Ethernet как полевая шина

Наверняка многие и вас знают или даже видели, каким образом управляются большие автоматизированные объекты, например, атомная станция или завод со множеством технологических линий: основное действо часто происходит в большой комнате, с кучей экранов, лампочек и пультов. Это комплекс управления обычно называется ГЩУ — главный щит управления для контроля за производственным объектом.

Наверняка вам было интересно, как всё это работает с точки зрения аппаратной и программной части, и какие там используются протоколы передачи данных. В этой статье мы разберемся, как различные данные попадают на ГЩУ, как подаются команды на оборудование, и что вообще нужно, чтобы управлять компрессорной станцией, установкой производства пропана, линией сборки автомобиля или даже канализационно-насосной установкой.

Видео:ПЛК Лекция 10Скачать

Нижний уровень или полевая шина — то, с чего всё начинается

Этот неясный для непосвященных набор слов используется, когда нужно описать средства общения устройств управления с подведомственным оборудованием, например, модулями ввода-вывода или измерительными устройствами.

Под устройствами управления мы подразумеваем ПЛК, т.е. программируемые логические контроллеры (англ. PLC), или ПКА, т.е. программируемые контроллеры автоматизации (англ. PAC). Между ПЛК и ПКА есть некоторые различия, однако, в рамках данной статьи они не существенны, поэтому для упрощения будем использовать общий термин «контроллер».

В русскоязычном сообществе асушников канал общения между контроллером и другими устройствами обычно называют «полевой шиной», потому что он отвечают за передачу данных, которые приходят с «поля».

«Поле» — это глубокий профессиональный термин, обозначающий тот факт, что некое оборудование (например, датчики или исполнительные механизмы), с которым взаимодействует контроллер, находятся где-то далеко-далеко, на улице, в полях, под покровом ночи. И неважно, что датчик может быть расположен в полуметре от контроллера и измерять, допустим, температуру в шкафу автоматики, все равно считается, что он находится «в поле». Чаще всего сигналы с датчиков, приходящие в модули ввода-вывода все-таки преодолевают расстояния от десятков до сотен метров (а иногда и больше), собирая информацию с удаленных площадок или оборудования. Собственно, поэтому шина обмена, по которой контроллер получает значения с этих самых датчиков, называется обычно полевой шиной или реже шиной нижнего уровня или промышленной шиной.

Тут следует отметить, что в Европе и США полевым уровнем считаются только сами устройства, расположенные «в поле», но не среда передачи данных. В российских реалиях термин «полевая шина» или «шина нижнего уровня», пожалуй, слегка размыт и обозначает способ передачи данных от модулей ввода-вывода к контроллеру и наоборот.

Общая схема автоматизации промышленного объекта

Итак, электрический сигнал от датчика проходит некое расстояние по кабельным линиям (чаще по обычному медному кабелю с некоторым количеством жил), к которым подсоединяются несколько датчиков. Затем сигнал попадает в модуль обработки (модуль ввода-вывода), там он преобразуется в понятный контроллеру цифровой язык. Далее этот сигнал по полевой шине попадает непосредственно в контроллер, где и обрабатывается уже окончательно. На основе таких сигналов и строится логика работы самого контроллера. Существует и обратный путь: от контроллера команда управления по полевой шине попадает в модуль вывода, где преобразуется из цифрового вида в аналоговый и поступает по кабельным линиям к исполнительным механизмам и различным устройствам (на схеме выше не указаны).

Видео:Цифровые интерфейсы и протоколыСкачать

Верхний уровень: от гирлянды до целой рабочей станции

Верхним уровнем называют все то, к чему может прикасаться обычный смертный оператор, который управляет технологическим процессом. В простейшем случае верхний уровень представляет собой набор лампочек и кнопочек. Лампочки сигнализируют оператору о неких происходящих событиях в системе, кнопочки служат для подачи команд контроллеру. Такую систему часто называют «гирлянда» или «ёлка», потому что выглядит очень похоже (как можно убедиться по фотографии в начале статьи).

Если оператору повезло больше, то в качестве верхнего уровня ему достанется панель оператора — некий плоскопанельный компьютер, который тем или иным образом получает данные для отображения от контроллера и выводит их на экран. Такая панель обычно монтируется на сам шкаф автоматики, поэтому взаимодействовать с ней приходится, как правило, стоя, что вызывает неудобства, плюс качество и размер изображения — если это малоформатная панелm — оставляет желать лучшего.

Ну и, наконец, аттракцион невиданной щедрости — рабочая станция (а то и несколько дублирующих), представляющая собой обычный персональный компьютер.

Для наглядного отображения информации на рабочих станциях и плоскопанельных компьютерах используют специализированное программное обеспечение — SCADA-системы. На человеческий язык SCADA переводится как система диспетчерского управления и сбора данных. Она включает в себя множество компонентов, таких как человеко-машинный интерфейс, визуализирующий технологические процессы, систему управления этими процессами, систему архивирования параметров и ведение журнала событий, систему управления тревогами и т.д. Всё это дает оператору полноценную картину происходящих на производстве процессов, а также возможность ими управлять и оперативно реагировать на отклонения от технологического процесса.

Оборудование верхнего уровня обязано взаимодействовать неким образом с контроллером (иначе зачем оно нужно?). Для такого взаимодействия используются протоколы верхнего уровня и некая технология передачи, например, Ethernet или UART. В случае с «ёлкой» таких изощрений, конечно, не нужно, лампочки зажигаются с использованием обычных физических линий, никаких мудреных интерфейсов и протоколов там нет.

В общем-то, этот верхний уровень менее интересен, нежели полевая шина, поскольку этого верхнего уровня может вообще не быть (из серии нечего там смотреть оператору, контроллер сам разберется, что и как нужно делать).

Видео:Подключаем фазные шины гребенкиСкачать

«Древние» протоколы передачи данных: Modbus и HART

Мало кто знает, но на седьмой день создания мира Бог не отдыхал, а создавал Modbus. Наравне с HART-протоколом, Modbus, пожалуй, самый старый промышленный протокол передачи данных, он появился аж в 1979 году.

В качестве среды для передачи изначально использовался последовательный интерфейс, затем Modbus реализовали поверх TCP/IP. Это синхронный протокол по схеме «мастер-слейв» (главный-подчиненный), в котором используется принцип «запрос-ответ». Протокол довольно тяжеловесный и медленный, скорость обмена зависит от характеристик приемника и передатчика, но обычно счет идет чуть ли не на сотни миллисекунд, особенно в реализации через последовательный интерфейс.

Более того, регистр передачи данных Modbus является 16-битным, что сразу же накладывает ограничения на передачу типов real и double. Они передаются либо по частям, либо с потерей точности. Хотя Modbus до сих пор повсеместно используется в случаях, когда не нужна высокая скорость обмена и потеря передаваемых данных не критична. Многие производители различных устройств любят расширять протокол Modbus своим исключительным и очень оригинальным образом, добавляя нестандартные функции. Поэтому данный протокол имеет множество мутаций и отклонений от нормы, но все же до сих пор успешно живет в современном мире.
Протокол HART тоже существует с восьмидесятых годов, это промышленный протокол обмена поверх двухпроводной линии токовой петли, в которую напрямую включаются датчики 4-20 мА и другие приборы с поддержкой протокола HART.

Читайте также: Шины из европы в смоленске

Для коммутации линий HART используются специальные устройства, так называемые HART-модемы. Также существуют преобразователи, которые на выходе предоставляют пользователю уже, допустим, протокол Modbus.

Примечателен HART, пожалуй, тем, что помимо аналоговых сигналов датчиков 4-20 мА в цепи передается и цифровой сигнал самого протокола, это позволяет соединить цифровую и аналоговую часть в одной кабельной линии. Современные HART-модемы могут подключаться в USB-порт контроллера, соединяться по Bluetooth, либо же старинным способом через последовательный порт. Десяток лет назад по аналогии с Wi-Fi появился и беспроводной стандарт WirelessHART, работающий в диапазоне ISM.

Видео:Как работает PROFINET и PROFIBUSСкачать

Второе поколение протоколов или не совсем промышленные шины ISA, PCI(e) и VME

На смену протоколам Modbus и HART пришли не совсем промышленные шины, такие как ISA (MicroPC, PC/104) или PCI/PCIe (CompactPCI, CompactPCI Serial, StacPC), а также VME.

Настала эра вычислителей, имеющих в своем распоряжении универсальную шину передачи данных, куда можно подключать различные платы (модули) для обработки некоего унифицированного сигнала. Как правило, в этом случае процессорный модуль (вычислитель) вставляется в так называемый каркас, который обеспечивает взаимодействие по шине с другими устройствами. Каркас, или, как его любят называть трушные автоматизаторы, «крейт», дополняется необходимыми платами ввода-вывода: аналоговыми, дискретными, интерфейсными и т.д., либо все это слепливается в виде бутерброда без каркаса — одна плата над другой. После чего это многообразие на шине (ISA, PCI, etc.) обменивается данными с процессорным модулем, который таким образом получает информацию с датчиков и реализовывает некую логику.

Контроллер и модули ввода-вывода в каркасе PXI на шине PCI. Источник: National Instruments Corporation

Все бы ничего с этими шинами ISA, PCI(e) и VME, особенно для тех времен: и скорость обмена не огорчает, и расположены компоненты системы в едином каркасе, компактно и удобно, горячей замены плат ввода-вывода может и не быть, но пока еще и не очень хочется.

Но есть ложка дегтя, и не одна. Распределенную систему довольно сложно построить в такой конфигурации, шина обмена локальная, нужно что-то придумывать для обмена данными с другими подчиненными или равноправными узлами, тот же Modbus поверх TCP/IP или какой другой протокол, в общем, удобств маловато. Ну и вторая не очень приятная штука: платы ввода-вывода обычно ждут на вход какой-то унифицированный сигнал, и гальванической развязки с полевым оборудованием у них нет, поэтому нужно городить огород из различных модулей преобразования и промежуточной схемотехники, что сильно усложняет элементную базу.

Промежуточные модули преобразования сигнала с гальванической развязкой. Источник: DataForth Corporation

«А что с протоколом обмена по промышленной шине?» — спросите вы. А ничего. Нет его в такой реализации. По кабельным линиям сигнал попадает с датчиков на преобразователи сигналов, преобразователи выдают напряжение на дискретную или аналоговую плату ввода-вывода, а данные с платы уже читаются через порты ввода/вывода, средствами ОС. И никаких специализированных протоколов.

Видео:AS-Interface Полевая коммуникационная шина 20180918 100843Скачать

Как работают современные промышленные шины и протоколы

А что теперь? К сегодняшнему дню классическая идеология построения автоматизированных систем немного поменялась. Роль сыграли множество факторов, начиная с того, что автоматизировать тоже должно быть удобно, и заканчивая тенденцией на распределенные автоматизированные системы с удаленными друг от друга узлами.

Пожалуй, можно сказать, что основных концепций построения систем автоматизации на сегодняшний день две: локализованные и распределенные автоматизированные системы.

В случае с локализованными системами, где сбор данных и управление централизовано в одном конкретном месте, востребована концепция некоего набора модулей ввода-вывода, соединенных между собой общей быстрой шиной, включая контроллер со своим протоколом обмена. При этом, как правило, модули ввода-вывода включают в себя и преобразователь сигнала и гальваническую развязку (хотя, разумеется, не всегда). То есть конечному потребителю достаточно понять, какие типы датчиков и механизмов будут присутствовать в автоматизированной системе, сосчитать количество требуемых модулей ввода-вывода для разных типов сигналов и соединить их в одну общую линейку с контроллером. В этом случае, как правило, каждый производитель использует свой любимый протокол обмена между модулями ввода-вывода и контроллером, и вариантов тут может быть масса.

В случае распределенных систем справедливо все, что сказано в отношении локализованных систем, кроме этого, важно, чтобы отдельные компоненты, например, набор модулей ввода-вывода плюс устройство сбора и передачи информации — не очень умный контроллер, который стоит где-нибудь в будке в поле, рядом с краном, который перекрывает нефть, — могли взаимодействовать с такими же узлами и с главным контроллером на большом расстоянии с эффективной скоростью обмена.

Как разработчики выбирают протокол для своего проекта? Все современные протоколы обмена обеспечивают довольно высокое быстродействие, поэтому зачастую выбор того или иного производителя обусловлен не скоростью обмена по этой самой промышленной шине. Не так важна и реализация самого протокола, потому что, с точки зрения разработчика системы, это все равно будет черный ящик, который обеспечивает некую внутреннюю структуру обмена и не рассчитан на вмешательство извне. Чаще всего обращают внимание на практические характеристики: производительность вычислителя, удобство применения концепции производителя к поставленной задаче, наличие нужных типов модулей ввода-вывода, возможность горячей замены модулей без разрыва шины и т.д.

Популярные поставщики оборудования предлагают собственные реализации промышленных протоколов: например, всем известная компания Siemens разрабатывает свою серию протоколов Profinet и Profibus, компании B&R — протокол Powerlink, Rockwell Automation — протокол EtherNet/IP. Отечественное решение в этом списке примеров: версия протокола FBUS от российской компании Fastwel.

Есть и более универсальные решения, которые не привязаны к конкретному производителю, такие как EtherCAT и CAN. Мы подробно разберем эти протоколы в продолжении статьи и разберемся, какие из них лучше подходят для конкретных применений: автомобильной и аэрокосмической промышленности, производства электроники, систем позиционирования и робототехники. Оставайтесь на связи!

Видео:Ethernet/IP и MachineStruxureСкачать

Статьи

Видео:Перевод RealPars 11 - Что такое Modbus и как он работает?Скачать

Промышленный Ethernet

Никто не будет оспаривать тот факт, что любая система, биологическая или техническая, не может существовать и развиваться без взаимной связи между ее отдельными частями. Поэтому не удивительно, что и системы автоматизации в любой области человеческой деятельности, по мере их развития, становятся сетевыми. Давно стали привычными компьютерные сети. В мире промышленной автоматизации никого не удивляют сети контроллеров, и все чаще и чаще в сети объединяются датчики и исполнительные механизмы.

Читайте также: Установка can шины гольф

Многообразие типов устройств и выполняемых ими функций, а также множество фирм-производителей оборудования породило большое количество интерфейсов и протоколов обмена. И даже усилия международных организаций по стандартизации не смогли уменьшить их количество до разумных значений.

Пока сети устройств в системах автоматизации включали в себя относительнооднородное оборудование, проблемы связи между ними, как правило, было возможно решить при помощи преобразователей интерфейсов. Протоколы у однотипных устройств, решающих похожие задачи получались, в общем-то, похожими. Но когда возникла потребность объединения в сеть устройств различных уровней: полевого оборудования, устройств управления, систем отображения и администрирования, возникла необходимость поиска универсального средства обмена.

Наиболее подходящим для универсального протокола оказался Ethernet. Сначала он стал фактическим стандартом внутри административного уровня. Появление конкурирующих протоколов c новыми возможностями, приводило лишь к тому, что спецификация Ethernet расширялась, обеспечивая и эти новые возможности. Затем разработчики устройств управления начали выпускать коммуникационные модули Ethernet для своих контроллеров. И постепенно Ethernet начинает завоевывать позиции на уровне полевых устройств.

Этапы развития Ethernet

• 1983 — появление спецификации IEEE 802.3 (ISO 8802/3) — определена шинная топология сети 10base5 (толстый Ethernet) со случайным доступом, разрешение конфликтов при передаче осуществлялось посредством случайных задержек повторной попытки передачи. Такая сеть идеально подходила для тех случаев, когда обмен производится небольшими пакетами, интенсивность обмена невысока и максимальное время ожидания некритично. С той же топологией и протоколами вскоре появился 10base2 (тонкий Ethernet). Скорость передачи 10 Мбит/сек. Определено предельное расстояние между точками одного сегмента — 2 км.

• 1985 — выпущена вторая версия спецификации IEEE 802.3 (Ethernet II), в ней изменена структура заголовка пакета. Сформирована жесткая идентификация Ethernet устройств. Каждое устройство теперь обязано иметь свой уникальный идентификатор, в котором присутствует идентификатор производителя.

• 1989 — появление 10baseT (витая пара) с физической топологией — звезда и концентраторами, логическая топология не изменилась (широковещательная передача). Спецификация IEEE 802.2 расширяет в пакете адресную информацию. В разрешении конфликтов изменений не произошло, но почва для этого подготовлена.

• 1992 — появление коммутаторов (swich). Используя адресную информацию, содержащуюся в пакете, коммутатор, по возможности, организует независимые каналы связи между парами абонентов. При этом вероятность появления конфликтов резко снижается и повышается производительность сети.

• Определено использование волоконно-оптических каналов связи 10baseF.

• Начиная с этого момента производятся реальные попытки использования Ethernet для связи в реальном времени. Отдельные фирмы разрабатывают для своих устройств протоколы обмена с детерминированным временем доступа.

• Затем, в спецификации IEEE 802.3x, появляется полный дуплекс и контроль соединения для 10baseT, спецификация IEEE 802.1p добавляет групповую адресацию и 8-ми уровневую систему приоритетов. Начинают расти скорости передачи IEEE 802.3u 100 Мбит/сек (Fast Ethernet) по витой паре и IEEE 802.3z 1000 Мбит/сек (Gigabit Ethernet) по оптическим каналам. Появление мостов и маршрутизаторов сняло ограничение на максимальный размер сети.

• На этом этапе уже есть все предпосылки для создания сетей с детерминированным временем доступа, достаточным для подавляющего большинства технологических процессов (до 20 мксек).

• В настоящее время работы по развитию Ethernet продолжаются: в группе 802 ведется разработка протокола 10 Гбит/сек, а производители аппаратуры готовят устройства для Gigabit Ethernet по витой паре.

Ethernet для управления технологическими процессами

Как уже упоминалось, продвижение Ethernet происходило сверху — вниз, с уровня администрирования на уровень управления. На уровне администрирования Ethernet довольно быстро вытеснил конкурентов и стал фактическим стандартом для локальных вычислительных сетей из персональных компьютеров. Этому способствовала высокая топологическая гибкость, достаточно высокая скорость передачи, дешевизна коммуникационных устройств и линий связи. Все это хорошо удовлетворяло потребности достоверной передачи данных в локальных сетях. Большое количество продаваемых коммуникационных устройств привело их на высокотехнологичный уровень — физический и логический протокол реализуется одной микросхемой.

В это время на уровне управления процессами конкурировало довольно много протоколов обмена (ModBus, DeviceNet, ControlNet, CANopen, InterBus, ProfiBus и т.д.). Некоторые из них были ориентированы только на обмен между управляющими устройствами — контроллерами, некоторые обеспечивали и взаимодействие с полевыми устройствами. Но все они были реализованы на последовательномb интерфейсе и имели сравнимые скорости и расстояния передачи. Явного лидера среди них не образовалось.

Появившиеся контроллеры с архитектурой персональных компьютеров принесли с собой не только возможности программирования, но и возможность работы с периферийным оборудованием персональных компьютеров, в том числе и с коммуникационным. И оказалось, что Ethernet, практически по всем параметрам превосходит существующие протоколы. Отдельные характеристики Ethernet, не удовлетворявшие потребности обмена в реальном масштабе времени, были довольно быстро улучшены, путем несущественных добавлений в логической части протокола. А при правильном проектировании сети (организации отдельных сегментов для обмена в реальном времени, правильном выборе скорости), удалось обеспечить все потребности обмена на уровне управления. В настоящее время без особых усилий на 10 Мбит/сек Ethernet удается получить детерминированное время обмена около 2 мсек, а при увеличении скорости и определенных ограничениях до 20 мксек.

Следующим шагом стала интеграция Ethernet устройств в программируемые логические контроллеры. Практически все производители контроллеров разработали коммуникационные Ethernet модули. А некоторые пошли дальше, например, фирма PLC Direct by Koyo разработала два новых класса устройств на основе Ethernet. Один из них — контроллер серии DL205 или DL405, превращенный в устройство обмена, связанный по Ethernet с персональным компьютером, на котором при помощи пакета Think & Do под WindowsNT реализуются функции управления и отображения. Второй — контроллер серии DL205 с процессорным модулем, в котором предустановленна операционная система WindowsCE и среда исполнения Think & Do. Связь с другими устройствами также осуществляется при помощи Ethernet. Фирмой выпускаются также коммуникационные модули для контроллеров DL205 и DL405, работающие по витой паре 10BaseT и по оптоволокну 10BaseFL.

Ethernet как полевая шина

Обмен информацией на уровне полевых устройств (датчиков и исполнительных механизмов), традиционно осуществлялся беспротокольными физическими сигналами. Сигналами служили значения токов, напряжений, сопротивлений. Но обеспечение надежной и точной передачи информации при таких сигналах, в условиях промышленных помех, стало большой проблемой. Особенно остро эта проблема проявлялась при передаче аналоговых сигналов. Решением задачи стало первичное преобразование сигнала в непосредственной близости от датчика. Аналоговый сигнал преобразовывался в вид, обеспечивающий неискаженную передачу в условиях помех. Сначала, это были преобразователи в частоту, а с появлением микропроцессоров — цифровые преобразователи. Передача информации в цифровом виде позволила исключить необходимость в отдельной линии связи к каждому устройству и организовать шинную структуру линий связи. Разработчикам удалось добиться некоторой стандартизации протоколов полевых шин, сегодня достаточно широко используются LonWorks, HART, SDS и другие протоколы. Для каждого из них разработано большое количество датчиков, практически все производители контроллеров обеспечивают взаимодействие с одной или несколькими полевыми шинами.

Читайте также: Автомобильная шина nokian nordman c 185 75 r16c 104r шипованные

Однако после того как Ethernet распространился на уровень управления, стали естественными попытки использования его и в качестве полевой шины. Он удовлетворяет все требования по передаче информации, а использование оптоволоконных линий связи обеспечивает недостижимые ранее характеристики по помехозащищенности, безопасности, гальванической развязке и дальности передачи. Промышленные электромагнитные помехи никак не взаимодействуют с оптическим сигналом; мощность сигнала настолько мала, что обеспечиваются условия безопасности в самых опасных зонах; гальваническая развязка при использовании стеклянного или полимерного проводника не требует обсуждения; дальность передачи без повторителей при использовании многомодового кабеля составляет до 3 км, а при одномодовом кабеле — до 40 км.

Детерминированный Ethernet

Одной из, сложно решаемых задач, является детерминированное время доступа к информации. Этот параметр не является существенным для приложений уровня администрирования, где информацию принимает человек. Время его реакции существенно превышает максимально возможные запаздывания обычных Ethernet протоколов. Несколько иная ситуация наблюдается на уровне управления и полевых устройств. Здесь, для обеспечения качества и безопасности управления, иногда требуется очень малое и детерминированное запаздывание. Превышение допустимого значения запаздывания может привести к катастрофическим последствиям.

В стандартной реализации возможно достаточно большое время запаздывания при разрешении конфликтов передачи. Связано это со специфическим протоколом разрешения конфликтов. При обнаружении конфликта передающее устройство выдерживает паузу случайной величины, а затем повторяет попытку передачи. При небольшой загрузке сети задержка может составлять до 2, а при высокой загрузке (более 50%) — до 20 мсек и более.

Решение этой проблемы осуществляется пассивным и активным способом. К пассивным способам можно отнести: увеличение скорости обмена, отделение сегмента реального времени от остальной сети, использование дуплексного режима работы коммуникационных устройств, использование протоколов с небольшим размером пакета. К активным способам относится применение коммутаторов (swich) вместо концентраторов (hub), что позволяет резко уменьшить количество конфликтов при звездообразной топологии сети, а также использование мостов (bridge) и маршрутизатов (router) для отделения сегментов, в которых работают устройства реального времени, от остальной сети.

Активные способы, за счет дополнительной обработки пакетов, несколько увеличивают время передачи, но сильно уменьшают вероятность конфликтов и ограничивают максимальное время на разрешение конфликта.

Все это позволяет не допустить перегрузку сети и уменьшить максимальное время запаздывания передачи до допустимых значений. Так, например, опрос 32 контроллеров при размере пакета 1.5 Кбайт и скорости 10 Мбит/с гарантированно укладывается в 4 мсек, а при скорости 100 Мбит/с — 1 мсек.

Некоторые производители реализуют в своих устройствах дополнительные функции, которые также приводят к повышению производительности и надежности передачи. Например, коммуникационное оборудование фирмы Hirshmann, даже в самых простых модификациях, таких, как 4-портовый концентратор, обладает следующими функциями:

• регенерация тактовой частоты,
• восстановление потерянного заголовка пакета,
• фиксация слишком коротких пакетов и удлинение их для более уверенной обработки ошибок периферийными устройствами,
• фиксацию конфликтов и быстрый ответ устройству,
• автоматическое определение отказов в линиях и отключение их от общей шины с выдачей диагностического сигнала,
• при поступлении по отказавшей линии нормального пакета производится автоматическое восстановление связи,
• обрезание ненормально длинных пакетов.

Высоконадежный Ethernet

Другой принципиально важной проблемой является обеспечение надежности связи. В системах с большим количеством устройств необходимый уровень надежности удается обеспечить только за счет избыточности. Использование одиночных устройств накладывает такие требования по их надежности, что это оказывается либо нереализуемо, либо экономически неоправданно.

Стандартная топология Ethernet — звезда или шина — затрудняет построение резервированных сетей, дублировать приходится не только линии связи, но и оконечные устройства. Фирмой Hirshmann предложено несколько иное решение: кольцевая топология сети с контролем избыточности. Контроль избыточности осуществляют устройства серии Industrial Line. Это концентраторы, коммутаторы и специальные контроллеры избыточности. Концентраторы и коммутаторы позволяют диагностировать собственные отказы и отказы в линиях связи, с выдачей дискретных сигналов в другие устройства. Они допускают подключение к двум оптоволоконным кольцам и при обрыве связи в одном из них, обмен продолжается по другому. Контроллер избыточности, посылая диагностические пакеты, определяет неисправность линии связи или одного из устройств кольца и производит динамическое переключение направления обмена. Логическая топология сети при этом остается шинной. Этот же контроллер выполняет функции коммутатора и к нему можно подключить до 8 дополнительных линий связи. Время фиксации отказа и переключения, в зависимости от длины кольца, составляет от 20 до 300 мсек. Переключение происходит без потери информации.

Перспективы Ethernet для промышленной автоматизации

Сегодня Ethernet является основным средством обмена в локальных сетях. Для того, чтобы вытеснить конкурирующие протоколы, ему понадобилось около 5 лет. Первые реализации обмена при помощи Ethernet на уровне управления появились около двух лет назад, а сейчас Ethernet используется примерно в половине новых разработок. Начинается применение полевых устройств с передачей информации при помощи Ethernet. Если эта тенденция сохранится, то через два-три года системы промышленной автоматики окажутся связанными между собой и с информационными системами однородной Ethernet сетью.

Использование Ethernet, как физической среды передачи данных, приводит к использованию хорошо адресуемых логических протоколов. Уже сейчас большинство устройств поддерживают протокол TCP/IP, хотя острой необходимости в этом нет. Впоследствии это позволит легко интегрировать локальные системы управления технологическими процессами в сети любого масштаба, включая глобальную сеть интернет. Существующая информационная инфраструктура станет доступна для передачи технологической информации. Создание новых каналов передачи станет существенно проще и дешевле.

Результатом этого станет существенное изменение структуры и распределения функций в системах автоматического управления и телеметрии. Существующее сейчас, достаточно жесткое, деление системы управления по информационным уровням будет сильно сглажено. Появится возможность непосредственной передачи информации с одного информационного уровня на другой, практически без ограничения расстояний и скоростей.

По разным оценкам, сейчас Ethernet занимает 8- 20% рынка сетей реального времени, к 2 003 году прогнозируется 22-70% и он передвинется с 3-2 на первое место.

• Свежие записи
  • Нужно ли менять пружины при замене амортизаторов
  • Скрипят амортизаторы на машине что делать
  • Из чего состоит стойка амортизатора передняя
  • Чем стянуть пружину амортизатора без стяжек
  • Для чего нужны амортизаторы в автомобиле

  
  

  источники:

  https://fasad-adelante.ru/ethernet-kak-polevaya-shina

  📺 Видео

  #Ethernet I/P and #ProfiNET I/O modules for #Autos panel welding #equipmentСкачать

  

  OdotAutomation remote IO Protocol Modbus TCP ,Profinet ,EtherCAT Ethernet I/P ,Modbus-RTU ProfubusСкачать

  

  Об этой технологии ты точно не знал #сисадмин #системныйадминистратор #IT #сеть #технологии #данныеСкачать

  

  Profibus Connector WiringСкачать

  

  Foundation Field-Bus to Ethernet communication to DCS/PLC by Abb LD 800HseСкачать

  

  ПЛК Лекция 10 дополненнаяСкачать

  

  Can you change your I/O modules this easy? The WAGO CAGE CLAMP® On Our 750/753 I/O Modules Can 😏Скачать

  

  Протокол MODBUSСкачать

  

  List of Communication Protocols _HART,MODBUS,PROFIBUSСкачать

  

  WAGO 750 I/O The PLC uses Modbus over TCIP to talk to HMI and uses NETVAR variables over ethernetСкачать

  

  site application of ODOT Remote IO with S7 1500Скачать

  

  #shorts ProfinetСкачать

  

  Протокол Profibus DPСкачать