Архитектура промышленной сети BitBus

4.2.3 Компьютерное обеспечение станции

В комплект станции ГТИ входит два IBM-совместимых компьютера, связанных между собой по схеме клиент-сервер. Один из которых снабжен контроллером канала связи BitBus и является ведущим узлом (Host) на шине BitBus.

В качестве контроллера канала связи используется контроллер BB_ISA (Micro TCX), обеспечивающий обмен по сети BitBus пакетами до 74байт.

Сервер используется для регистрации и хранения технологической информации в локальной базе данных. На компьютере Клиент выполняются приложения контроля процесса бурения, обработки геофизического материала, формирования документов.

Требования, предъявляемые к комплектации станции компьютерам:

Таблица 4.4. Технические характеристики компьютеров.

4.2.4 Технологический комплект станции ГТИ (Датчики)

В комплект технологических датчиков станции ГТИ входят следующие датчики:

– вес на крюке;

– оборотов лебедки;

– момента на ротора;

– оборотов ротора;

– ходов насоса;

– положения клиньев;

– давления промывочной жидкости (ПЖ);

– индикатор расхода на выходе;

– расхода ПЖ на входе;

– уровня ПЖ; уровня,

– плотности и температуры ПЖ (комплексный датчик) в емкостях.

Аппаратный комплекс газового каротажа включает: анализатор суммарного газосодержания, анализатор компонентного состава в газовой смеси (хроматограф).

Аппаратно-программный комплекс информационного обмена нижнего уровня магистрального типа, выполняющий функции опроса и предварительной обработки сигналов поступающих с датчиков и анализатора суммарного газосодержания, а также связь с устройствами оперативного отображения информации (пультом бурильщика).

4.2.4.1 Технологические датчики

Датчик оборотов лебедки (ДОЛ-3) предназначен для подсчета количества импульсов, пропорциональных числу оборотов вала лебедки.

Технические характеристики ДОЛ-3:

Показания датчика ДОЛ-3 используется для расчета: положения долота в скважине, положения крюка над столом ротора, глубины скважины, механической скорости проходки скважины, скорость подачи при спуско - подъемных операциях и положения бурового инструмента при осуществлении этих операций.

Датчик веса ДАВ-20. Вес инструмента на крюке определяется путем измерения натяжения неподвижного («мертвого») конца талевой системы. Используемый датчик тензометрический.

Технические характеристики ДАВ-20:

Датчик давления КРТ-5-25 предназначен для измерения давления в нагнетательной линии буровых насосов.

Технические характеристики КРТ-5-25:

Комплексный датчик плотности, уровня и температуры КД-3 предназначен для контроля перечисленных параметров бурового раствора в емкости. Плотность определяется путем измерения разности давлений.

Технические характеристики КД-3:

Датчик уровня механический предназначен для дистанционной регистрации уровня жидкости в открытых и закрытых емкостях. Уровень определяется путем регистрации положения поплавка, контактирующего с поверхностью контролируемой жидкости. Принцип работы основан на изменении сопротивления омического датчика перемещения.

Технические характеристики датчика уровня:

Индикатор расхода на входе предназначен для качественной оценки баланса циркуляции бурового раствора путем регистрации интенсивности потока на выходе из скважины. Работа прибора основана на перемещении оси расходного датчика.

Технические характеристики:

Датчик ходов насоса ЧДХ предназначен для измерения числа ходов буровых насосов.

Технические характеристики ЧДХ:

Датчик оборотов ротора ДОР предназначен для измерения количество оборотов бурового инструмента при роторном бурении.

Технические характеристики ДОР:

Датчик положения клиньев предназначен для регистрации верхнего положения клиньев пневматического клинового захвата.

Технические характеристики:

Датчик момента на роторе ДМР. Предназначен для измерения величины крутящего момента на роторе.

Технические характеристики ДМР:

Хроматограф. Предназначен для определения покомпонентного содержания углеводородных газов в газовоздушной смеси, подаваемой по газовой линии из дегазатора бурового раствора.

Технические характеристики хроматографа:

Датчик суммарного газосодержания углеводородных газов СГ-5 Предназначен для непрерывного определения процентного содержания суммы углеводородов, содержащихся в газовоздушной смеси, выходящей из дегазатора. Кроме чувствительного элемента, в состав датчика входят, насос для подачи газовоздушной смеси и электроклапан для подачи на чувствительный элемент чистого воздуха с целью контроля «нуля».

Технические характеристики СГ-5:

Показывающий прибор «ТАБЛО». Предназначен для отображения регистрируемых данных в цифровом и аналоговом видах. Система позволяет устанавливать несколько подобных приборов - их количество может быть равно количеству регистрируемых параметров. Настройка индикатора для вывода конкретного параметра производится программно (настраиваются диапазон вывода, единицы измерения, допустимые границы параметра и т.д.). Конструкция прибора позволяет выдавать цветовую и звуковую сигнализацию при выходе значения параметра за допустимый диапазон.

Технические характеристики табло:

4.4 Локальная сеть «BitBus - Wireless PCI Adapter - Wireless Access Point - Ethernet»

Передача данных из ССД в СОД осуществляется по каналу (кабелю) из пары скрученных проводников длинной 300м с частотой 115кГц. На конце этого кабеля смонтирован разъём DB9. Один конец этого кабеля соединяется с выходом платы BB_ISA (Micro TCX), установленный в компьютер СОД. Другой конец соединяется с аналогичным разъемом в ССД.

Указанных разъемов в крейте ССД два. Они равноправны и предназначены для подключения в цепочку нескольких ССД или других устройств, использующих для связи протокол BitBus. На плате ССД между разъемами RS-485, предусмотрена установка согласующей нагрузки - чип резистора номиналом 120Ом. Необходимо обеспечить, во-первых, чтобы устройства, подключенные к наиболее удаленным сегментам сети, имели эти нагрузочные резисторы и во-вторых, чтобы во всех остальных узлах сегмента сети, эти нагрузочные резисторы были отключены.

Обозначения:

К - компьютер станции ГТИ и ГК (Клиент);

С - компьютер станции ГТИ и ГК (Сервер);

HUB - сетевой коммуникатор типа 10/100 Mb Ethernet Switch;

Wi-Fi - сетевой коммуникатор типа 2,4 GHz Wireless Access Point стандарта 802.11b/g

Сплошной линией отображен кабель типа UTP (витая пара).

Сплошной жирной линией отображен канал связи BitBus.

Пунктирной линией отображен канал беспроводной компьютерной сети типа Wi-Fi.

Рис. 4.4. сеть «BitBus - Wireless PCI Adapter - Wireless Access Point - Ethernet»

Сплошной линией отображен кабель типа UTP (витая пара).

Сплошной жирной линией отображен канал связи BitBus.

Пунктирной линией отображен канал беспроводной компьютерной сети типа Wi-Fi.

Расстояние между станцией ГТИ и ГК и рабочим местом супервайзера - от 200 до 400 м.

Для передачи информации о технологических процессах в «Сервере» станции ГТИ используется карта типа Wireless PCI Adapter D-Link DWL-G510 (высокоскоростной 2.4ГГц (802.11g) беспроводной PCI адаптер).

Предназначен для подключения настольного компьютера к беспроводной сети. Он основан на последней усовершенствованной технологии, применяемой в чипах для беспроводного оборудования, с улучшенными функциями безопасности для защиты беспроводного соединения от внешних вторжений. Эта беспроводная сетевая карта стандарта 802.11g поддерживает скорость беспроводного соединения до 54 Мбит/с при работе с другими устройствами стандарта 802.11g, обеспечивая высокую пропускную способность, позволяющую передавать интенсивный поток данных.

Таблица 4.5. Технические характеристики Wireless PCI Adapter D-Link DWL-G510

Адаптер DWL-G510 поддерживает WPA (Wi-Fi™ Protected Access) и 802.1x для аутентификации пользователей беспроводной сети, обеспечивая высокий уровень защиты данных и канала связи. В комплект поставки DWL-G510 входит программа настройки, позволяющая компьютеру обнаружить доступные беспроводные сети, а также создать и сохранять детализированные профили подключения для наиболее часто используемых сетей.

Сетевая карта поддерживает PCI plug-and-play, что позволяет легко установить ее в компьютер для прямого подключения к любому беспроводному устройству в режиме Ad-hoc или через точку доступа или маршрутизатор в режиме Инфраструктура. При использовании с другими продуктами серии D-Link AirPlusG сетевая карта автоматически подключится к сети.

У супервайзера устанавливается точка доступа типа Wireles Access Point. Используется D-Link DWL-2000AP

DWL-2000AP - беспроводная точка доступа стандарта 802.11g с повышенной производительностью. Это устройство так же поддерживает скорость беспроводного соединения до 54 Мбит/с, в тоже время, сохраняя совместимость со всем существующим беспроводным оборудованием стандартов 802.11b и 802.11b+. Благодаря высокой скорости передачи данных, повышенной безопасности и встроенной функции моста, это устройство является идеальным беспроводным решением, расширяющим функциональность сети и в тоже время защищающим прошлые инвестиции благодаря совместимости с имеющимся сетевым оборудованием.

Увеличенная скорость и работа на частоте 2,4 ГГц до 54Мбит/с, доступной для общественного использования в большинстве стран, плюс мобильность и удобство, присущее беспроводным сетям, делают это устройство идеальным решением для приложений WLAN, требующих высокой полосы пропускания.

Таблица 4.5. Технические характеристики Wireles Access Point D-Link DWL-2000AP.

Совместимость 802.11g с существующими стандартами беспроводных сетей означает то, что нет необходимости менять все сетевое оборудование для поддержки соединения.

DWL-2000AP может быть настроена для работы в одном из 4-х режимов: (1) как точка доступа, (2) беспроводный мост "точка-точка", (3) беспроводный мост "точка - много точек" или (4) беспроводный клиент. Благодаря этим встроенным функциям, DWL-2000AP предоставляет гибкость при конфигурировании, что позволяет удовлетворить требования сетевой среды.

Простота перехода к большей полосе пропускания

Обеспечивая совместимость с существующим беспроводным сетевым оборудованием, DWL-2000AP позволяет увеличивать пропускную способность сети в желаемом темпе. DWL-2000AP и другие устройства стандарта 802.11g могут быть постепенно добавлены в сеть, при этом остальная часть сети останется полностью связанной.

DWL-2000AP имеет встроенный DHCP сервер, который, как только будет активизирован, начнет автоматически назначать IP адреса беспроводным клиентам. Эта уникальная функция делает DWL-2000AP идеальным решением для быстрого создания и расширения беспроводных локальных сетей.

Расстояние от станции ГТИ и ГК и станцией телеметрии - 2-20 м. В станции ГТИ устанавливается коммутатор типа HUB модель D-Link DES-1008D/E, есть варианты, когда станция телеметрии находится в городке. Тогда сеть к ним прокладывается от HUB, который находится у супервайзера. Необходимость в HUBе в станции ГТИ и ГК отпадает.

Расстояние между компьютером супервайзера и рабочим местом бурового мастера, технолога, инженера по бурению, инженера по растворам - 10-100 м.

Возможные препятствия:

– Буровая установка между станцией ГТИ и ГК и рабочим местом супервайзера;

– Машины и другая техника между станцией ГТИ и ГК и рабочим местом супервайзера;

5. Расчет сети BitBus

5.1 Стандарты EIA RS-422A/RS-485

Большинство разработчиков систем промышленной автоматизации и сетей передачи данных в той или иной степени имеют представление о стандартах RS-422/RS-485. В самом деле, практически все компьютеры в промышленном исполнении оснащены средствами организации информационного обмена с использованием данных интерфейсов.

Современные интеллектуальные датчики и элементы управления наряду с традиционным интерфейсом RS-232-C также могут иметь в своем составе подсистему последовательного ввода-вывода информации на базе интерфейса RS-485. Программируемые логические контроллеры многих производителей в качестве средств организации территориально-распределенных систем сбора данных и управления содержат ту или иную реализацию интерфейсов RS-422/RS-485.

Несмотря на столь широкое распространение на отечественном рынке оборудования для промышленной автоматизации, имеющего в своем составе средства обмена данными, реализованные на базе стандартов EIA RS-422/RS-485, в отечественной нормативно-технической литературе отсутствуют их полноценные эквиваленты. Отчасти это можно объяснить тем, что данные стандарты фактически устанавливают требования только к электрическим характеристикам выходных каскадов передатчиков и входных каскадов приемников аппаратуры передачи данных, тогда как в имеющихся отечественных коммуникационных стандартах просматривается тенденция к охвату как можно большего количества уровней базовой модели взаимодействия открытых систем ISO. В результате информация, которой пользуются разработчики, сводится либо к отрывочным сведениям, содержащимся в документации на применяемые покупные технические средства, либо к справочным данным на приемопередатчики зарубежного производства. Следует отметить, что высокий технический уровень отечественных электронщиков и системных интеграторов в большинстве случаев обеспечивает успех разработки даже при наличии минимума нормативной информации. Однако даже после завершения приемо-сдаточных испытаний очередной системы у многих участников проекта остаются вопросы, к основным из которых можно отнести следующие:

– ограничения, относящиеся к количеству элементов оконечного оборудования сети, скорости передачи данных и максимальной протяженности линии связи;

– критерии выбора кабеля;

– реализация электрического питание и заземление аппаратуры, входящей в сеть передачи данных;

– защита аппаратуры сети от помех.

5.2 Основная конфигурация системы

Как правило, система содержит несколько приемников, несколько формирователей и согласующие резисторы. Каждый формирователь должен обеспечивать работу на 32 единицы нагрузки помимо согласующих резисторов, каждая из которых представляется совокупностью приемника и формирователя, находящегося в пассивном состоянии. Согласующие резисторы должны подключаться к линии связи в двух наиболее удаленных друг от друга местах подключения единиц нагрузки. Сопротивление каждого согласующего резистора должно совпадать с волновым сопротивлением применяемого кабеля (от 100 до 120 Ом).

Формирователи и приемники, соответствующие требованиям стандарта EIA RS-485, сохраняют работоспособность при воздействии на них синфазного напряжения в диапазоне от минус 7 до плюс 7 В (мгновенное значение). Синфазное напряжение определяется совокупностью нескомпенсированных разностей потенциалов земли приемников и формирователей, максимальным значением напряжения помех, измеренного между землей приемника и жилами кабеля, соединенными с землей на передающей стороне линии связи, а также максимальным значением напряжения смещения выходов формирователей (Uos). Если значение разности потенциалов между землями выходит за пределы допустимого диапазона, то при реализации сети на основе интерфейса RS-485 следует применять приемопередатчики с гальванической изоляцией. Один из возможных способов объединения формирователей и приемников с гальванической изоляцией показан на рис. 5.1.

Рис. 5.1. Один из возможных способов объединения формирователей и приемников с гальванической изоляцией.

Разработчик системы на базе данных приемников и формирователей должен учитывать возможность возникновения ситуации, когда все формирователи окажутся переведенными в пассивное состояние. В этом случае ни один приемник не будет распознавать какого-либо устойчивого логического состояния. Если переводу всех формирователей в пассивное состояние предшествовал сеанс информационного обмена, то логическое состояние на выходе всех приемников будет соответствовать последнему принятому биту информации. Для разрешения указанной проблемы разработчиком должны быть предприняты специальные меры. В частности, приемопередатчики многих производителей оснащены цепями смещения выхода формирователя, показанными на рис. 5.2. При этом после перевода всех формирователей, входящих в состав сети, в пассивное (высокоимпедансное) состояние в линии связи будет поддерживаться уровень, соответствующий состоянию OFF (ВЫКЛЮЧЕН). Для снижения потребления тока, протекающего по цепям смещения и согласующему резистору, последовательно с согласующим резистором может быть включен конденсатор емкостью 0,1 мкФ.

Рис. 5.2. Цепь смещения выхода формирователя.

5.3 Средства объединения устройств системы

Средства объединения устройств включают в себя кабельную продукцию, соединители и согласующие резисторы и будут называться далее средствами связи. Поскольку реальная конфигурация средств связи зависит от требований, обуславливаемых конкретным приложением и не установленных стандартом EIA RS-485, далее приводится ряд указаний по выбору средств связи. Данные указания выработаны, исходя из предположения, что для подключения устройств к линии связи не применяются элементы ответвления.

Основными параметрами, определяющими критерии выбора кабеля, являются:

– скорость обмена, значение которой определяет длительность передаваемого бита информации;

– минимальный уровень сигнала на входе приемника, необходимый для распознавания передаваемых двоичных состояний;

– максимально допустимый уровень искажений сигнала;

– максимальная требуемая протяженность линии связи.

Длительность информационного бита (Tb) определяется минимально допустимым интервалом времени между переходами передаваемых двоичных состояний. Если напряжение сигнала в линии не успевает достичь уровня, соответствующего передаваемому двоичному состоянию до появления следующего перехода, указанный переход появится на входе приемника с некоторым временным сдвигом, который приводит к возникновению межсимвольных искажений. При выборе кабеля должно быть учтено отношение длительности переднего фронта к длительности информационного бита (tr/Tb) в точке подключения наиболее удаленного приемника.

Уровень сигнала, присутствующий на входе приемника, должен быть не менее его порога чувствительности. При этом минимальное значение входного напряжения должно выбираться с запасом в зависимости от интенсивности помех, воздействующих на линию связи и на приемник, допустимой вероятности появления ошибок, а также от допустимого уровня искажений сигнала на входе приемника. Для определения параметров кабеля необходимо задаться минимальным уровнем сигнала на входе самого удаленного приемника с учетом перечисленных факторов.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6