Преимущества Ethernet-технологий

Широкое промышленное применение сетей Ethernet обусловлено следующими очевидными моментами:
1. Промышленные сети верхнего уровня объединяют множество операторских станций и серверов, которые в большинстве случаев представляют собой персональные компьютеры. Стандарт Ethernet отлично подходит для организации подобных ЛВС; для этого необходимо снабдить каждый компьютер лишь сетевым адаптером (NIC, network interface card). Коммуникационные модули Ethernet для промышленных контроллеров просты в изготовлении и легки в конфигурировании. Стоит отметить, что многие современные контроллеры уже имеют встроенные интерфейсы для подключения к сетям Ethernet.
2. На рынке существует большой выбор недорого коммуникационного оборудования для сетей Ethernet, в том числе специально адаптированного для промышленного применения.
3. Сети Ethernet обладают большой скоростью передачи данных. Например, стандарт Gigabit Ethernet позволяет передавать данные со скоростью до 1 Gb в секунду при использовании витой пары категории 5. Как будет понятно дальше, большая пропускная способность сети становится чрезвычайно важным моментом для промышленных приложений.
4. Очень частым требованием является возможность состыковки сети АСУ ТП с локальной сетью завода (или предприятия). Как правило, существующая ЛВС завода базируется на стандарте Ethernet/

В настоящее время промышленный Ethernet уже де-факто стал стандартом.

Сеть устройств
Нижний уровень этой сети (сеть устройств) составляют сенсоры, датчики, измерительные устройства, которые могут быть как аналоговыми, так и цифровыми (интеллектуальными, содержащими встроенные контроллеры). На этом уровне могут располагаться также контроллеры и серверы доступа, преобразующие входные сигналы в Ethernet-пакеты для передачи на следующий уровень сети управления. При использовании устройств и контроллеров с интерфейсом, отличным от индустриального Ethernet, здесь же располагаются устройства преобразования интерфейса — шлюзы. Все шлюзы и Ethernet-контроллеры, кроме передачи собственно данных от устройств, должны обеспечивать верхние уровни сети также и информацией о состоянии этих устройств.

Уровень управляющей сети
Следующий, самый важный уровень сети - собственно управляющая производственным процессом сеть. Основу ее чаще всего составляет резервируемое оптоволоконное и электрическое Ethernet-кольцо. Это наиболее важное звено общей сети, и прекращение его функционирования может повлечь большие производственные потери. Правильный выбор оборудования позволит избежать финансовых потерь в будущем. На этом уровне располагаются индустриальные Ethernet - коммутаторы, составляющие опорную технологическую сеть, контроллеры устройств с Ethernet-интерфейсом, устройства взаимодействия с АРМ технологических процессов (SCADA-серверы), интеллектуальные панели управления.
На этом же уровне могут быть установлены интеллектуальные видео­серверы для управления видеокамерами, расположенными в ответственных местах производства или хранения продукции. Данные с видеосерверов в реальном режиме времени обеспечивают информацией о состоянии контролируемых объектов и могут быть интегрированы в единую систему управления предприятием.
На уровне управляющей сети происходят следующие процессы:
• сбор, обработка и накопление информации обо всех параметрах техно­логического процесса и промышленного оборудования и контроллеров, а также о его состоянии;
• обнаружение критических и аварийных ситуаций в работе оборудования и уведомление обслуживающего персонала;
• управление технологическим процессом с АРМ-операторов;
• формирование всех данных о состоянии и параметрах технологического процесса для использования в системах;
- управления предприятием.

Информация из управляющей сети в реальном времени передается на уровень сети предприятия.
На самом верхнем уровне сети - сети предприятия - происходит формирование всех необходимых форм для обеспечения функционирования производства (потребности в материалах, готовая продукция), состоянии технологического оборудования (простои, аварии), итоговых отчетных форм для руководящего персонала, ERP-систем и т.д.

Классическая сеть Ethernet для систем реального времени

Изначальный для сетей Ethernet про­токол множественного доступа к среде передачи с обнаружением коллизий CSMA/CD — недетерминированный и поэтому не пригоден для систем реаль­ного времени. Решение данной про­блемы сводится к применению совре­менной коммутируемой среды связи или к использованию специальных ме­тодов, например метода создания сети с одним ведущим устройством. С по­мощью протоколов TCP/IP и новых системных решений на основе комму­таторов и маршрутизаторов получены определённые результаты применения этих сетей для задач управления техно­логическими процессами и предпри­ятиями.

Применительно к модели взаимо­действия открытых систем OSI Ethernet охватывает её первые два уровня и не касается третьего уровня, на котором находится прокол TCP/IP. Хабы работают на первом физическом уровне, коммутаторы — на втором, а маршрутизаторы — на третьем. Комму­таторы могут интерпретировать сигна­лы на первых двух уровнях, что отража­ется в таблице MAC-адресов. Если ад­рес отсутствует, то коммутатор посыла­ет его всем портам. Если устройство не подключено (удалено), то его вход ис­ключается из базы данных. Тип под­ключения (MDI/MDIX) определяется автоматически.

Системы реального времени на осно­ве Ethernet создают посредством реали­зации специальных методов, используя, исходя из соображений стоимости и быстродействия, различные варианты среды связи. Один из методов создания систем реального времени вместо про­токола CDMA/CD применяет переклю­чаемые интервалы времени, распреде­ляющие передачи пакетов и сообщений в последовательной сети. Однако при таком методе недостаточно рациональ­но используется полоса частот. Другой метод основан на построении уп­рощённого варианта сети только с од­ним ведущим контроллером при боль­шом количестве ведомых устройств без использования коммутируемой среды. Распределённая система управления на основе такой сети использует метод ин­теракций одного ведущего со многими ведомыми устройствами.

Всё же основное направление в реше­нии проблемы реального времени — это развитие коммутируемой среды связи. Коммутаторы и маршрутизаторы быст­рой связи используют двухточечные ка­налы для передачи адресуемых IP-пакетов, при этом на основе таблиц маршру­тизации определяют наилучший мар­шрут в сети. Сложные функции мар­шрутизаторов реализуются программ­но, поэтому они более совершенны по сравнению с коммутаторами, но мед­леннее. Новые маршрутизирующие коммутаторы объединяют преимущест­ва обоих типов устройств по быстродей­ствию и гибкости сетевой связи.

Важными составляющими в реше­нии проблемы являются переход на оп­тические каналы связи. Новое поколение промышленных систем управления начинает перехо­дить на гигабитные сети Ethernet, всё шире используются кольцевые тополо­гии или многокольцевые структуры, обеспечивая высокую надёжность се­тевых решений. В недалёкой перспек­тиве — создание широкополосных ком­мутируемых промышленных сетей 10-Gigabit Ethernet. •

Дата добавления: 2014-10-15