Нефть и песок О стали Компрессор - подбор и ошибки Из истории стандартизации резьб Соперник ксерокса - гектограф Новые технологии производства стали Экспорт проволоки из России Прогрессивная технологическая оснастка Цитадель сварки с полувековой историей Упрочнение пружин Способы обогрева Назначение, структура, характеристики анализаторов Промышленные пылесосы Штампованные гайки из пружинной стали Консервация САУ Стандарты и качество Технология производства Водород Выбор материала для крепежных деталей Токарный резец в миниатюре Производство проволоки Адгезия резины к металлокорду Электролитическое фосфатирование проволоки Восстановление корпусных деталей двигателей Новая бескислотная технология производства проката Синие кристаллы Автоклав Нормирование шумов связи Газосварочный аппарат для тугоплавких припоев
Главная страница / Архитектура отрасли

Промышленная сеть для поддержки АСУ



Существует два основных принципа построения структуры промышленной сети для АСУ ТП.

Первый – централизованная структура, в которой центром системы является мощное вычислительное устройство, от которого «звездой» подключаются оконечные устройства управления и исполнительные механизмы. Данный принцип построения является наиболее удобным в смысле администрирования, поскольку есть единая точка контроля над всей системой. Однако такая структура ненадежна: выход из строя «центра звезды» вызывает простой всей сети. Эту проблему можно решить за счет создания «дублирующего центра», но такой вариант приводит к значительному удорожанию сети в целом. Еще один минус – отсутствие возможности расширения функционала системы. При необходимости добавления большого количества исполнительных механизмов приходится менять центральное устройство, что само по себе нерационально и убыточно.

Второй принцип – распределенная структура, состоящая из множества узлов, между которыми осуществляется обмен данными по цифровым каналам промышленной сети. Такой вариант построения является, конечно, более дорогим с точки зрения затрат на администрирование, зато более надежным – при выходе из строя одного из узлов система продолжает функционировать. Распределенная структура более гибкая и позволяет наращивать систему без существенного изменения действующей ее части. Кроме того, она дает возможность расположить узлы, в качестве которых выступают контроллеры и интеллектуальные устройства ввода-вывода, максимально близко к оконечным устройствам (датчикам и исполнительным механизмам), за счет чего сокращается длина сигнальных кабелей. Это позволяет не только экономить на сигнальных кабельных линиях, но и избежать необходимости строить дополнительные громоздкие конструкции для прокладки кабеля.

Для передачи данных в промышленной сети существует множество протоколов и интерфейсов, например Modbus, Ethernet, CAN, LON, PROFIBUS и др. Протоколы разработаны с учетом особенностей производства и технических систем, обеспечивают надежные соединения и высокую точность управления. Оборудование, для которого они предназначены, должно устойчиво работать при высоких температурах или влажности, в условиях сильной вибрации или химически активной среды. Наряду с надежностью работы все более важными требованиями в системах АСУ ТП становятся функциональные возможности, простота инсталляции и обслуживания, соответствие общепринятым стандартам.

Наиболее широкое распространение для передачи данных в промышленной сети имеет сегодня протокол Ethernet. Производители оборудования для управления производственными процессами уже давно используют технологии Ethernet, Internet и Web. Ethernet позволяет объединить разные виды оборудования, включить производственное оборудование и управляющие ими компьютеры в единую среду, а технология данного протокола служит основой для создания единой информационной инфраструктуры промышленных предприятий, обеспечивающей совместную работу программных и аппаратных средств систем АСУ ТП. Немаловажно и то, что оборудование Ethernet относительно недорого и доступно, а протоколы TCP/IP – весьма привлекательное решение по сравнению с запутанными и многочисленными стандартами дорогих и сложных промышленных сетей.

В последнее время все больше говорят об архитектуре Ethernet промышленного применения – Industrial Ethernet, поддерживаемой многими ведущими производителями оборудования автоматизации. Будучи универсальным средством организации коммуникационных интерфейсов в системах автоматизации, Industrial Ethernet предлагает широкие возможности реализации различных топологий с разнообразными подключаемыми устройствами при невысокой стоимости в расчете на устройство и хорошо интегрируется с технологией Internet.Промышленные АСУ ТП строятся по принципу трехуровневой системы.

Нижний уровень (полевой) – состоит из датчиков и исполнительных механизмов, устанавливаемых на технологических объектах. Для связи с датчиками используются:

AS-интерфейс – для организации связи с датчиками и исполнительными устройствами. Позволяет подключать датчики и исполнительные механизмы к системе управления на основе построения сети с использованием одного двухжильного кабеля, посредством которого обеспечивается как питание всех сетевых устройств, так и опрос датчиков и выдача команд на исполнительные механизмы;

HART-протокол – основан на методе передачи данных с помощью частотной модуляции, при этом цифровой сигнал накладывается на аналоговый токовый. Частотно-модулированный сигнал является двухполярным и при использовании соответствующей фильтрации не искажает основной аналоговый сигнал 4–20 мА.

Средний уровень (контроллерный) – состоит из промышленных контроллеров, силовой, сигнализационной автоматики и прочих устройств аналого-цифрового, цифро-аналового, дискретного, импульсного и другого преобразования, а также устройств для сопряжения с верхним уровнем (шлюзов). Для передачи данных на этом уровне могут применяться интерфейсы и протоколы PROFIBUS, Modbus, СAN, LON и Ethernet.

Рассмотрим протокол PROFIBUS с точки зрения применения на среднем уровне АСУ ТП. PROFIBUS – семейство промышленных сетей, обеспечивающих комплексное решение коммуникационных проблем предприятия.

Под этим общим названием понимается совокупность трех различных, но совместимых протоколов: PROFIBUS-FMS, PROFIBUS-DP и PROFIBUS-PA.

Протокол PROFIBUS-FMS появился первым и предназначался для работы на так называемом цеховом уровне. Основное применение – передача больших объемов данных.

Протокол PROFIBUS-DP используется для высокоскоростного обмена данными между программируемым логическим контроллером и распределенными устройствами связи с объектом. Физическая среда передачи – экранированная витая пара стандарта RS-485. Скорость обмена прямо зависит от длины сети и варьируется от 100 кбит/с на расстоянии 1200 м до 12 Мбит/с на дистанции до 100 м. Взаимодействие узлов в сети определяется моделью Master – Slave («ведущий – ведомый»).

PROFIBUS-PA – это сетевой интерфейс, физическая среда передачи данных которого соответствует стандарту IEC 61158-2. Может применяться для построения сети, соединяющей исполнительные устройства, датчики и контроллеры, расположенные непосредственно во взрывоопасной зоне.

Верхний уровень (информационно-вычислительный) – состоит из оборудования для визуализации технологических процессов. Для передачи данных на этом уровне используются технологии Industrial Ethernet.

Промышленная сеть Industrial Ethernet обеспечивает эффективную связь верхнего уровня и базируется на международных стандартах (IEEE 802.3/IEEE 802.3u).

На современном этапе развития систем автоматизации технологических процессов все более актуальной становится задача реализации единого информационного пространства предприятия, объединяющего технологические и производственные уровни с бизнес-системами.

При интеграции приложений различного уровня управления предприятием применение Ethernet дает неоспоримые преимущества. Нельзя забывать и о том, что, в отличие от поддерживаемых одним производителем промышленных полевых протоколов, Ethernet распространен очень широко, а высокая конкуренция среди производителей оборудования обусловливает постоянное повышение качества и снижение стоимости технологий.

Для построения сетей Ethernet используются кабельные системы на базе медных кабелей из скрученных пар UTP (неэкранированные) и STP/FTP (экранированные) либо оптических кабелей (одно- или многомодовых). Кабельная система, построенная в соответствии со стандартами (TIA/EIA-568, ISO/IEC 11801), обеспечивает надежную работу, в том числе в промышленных условиях, не требуя какого-либо обслуживания. Выбор кабеля осуществляется с учетом физических интерфейсов оборудования, уровня электромагнитных помех, протяженности линий. Для работы в агрессивных средах выпускаются специальные типы кабелей и коммутационных узлов (разъемов).

Интерфейсы Ethernet в настоящее время представляют собой однокристальные модули (микросхемы), которые обеспечивают надежную работу в самых разных условиях и не требуют обслуживания или настройки.

Таким образом, при корректной разработке схемы сети и организации структурированной кабельной системы в соответствии с современными стандартами необходимость в какой-либо настройке и обслуживании сети Ethernet на физическом уровне исключается.

Главная страница / Архитектура отрасли