додаткові поля. Цей пакет зветься ADU (Application Data Unit). Формат ADU залежить від типу лінії зв’язку.
Існують три основних реалізації протоколу Modbus, дві для передачі даних по послідовних лініях зв’язку, як мідних (RS-485, RS-422, RS-232), так і оптичних і радіо:
Modbus RTU і
Modbus ASCII,
і для передачі даних по мережах Ethernet поверх TCP/IP
Загальна структура ADU наступна (залежно від реалізації, деякі з полів можуть бути відсутні):
адреса веденого пристрою
|
код функції
|
дані
|
блок виявлення помилок
|
Де адреса веденого пристрою – адреса підлеглого пристрою, до якого адресований запит. Ведені пристрої відповідають тільки на запити, що надійшли на їх адресу. Відповідь також починається з адреси що відповідає веденому пристрою, яка може змінюватися від 1 до 247. Адреса 0 використовується для широкомовної передачі, її розпізнає кожний пристрій, адреси в діапазоні 248...255 – зарезервовані;
номер функції – це наступне однобайтове поле кадру. Воно говорить веденому пристрою, які дані або виконання якої дії вимагає від нього ведучий пристрій;
дані – поле містить інформацію, необхідну веденому пристрою для виконання заданої майстром функції або містить дані, передані веденим пристроєм у відповідь на запит ведучого. Довжина й формат поля залежить від номера функції;
блок виявлення помилок – контрольна сума для перевірки відсутності помилок у кадрі.
Максимальний розмір ADU для послідовних мереж RS232/RS485 – 256 байт, для мереж TCP – 260 байт.
У діючій у цей час специфікації протоколу визначаються три категорії кодів функцій:
1) стандартні команди – їхній опис повинен бути опублікований і затверджений Modbus-IDA. Ця категорія містить у собі як уже визначені, так і вільні в цей час коди.
Стандартними командами Modbus є:
1 (01h) – читання значень із декількох регістрів прапорів (Read Coil Status);
2 (02h) – читання значень із декількох дискретних регістрів (Read Discrete Inputs);
3 (03h) – читання значень із декількох регістрів зберігання (Read Holding Registers);
4 (04h) – читання значень із декількох регістрів вводу (Read Input Registers);
5 (05h) – запис значення одного прапора (Force Single Coil);
6 (06h) – запис значення в один регістр зберігання (Preset Single Register);
15 (0Fh) – запис значень у кілька регістрів прапорів (Force Multiple Coils);
16 (10h) – запис значень у кілька регістрів зберігання (Preset Multiple Registers);
2) команди користувача – два діапазони кодів (від 65 до 72 і від 100 до 110), для яких користувач може реалізувати довільну функцію. При цьому не гарантується, що якийсь інший пристрій не буде використовувати той же самий код для виконання іншої функції;
3) зарезервовані – у цю категорію входять коди функцій, що не є стандартними, але вже використовуються в пристроях, вироблених різними компаніями. Це коди 9, 10, 13, 14, 41, 42, 90, 91, 125, 126 і 127.
Під час обміну даними можуть виникати помилки двох типів:
1) помилки, пов’язані з спотворенням при передачі даних;
2) логічні помилки.
Помилки першого типу виявляються за допомогою фреймів символів, контролю парності і циклічної контрольної суми CRC-16-IBM (використовується число-поліном А001h).
В RTU режимі повідомлення повинне починатися і закінчуватися інтервалом тиші – часом передачі не менш 3.5 символів при даній швидкості в мережі. Першим полем потім передається адреса пристрою.
Слідом за останнім переданим символом також потрібен інтервал тиші тривалістю не менш 3.5 символів. Нове повідомлення може починатися після цього інтервалу.
Фрейм повідомлення передається безупинно. Якщо інтервал тиші тривалістю 1.5 виник під час передачі фрейму, приймаючий пристрій повинен ігнорувати цей фрейм як неповний.
Таким чином, нове повідомлення повинне починатися не раніше 3.5 інтервалу, тому що в цьому випадку встановлюється помилка.
Для повідомлень про помилки другого типу протокол Modbus RTU передбачає, що пристрої можуть відсилати відповіді, що свідчать про помилкову ситуацію. Ознакою того, що відповідь містить повідомлення про помилку, є встановлений старший біт коду команди.
При обробці запиту можливі такі ситуації:
1) якщо Slave приймає коректний запит і може його нормально обробити, то повертає нормальну відповідь;
2) якщо Slave не приймає якого-небудь значення, ніякої відповіді не відправляється. Master діагностує помилку по таймауту;
3) якщо Slave приймає запит, але виявляє помилку (parity, LRC, or CRC), ніякої відповіді не відправляється. Master діагностує помилку по таймауту;
4) якщо Slave приймає запит, але не може його обробити (звертання до неіснуючого регістра і т.д.), відправляється відповідь, що містить у собі дані про помилку.
Сигнали, що використовуються у вимірювальній техніці, їх класифікація.
Поняття «сигнал» є дуже широким. У загальному випадку під сигналом мають на увазі фізичний процес – носій інформації. Сигнал має різні параметри і характеристиками і представляється математичною моделлю.
Сигнали, використовувані у вимірювальній техніці, можна класифікувати за різними ознаками (рис. 5.1).
Рисунок 5.1 – Класифікація сигналів
Залежно від характеру відомостей сигнали, використовувані у вимірювальній техніці, можна розділити на вимірювальні та зразкові.
У вимірювальному сигналі містяться невідомі нам відомості, тобто вимірювальна інформація, укладена в розмірах його параметрів (частота, амплітуда, напруга, тиск і т.п.). У зразковому сигналі містяться відомі нам дані або відомості (сигнали на виході зразкових мір і еталонів).
У загальному випадку сигнали діляться на аналогові та цифрові (кодові). Аналоговий сигнал зазвичай представляється безперервною функцією часу, а цифровий – дискретною послідовністю числових значень (кодів).
Взаємодія ЗВ між собою, з об’єктом вимірювань, іншими об’єктами та системами реалізується за допомогою вхідних і вихідних сигналів.
Вхідний вимірювальний сигнал характеризується параметрами, які можна підрозділити на інформативні і неінформативні. Інформативний параметр вхідного сигналу функціонально пов’язаний з вимірюваною величиною. Неінформативний параметр не зв’язаний функціонально з вимірюваною величиною, однак він може викликати небажану зміну інформативного параметра.
Вихідний сигнал також має безліч параметрів. Інформативний параметр вихідного сигналу вимірювального перетворювача однозначно функціонально (по можливості лінійно) пов’язаний з вимірюваною величиною або з інформативним параметром вхідного сигналу.
Інформативним параметром кодового вимірювального сигналу є число. Зміни неінформативних параметрів кодового сигналу на значення його інформативного параметра практично не впливають.
Сигнали систематизують також по їхній приналежності до основних видів фізичних процесів, а також по особливостях їхньої зміни. Залежно від характеру зміни в часі сигнали розділяють на детерміновані і стохастичні (випадкові).
Детермінований сигнал відрізняється тим, що закон його зміни відомий, а модель може містити невідомі параметри. Стохастичним називається сигнал з випадковим характером зміни в часі. Такі сигнали можна описати тільки за допомогою їхніх статистичних характеристик (закону розподілу, спектральної щільності потужності, кореляційної функції).
Ступінь апріорної інформації про детерміновані і випадкові сигнали різна. Параметр детермінованого сигналу можна визначити за одне вимірювання або за один період. При випадковому сигналі час, необхідний для визначення статистичних параметрів, повинен багаторазово перевершувати час кореляції сигналу.
|