Организация промышленных локальных сетей в автоматизированных системах

ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ЛОКАЛЬНЫХ СЕТЕЙ В АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМАХ Гималетдинов А.И.

Гималетдинов Айдар Ильмирович - студент, кафедра автоматизированных систем управления, Уфимский государственный авиационный технический университет, г. Уфа

Аннотация: в данной статье рассматриваются промышленные сети передачи данных, использование сетей на верхнем уровне АСУ ТП. Также подробно описаны требования, предъявляемые к таким сетям. Рассмотрен стандарт Ethernet. Ключевые слова: сети передачи данных, промышленные сети, Ethernet, промышленные коммутаторы.

Система каналов передачи данных в промышленном производстве [1] — является важнейшим компонентом современных АСУ ТП. Благодаря распространению промышленных коммуникационных протоколов внедряются системы управления, которые могут охватить различные производственные установки, соединить всевозможные цеха, заводы. Есть 2 класса сетей передачи данных, используемые в АСУ ТП:

1. Полевые шины (Field Buses);

2. Сети верхнего уровня (Terminal Buses).

Рассмотрим сети верхнего уровня АСУ ТП. Их применяют для импорта данных между контроллерами, серверами и операторскими рабочими станциями. Зачастую в их состав входят дополнительные узлы: центральный сервер архива, сервер промышленных приложений, инженерная станция и т.д.

Использование сетей на верхнем уровне АСУ ТП. Основная часть сетей верхнего уровня, используемых в современных АСУ ТП, работает на стандарте Ethernet (IEEE 802.3) или на его модифицированных, более быстрых вариантах Fast Ethernet и Gigabit Ethernet, используя коммуникационный протокол TCP/IP.

Сети Ethernet широко применяются в производстве по ряду нескольких причин [2]:

1. Они объединяют множество операторских станций и серверов, которые зачастую представляют собой персональные компьютеры. Стандарт Ethernet хорошо подходит для организации таких ЛВС; для этого нужно обеспечить каждый компьютер лишь сетевым адаптером.

2. На данный момент имеется возможность приобретения недорого коммуникационного оборудования для сетей Ethernet, в том числе специально приспособленного для промышленного применения.

3. Сети Ethernet имеют высокую скорость передачи данных. Например, благодаря стандарту Gigabit Ethernet появляется возможность передачи данных со скоростью до 1 Gb в секунду, с учетом применения витой пары пятой категории.

4. Применение на верхнем уровне АСУ ТП сети Ethernet позволяет легко состыковать сети АСУ ТП с локальной сетью предприятия. Обычно, действующая ЛВС завода основывается на стандарте Ethernet. Благодаря применению единого сетевого стандарта упрощается интеграция АСУ ТП в общую сеть производства.

К промышленным сетям верхнего уровня, ввиду их применения на производстве, предъявляются особые требования:

1. Высокая пропускная способность и скорость передачи данных. Размер трафика эквивалентен многим факторам: количеству архивируемых и визуализируемых технологических параметров, количеству серверов и операторских станций, используемым прикладным приложениям. Скорость передачи данных не является важнейшим критерием (100 мс или 700 мс). Основное требование, чтобы сеть могла справляться с общим размером трафика за определенный промежуток времени.

Самый плотный трафик идет по промежуткам сети, соединяющим серверы и операторские станции. Это объясняется тем, что, обычно, на операторской станции технологическая информация обновляется раз в секунду, причем передаваемых параметров может быть несколько тысяч.

2 Сеть должна быть отказоустойчива. Достигается этот критерий, обычно, путем резервирования коммуникационного оборудования и линий связи по схеме 2*N. Благодаря этому система способна в короткие сроки при выходе из строя коммутатора или обрыва канала, локализовать место отказа, выполнить автоматическую перестройку топологии и перенаправить трафик на запасные маршруты.

3. Сетевое оборудование должно соответствовать промышленным условиям эксплуатации. В этот пункт можно включить такие немаловажные критерии как защита сетевого оборудования от пыли и влаги, большой температурный диапазон эксплуатации, увеличенный цикл жизни, возможность удобного монтажа, низковольтное питание с возможностью резервирования, прочные и износостойкие разъемы и коннекторы.

Говоря о промышленном применении сетей, построенных на базе технологии Ethernet, часто используют термин Industrial Ethernet. Он представляет собой перечень технических рекомендации по организации сетей в производственных условиях.

На данный момент разработано множество коммуникационных протоколов, базирующихся на стандарте Ethernet и оптимизированных для передачи критичных ко времени данных (часто их называют протоколами реального времени). Благодаря им можно производить обмен данными между распределенными приложениями, требующими четкой временной синхронизации. В качестве примера Industrial Ethernet можно привести :Profinet, EtherCAT, Ethernet Powerlink, Ether/IP.

Эти протоколы модифицируют стандартный протокол TCP/IP, добавляя в него новые алгоритмы сетевого обмена, диагностические функции, методы самокорректировки и функции синхронизации.

Список литературы

1. Комплекс стандартов на автоматизированные системы. Архитектура локальных вычислительных сетей в системах промышленной автоматизации. Стандартинформ, 2009.

2. Сети передачи данных в АСУ ТП. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.teh-lib.ru/atpip/seti-peredachi-dannyh-v-asu-tp.html/ (дата обращения: 18.05.2019).