Промышленные сети

1. Принцип действия

1.1. Поевые шины обеспечивают сетевое взаимодействия между контроллерами и удаленной периферией (например, узлами ввода/вывода). Помимо этого, к полевой шине могут подключаться различные контрольно-измерительные приборы (Field Devices), снабженные соответствующими сетевыми интерфейсами.

2. Назначение

2.1. 1.Передача данных, между датчиками, контроллерами и исполнительными механизмами.

2.2. 2.Диагностика и удалённое конфигурирование датчиков и исполнительных механизмов.

2.3. 3.Калибрование датчиков.

2.4. 4.Питания датчиков и исполнительных механизмов.

2.5. 5.Связи между датчиками, исполнительными механизмами, ПЛК и АСУ ТП верхнего уровня.

3. Конструкции

3.1. Полевая шина.

3.2. Нерезервированная шина.

3.3. Резервированная шина.

3.4. Одинарное оптоволоконное кольцо.

3.5. Резервированное оптоволоконное кольцо.

4. Разновидности подключения

4.1. Выделяют четыре основные разновидности: 1.Радиальная или «звезда» 2.Магистральная или «шина» 3.Каскадная 4.«Кольцо»

4.1.1. 1.Радиальная или «звезда»

4.1.2. 2.Магистральная или «шина»

4.1.3. 3.Каскадная

4.1.4. 4.«Кольцо»

5. Ведущие производители

5.1. 1.Schneider Electric- крупная французская машиностроительная компания, обеспечивающая разработку и производство решений в области управления электроэнергией, а также комплексных энергоэффективных решений для энергетики и инфраструктуры, промышленных предприятий, объектов гражданского и жилищного строительства, центров обработки данных.

5.1.1. Modbus — открытый коммуникационный протокол, основанный на архитектуре ведущий-ведомый (master-slave). Широко применяется в промышленности для организации связи между электронными устройствами. Может использоваться для передачи данных через последовательные линии связи RS-485, RS-422, RS-232, а также сети TCP/IP (Modbus TCP).

5.2. 2.Audi AG, BMW AG, Daimler Chrysler AG, Motorola Inc., Volcano Communications Technologies AB, Volkswagen AG и VolvoCar Corporation.

5.2.1. Все они вместе разработали LIN(Local Interconnect Network)-стандарт промышленной сети.

5.3. 3.Ethernet-семейство технологий пакетной передачи данных для компьютерных сетей.

5.3.1. 1.PROFINET-является открытым промышленным стандартом для автоматизации Ethernet PROFIBUS & PROFINET International (PI). PROFINET использует TCP / IP и IT - стандарты, и режим реального времени Ethernet.

5.3.2. 2. EtherCAT-стандарт промышленной сети, относимый к семейству Industrial Ethernet и технологиям используемым для распределенного управления в режиме реального времени.

5.3.3. 3.SERCOS(SErial Real-time COmmunication System)-это цифровой интерфейс, оптимизированный для связи между контроллером и преобразователями частоты и использующий волоконно-оптическое кольцо.

6. Основные параметры промышленных сетей

6.1. Основными параметрами промышленных сетей являются производительность и надежность.                                      1.Производительность сети характеризуется временем реакции и пропускной способностью. 2.Время реакции сети определяется как интервал времени между запросом ведущего устройства и ответом ведомого при условии, что ведомое устройство имеет пренебрежимо малую задержку выработки ответа на запрос. 3.Пропускная способность сети определяет количество информации, переносимой сетью в единицу времени. Измеряется в битах за секунду и зависит от быстродействия сетевых приемопередатчиков и среды передачи. 4.Надежность характеризуется коэффициентом готовности, вероятностью доставки данных, предсказуемостью времени доставки, безопасностью, отказоустойчивостью. 5.Коэффициент готовности равен отношению времени наработки до отказа к сумме времени наработки до отказа и времени восстановления после отказа. 6.Вероятность доставки данных определяется помехоустойчивостью канала передачи и детерминированностью доступа к каналу. В беспроводных сетях вероятность потери пакетов при передаче гораздо выше, чем в проводных. В сетях со случайным методом доступа к каналу существует вероятность того, что данные никогда не будут доставлены абоненту. 7.Время доставки данных в офисных сетях Ethernet является случайной величиной, однако в промышленном Ethernet эта проблема решена применени­ем коммутаторов. 8.Безопасность — это способность сети защитить передаваемые данные от несанкционированного доступа. 9.Отказоустойчивость — это способность сети продолжать функционирование при отказе некоторых элементов. При этом характеристики системы могут ухудшиться, но она не теряет работоспособности.

7. Отличие промышленных сетей от оффисных

7.1. Промышленные сети отличаются от офисных следующими свойствами: -специальным конструктивным исполнением, обеспечивающим защиту от пыли, влаги, вибрации, ударов; -широким температурным диапазоном (обычно от -40 до +70 град); -повышенной прочностью кабеля, изоляции, разъемов, элементов крепления; -повышенной устойчивостью к воздействию электромагнитных помех; -возможностью резервирования для повышения надежности; -повышенной надежностью передачи данных; -возможностью самовосстановления после сбоя; -детерминированностью (определенностью) времени доставки сообщений; -возможностью работы в реальном времени (с малой, постоянной и известной величиной задержки); -работой с длинными линиями связи (от сотен метров до нескольких километров).

8. Типы данных в промышленных сетях

8.1. В распределенных системах на основе промышленных сетей может быть пять типов данных: 1.Сигналы — это результаты измерений, получаемые от датчиков и измерительных преобразователей. Их «время жизни» очень короткое, поэтому часто требуется получить только последние данные и в максимально короткий срок. 2Команды — это сообщения, которые вызывают некоторые действия, например закрытие клапана или включение ПИД-регулятора. Большинство систем должны обрабатывать потоки команд, которые передаются адресату с высокой надежностью и их нельзя передать повторно. 3.Состояние показывает текущее или будущее состояние системы, в которое она должна перейти. Требования ко времени его доставки может быть не таким жестким, как для команд; непринятое состояние может быть послано повторно. 4.Событие наступает обычно при достижении текущим параметром граничного значения. Например, событием может быть выход температуры за технологически допустимую границу. За появлением события должны следовать ответные действия, поэтому для событий особенно важно требование гарантированного времени доставки. 5.Запрос — это команда, посылаемая для того, чтобы получить ответ. Примером может быть запрос серверу, который выдает на него ответ. При описании сетей будет использоваться понятие фрейма. Под фреймом понимают набор данных, передаваемых по сети и имеющих строго оговоренную структуру (формат). Термины «кадр», «дейтаграмма», «сегмент», используемые в стандартах на различные промышленные сети, используются как синонимы фрейма.