Характеристика промышленных локальных сетей

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

по теме «Промышленные локальные сети, Ethernet TCP/IP (IP)»



Построение единой информационной инфраструктуры промышленных предприятий, обеспечивающей совместную работу программных и аппаратных средств систем АСУП и АСУТП, становится все более актуальной задачей.

На пути резко возрастающих информационных потоков стоят технологические барьеры между различными уровнями автоматизации, возникшими в результате независимого развития АСУП и АСУТП. По оценкам экспертов, только сбор данных в реальном масштабе времени о различных аспектах производственных процессов приведет в ближайшие годы почти к тридцатикратному увеличению трафика в распределенных системах промышленного управления, причем значительно возрастут потоки информации между датчиками и программируемыми контроллерами. Поэтому одной из задач комплексной автоматизации является организация межсетевого обмена в масштабах всего предприятия на основе стандартной масштабируемой высокопроизводительной технологии.

Современные системы АСУП, базирующиеся на стандартах, используют в коммуникационных инфраструктурах сети Ethernet и протоколы TCP/IP. В информационных комплексах предприятий широко применяются Internet-технологии. В области АСУТП со стандартизацией дело обстоит намного хуже. Существует более полусотни коммуникационных технологий, относящихся к классу промышленных сетей или полевых шин, предоставляющих возможность создания распределенных систем, в состав которых входят программируемые логические контроллеры, датчики и исполнительные устройства. Значительная часть этих технологий основана на собственных протоколах и аппаратных средствах компаний-производителей. Естественно, интерес к унификации промышленных сетей, предоставляющих возможность построения мультивендорных систем, весьма велик, хотя этому и препятствует достаточно узкая сегментация рынка по отраслям промышленности, а также коммерческие интересы крупнейших производителей (Fisher-Rosemount, Honeywell, Rockwell Automation, Siemens и ряда других), долгое время выпускающих собственные коммуникационные продукты. В последние годы поставщики оборудования для автоматизации производственных процессов обратили внимание на Ethernet. Однако до сих пор вопрос о масштабах проникновения Ethernet в комплексы управления производственными процессами и возможности замены таких распространенных технологий, как Foundation Fieldbus, Profibus или DeviceNet, остается открытым.

Промышленные локальные сети

Промышленная сеть-- сеть передачи данных, связывающая различные датчики, исполнительные механизмы, промышленные контроллеры и используемая в промышленной автоматизации. Термин употребляется преимущественно в автоматизированной системе управления технологическими процессами (АСУ ТП). Описывается стандартом IEC 61158.

Устройства используют сеть для:

передачи данных, между датчиками, контроллерами и исполнительными механизмами

диагностики и удалённого конфигурирования датчиков и исполнительных механизмов

калибрования датчиков

питания датчиков и исполнительных механизмов

передачи данных между датчиками и исполнительными механизмами минуя центральный контроллер

связи между датчиками, исполнительными механизмами, ПЛК и АСУ ТП верхнего уровня

связи между контроллерами и системами человеко-машинного интерфейса (SCADA)

В промышленных сетях для передачи данных применяют:

кабели

волоконно-оптические линии

беспроводную связь (радиомодемы и Wi-Fi).

Промышленные сети могут взаимодействовать с обычными компьютерными сетями, в частности использовать глобальную сеть Internet.

Полевые шины

Более 30 лет компании, занимающиеся промышленной автоматизацией, создавали собственные «нишевые» полевые шины для связи оборудования контроля и управления производственными процессами. Это требовало значительных финансовых и временных затрат на проектирование конфигураций и протоколов промышленных сетей, их кабельных систем, специализированных микросхем, интерфейсных блоков и программного обеспечения. В середине 80-х в Международной электротехнической комиссии (МЭК) началась разработка стандарта промышленной сети IEC61158, который не утвержден до сих пор. В начале 90-х приобрела статус национального стандарта спецификация Profibus, созданная группой специалистов ряда компаний и исследовательских институтов Германии. В середине 90-х американская ассоциация Fieldbus Foundation завершила разработку промышленной сети Foundation Fieldbus, а в Европе появился European Fieldbus Standard, основанный на национальных стандартах Германии (Profibus), Дании (P-Net) и Франции (FIP). Это лишь небольшая часть подобных спецификаций. Следует отметить, что многие производители продают или выпускают вместе с партнерами оборудование для сетей различных стандартов.

Идея международной стандартизации в области коммуникации в различных отраслях промышленности не потеряла своей привлекательности как для производителей, так и для многочисленных системных интеграторов. В конце 1999 года большинство национальных комитетов МЭК одобрили создание на основе IEC61158 проекта стандарта Final Draft International Standard for Data Link Layer and Application Layer, включающего около десятка независимых технологий полевых шин.

Терминполевая шинаявляется дословным переводом английского терминаfieldbus. Терминпромышленная сетьявляется более точным переводом и в настоящее время именно он используется в профессиональной технической литературе.

TCP/IP

Transmission Control Protocol / Internet Protocol (TCP/IP) - Промышленный стандартный набор протоколов, которые обеспечивают связь в гетерогенной среде, то есть обеспечивают совместимость между компьютерами разных типов. Совместимость - одно из основных преимуществ ТСР/IP, поэтому большинство ЛВС поддерживает его. Кроме того, ТСР/IP предоставляет доступ к ресурсам Interneta, а также маршрутизируемый протокол для сетей масштаба предприятия. Поскольку ТСР/IP поддерживает маршрутизацию, он обычно используется в качестве межсетевого протокола. Благодаря своей популярности ТСР/IP стал стандартом де - факто для межсетевого взаимодействия.

ТСР/IP имеет два главных недостатка: размер и недостаточная скорость работы. ТСР/IP - относительно большой стек протоколов, который может вызвать проблемы у MS-DOS клиентов. Однако для таких ОС, как Windows NT или Windows 95 размер не является проблемой, а скорость работы сравнима со скоростью протокола IPX/SPX.

NetBEUI

NetBEUI - расширенный интерфейс NetBIOS первоначально NetBIOS и NetBEUI были тесно связаны и рассматривались как один протокол. Затем некоторые производители ЛВС так обособили NetBIOS, протокол сеансового уровня, что он уже не мог использоваться на ряду с другими маршрутизируемыми транспортными протоколами. NetBIOS - это интерфейс сеансового уровня с ЛВС, который выступает в качестве прикладного интерфейса с сетью, Этот протокол предоставляет программ средство для осуществления сеансов связи с другими сетевыми программами. Он очень популярен, так как поддерживается многими приложениями. NetBEUI небольшой быстрый и эффективный протокол Транспортного уровня, который поставляется со всеми сетевыми продуктами фирмы Microsoft. Преимуществам NetBEUI относится небольшой размер стека, высокая скорость передачи данных по сети и совместимость со всеми сетями Microsoft. Основной недостаток NetBEUI он не поддерживает маршрутизацию. Это ограничение относится ко всем сетям Microsoft.

Х.25

Х.25 - набор протоколов для сетей с коммутацией пакетов его использовали службы коммутации, которые должны были соединять удаленные терминалы с мэйн фреймами.

IPX/SPX и NWLink

IPX/SPX и NWLink - стек протоколов используемый в сетях NET WARE фирмы NOVELL. Как и NetBEUI, относительно небольшой и быстрый протокол, но, в отличии от NetBEUI он поддерживает маршрутизацию.

NWLink - реализация IPX/SPX фирмы Microsoft. Это транспортный маршрутизируемый протокол.

Исходя из выше приведенного и анализа основных тенденций развития сетевых протоколов считается наиболее перспективным использование протокола TCP/IP как наиболее полно удовлетворяющего предъявляемым требованиям.

Кабельные системы в компьютерных сетях.

Сегодня подавляющее большинство компьютерных сетей в качестве среды передачи использует провода или кабели. Существуют различные типы кабелей, которые удовлетворяют потребностям всевозможных сете от больших до малых.

В большинстве сетей применяется только три основные группы кабелей:

- коаксиальный кабель (coaxial cable);

- витая пара (twisted pair):

- неэкранированная (unshielded);

- экранированная (shielded);

- оптоволоконный кабель, одно модовый, много модовый (fiber optic).

На сегодня самый распространенный тип кабеля и наиболее подходящий по своим характеристикам - это витая пара в частности экранированная. Остановимся на ней более подробно.

Кабель экранированная витая пара (STP) имеет медную оплетку, которая обеспечивает большую защиту чем неэкранированная витая пара. Кроме того пары проводов STP обмотаны фольгой. В результате экранированная витая пара обладает прекрасной изоляцией, защищающей предаваемые данные от внешних помех. Все это говорит о том, что STP меньше подвержена воздействию электрических помех и может передавать сигналы на большее расстояние, а также меньше излучает и собственных побочных электромагнитных полей. И состоит из четырех витых пар медного провода. С целью снижения взаимных наводок шаг скрутки у всех пар различен. Провода пар различаются цветом изоляции, причем один из них окрашен целиком, а другой белого цвета с нанесенной полосой цвета пары. Цвет, шаг скрутки и диаметр строго нормированы. Экранированная витая пара способна передавать данные со скоростью до 100 Мбит/сек.

Компоненты кабельной системы.

К компонентам кабельной системы относятся пассивные соединители. Для подключения витой пары к компьютеру используется коннекторы RJ-45 имеющие восемь контактов (для работ требуются RJ-45 в экране). Для построения развитой кабельной системы и в тоже время для упрощения работы с ней требуются следующие компоненты.

Распределительные стойки и полки, предназначены для монтажа кабеля. Они позволяют централизованно организовать множество соединений и при этом занимают достаточно мало места.

Коммутационные панели, существуют различные типы панелей в том числе и в экране. Количество портов может меняться от 8 до 96.

Розетки, соединители, с помощью кабеля соединяются с коммутационными панелями. Они обеспечивают скорость передачи до 100 Мбит/сек.

Сетевое оборудование.

К сетевому оборудованию относятся:

- сетевые карты;

- концентраторы;

- коммутаторы;

- маршрутизаторы;

- спец оборудование для доступа к глобальным сетям.

Сетевые карты, являются одной из важнейших компонент любой компьютерной сети. Сетевые карты выступают в качестве физического интерфейса для соединения, между компьютером и сетевым кабелем. Сетевая карта вставляется в свободный слот расширения на материнской плате компьютера и различаются по типу используемого разъема: ISA, EISA, PCI.

Основное назначение сетевой карты:

- подготовка данных, поступающих от компьютера, к передаче по сетевому кабелю;

- передача данных другому компьютеру;

- управление потоком данных между компьютером и кабельной системой.

Кроме того, сетевая плата, принимает данные из кабеля и переводит их в форму, понятую центральному процессору компьютера. Также каждая сетевая карта имеет уникальный адрес (MAC). Сетевые адреса определены комитетом IEEE, этот комитет закрепляет за каждым производителем некий интервал адресов. Производители «зашивают» эти адреса в микросхемы сетевой карты.

Концентратор, является центральной частью компьютерной сети в случае реализации топологии «звезда». И является самым простым устройством при создании компьютерных сетей. У него отсутствует возможность управления и применяется, как правило в сетях малых офисов или подразделений.

Коммутатор, выступает в качестве ведущего элемента компьютерной сети. Обеспечение связи с базовой магистралью или группой серверов по высокоскоростным каналам, может соединять сегменты сети, служит также для изоляции трафика в сети, что способствует более высоким скоростям передачи информации. Коммутаторы решают следующие проблемы:

- увеличивают размеры сети;

- увеличивают максимальное количество компьютеров в сети;

- устраняют узкие места, появляющиеся в результате подключения избыточного числа компьютеров и, как следствие, возрастание трафика.

Коммутатор при работе выполняет следующие действия:

- «слушает» весь трафик;

- проверяет адреса источника и получателя пакетов Ethernet;

- строит таблицу маршрутизации, состоящую из MAС адресов;

- передает пакеты Ethernet.

Можно сказать, что коммутаторы обладают некоторым «интеллектом», поскольку изучают, куда следует направлять данные. В начале работы таблица маршрутизации пуста, но затем она наполняется и концентратор изучая эти данные знает расположение компьютеров в сети. На сегодняшний день использование коммутаторов самый перспективный способ построения компьютерных сетей.

Маршрутизатор - это элемент компьютерной сети объединяющей несколько сетевых сегментов с различными протоколами и архитектурами. Маршрутизаторы могут выполнять следующие функции:

- фильтровать и изолировать трафик;

- соединять сегменты сети;

Таблица данных которая находится в маршрутизаторе содержит сетевые адреса. Она включает следующую информацию:

- все известные сетевые адреса;

- способы связи с другими сетями;

- возможные пути между маршрутизаторами;

- стоимость передачи данных по маршруту.

На основании этих данных маршрутизатор выбирает наилучший маршрут для данных, сравнивая стоимость и доступность различных вариантов. Маршрутизаторы требуют специальной адресации: им понятны только номера сетей и адреса локальных сетевых карт. К удаленным компьютерам маршрутизаторы обращаться не могут.

Маршрутизаторы могут работать не со всеми протоколами, а только с маршрутизируемыми, к ним относятся:

- DECnet;

- TCP/IP;

- IPX/SPX;

- OSI;

- XNS.

К не маршрутизируемым протоколам относятся:

- LAT;

- NetBEUI.

Маршрутизаторы объединяют сети и обеспечивают фильтрацию пакетов. Они также определяют наилучший маршрут для передачи данных. Перед применением маршрутизаторов необходимо убедится, что в сети отсутствуют не маршрутизируемые протоколы.

Использование маршрутизаторов оправдано, если сеть имеет выход в глобальные сети или при использовании в качестве узлового элемента сети, уровня корпорации.

Спец оборудованием, называются специальное терминальное оборудование для доступа к глобальным сетям. Более подробный обзор этого оборудования будет приведен в следующих материалах.

Типовые требования предъявляемые к оснащению и модернизации типовых локальных узлов -- объектов.

Общие положения

Размещение и монтаж оборудования в центрах СФД должны быть выполнены в соответствии с:

- "Временными санитарными нормами и правилами для работников вычислительных центров" (в том числе: 6 кв.м. на одного человека с учетом максимального числа одновременно работающих в смену);

- СНиП 2-09-04-87;

- Административные и бытовые здания и помещения производственных предприятий";

- "Правилами устройства электроустановок";

- "Инструкцией по проектированию зданий и помещений для ЭВМ";

- справочником "Абонентские устройства ГТС";

- справочником "Монтажник связи";

- справочником "Стандарты по локальным вычислительным сетям";

- ГОСТ 11326.2-79, ГОСТ 11326.16-79;

- структурной схемой ЛВС;

- необходимыми документами по обеспечению режимных мероприятий, специальными требованиями, предъявляемыми к электронно-вычислительной технике (ЭВТ) объектов информации соответствующей категории и предписаниями на эксплуатацию.

Требования к средствам вычислительной техники

Стандартными средствами при оснащении объектов СФД являются ПЭВМ типа РС/АТ. ПЭВМ монтируется в стандартном системном блоке “защищенном” с дисководами для гибких магнитных дисков и лазерных компакт дисков “СD-ROM”. Оснащается манипуляторами типа “мышь” и клавиатурой. На все средства вычислительной техники обязательно должно быть заключения по СП и СИ.

Вычислительные ресурсы ПЭВМ должны обеспечивать надежное функционирование аппаратно - программных средств и гарантийный срок эксплуатации не мнение 3 (трех) лет. После чего подвергать модернизации или капитальному ремонту с прохождением СП и СИ.

Емкость оперативной памяти должна быть не менее 32Мб, емкость жесткого диска должна быть не менее 2Гб, оснащаться сетевой картой Ethernet, иметь порты расширения для подключения внешних периферийных устройств. Видео подсистема должна обеспечивать разрешение 800х600 точек для рабочих станций операторов и 1024х786 точек для графических рабочих станций. Частота кадровой развертки для монитора должна составлять не менее 75 Гц.

Требования к коммуникационному (сетевому) оборудованию

Аппаратный комплекс средств коммуникационного оборудования должен обеспечивать обмен информацией, как закрытого так и открытого характера. Базироваться на современных технологиях передачи информации. На все средства коммуникационного оборудования обязательно должно быть заключения по СП и СИ.

Для локальных сетей объектов СФД локальная вычислительная сеть (ЛВС) создается с применением технологии Ethernet 10/100. Аппаратные средства ЛВС должны обеспечивать возможность создания виртуальных сетей на одном устройстве (коммутаторе), обеспечивать возможность управления маршрутизацией IP. Иметь встроенные средства защиты от несанкционированного доступа.

Для выхода в федеральные сети передачи данных должны использовать специализированные терминальные устройства поддерживающие протокол связи Х.25, как по выделенным так и по коммутируемым каналам связи.

С целью защиты от несанкционированного доступа из глобальных сетей федерального масштаба должны использоваться межсетевые экраны (FIREWALL) соответствующего класса.

Требования к системе электропитания

Система электропитания объекта СФД должна быть выполнена в соответствии с требованиями Правил устройства электроустановок (ПУЭ), предъявляемых к электроустановкам до 1 кВ.

Электрические установки и кабели, предназначенные для электропитания объектов СФД должны размещаться в пределах контролируемой зоны. Способы и средства заземления электроустановок оговариваются отдельно.

На объектах СФД электропитание должно осуществляться через сертифицированные по требованиям безопасности информации сетевые помехоподавляющие фильтры с фильтрацией сигналов в нулевом проводе, либо с использованием активного зашумления.

Рекомендуется применить на объектах СФД двух проводные или четырех проводные сетевые помехоподавляющие фильтры, рассчитанные на номинальные напряжения и токи в электроцепях, с полосой подавления помех в диапазоне частот 0,02 - 1000МГц и с вносимым затуханием в указанной полосе частот не менее 60 дБ.

Двухпроводные сетевые фильтры должны устанавливаться и монтироваться таким образом, чтобы исключить появление наведенного сигнала в отходящих от фильтра проводах электропитания.

Для особо важных частей объекта рекомендуемся использование агрегатов бесперебойного питания, рассчитанных на соответствующую потребляемую мощность.

Система заземления должна отвечать следующим требованиям:

- электропитание объектов СФД питание которых производится по схеме с глухозаземленной нетралью, должно выполнятся зануление корпусов ВТ;

- электрически связанные между собой устройства ВТ не должны заземлятся на разные системы заземления;

- в системах заземления не должны образовываться замкнутые контуры из заземляющих проводов, шин или экранов;

- сопротивление заземляющего устройства для заземления не должно превышать 4 Ома в любое время года.

ControlNet™

Сеть Allen-Bradley ControlNet является современной управляющей сетью, которая удовлетворяет требованиям приложений реального времени с высокой пропускной способностью. Сеть ControlNet объединяет функциональность сети ввода/вывода и сети обмена «точка-точка», обеспечивая высокую производительность для обеих функций.

Сеть ControlNet обеспечивает детерминированные, периодические пересылки всех критических управляющих данных, в дополнение к поддержке пересылки некритичных ко времени данных. Фирменный метод доступа к носителю, используемый в сети ControlNet, приводит к детерминированной доставке критичных ко времени данных (запланированных), назначая им более высокий приоритет, чем для некритичных ко времени данных (незапланированных). В результате, обновление входов/выходов и взаимные блокировки контроллеров всегда берут приоритет над загрузкой/сохранением программ и обменом сообщениями.

Сеть ControlNet и такие продукты, как устройство для связи ControlNet<->DeviceNet (номер по каталогу 1788-CN2DN), помогают создать решения, которые интегрируют устройства FOUNDATION Fieldbus и устройства DeviceNet в общую, полную архитектуру.

Все устройства в сети ControlNet имеют прямой доступ ко всем данным в сети FOUNDATION Fieldbus. Устройство для связи ControlNet<->FOUNDATION Fieldbus (H1) (номер по каталогу 1788-CN2FF), имеет много преимуществ:

конфигурирование устройств FOUNDATION Fieldbus из сети ControlNet;

двухстороннее совместное использование данных между устройствами ControlNet и FOUNDATION Fieldbus;

диагностическая обратная связь и мониторинг нескольких сетей FOUNDATION Fieldbus из одной сети ControlNet;

централизованные контроллеры в сети ControlNet управляют событиями в сети FOUNDATION Fieldbus. Гибкие опции инсталляции сети ControlNet включают:

o Опция избыточного носителя помогает быть уверенным, что система может поддерживать функционирование при повреждении кабеля;

o Опция искробезопасности позволяет вам установить сеть ControlNet во взрывоопасных условиях. Сочетание волоконно- оптических концентраторов ControlNet 1786 и ControlNet Ex 1797 обеспечивает безупречный высокоскоростной детерминированный поток данных и обмен сообщениями между опасными и безопасными областями. Эта комбинация функционирует как естественный безопасный разделитель между опасными и безопасными областями и может обеспечить дальнюю связь.

Связь

Сеть ControlNet обеспечивает функции Data Highway Plus и универсального Remote I/O Allen-Bradley со скоростью 5 Мбит/с. Несколько процессоров могут управлять своими собственными назначенными выходами по одному общему сегменту ControlNet и каждый из них -- считывать состояние всех входов на сегменте. Любой процессор на сегменте может послать сообщение любому другому процессору на сегменте.

Сообщения от узла на одном сегменте ControlNet могут быть маршрутизированы через шлюз ControlLogix к узлу на другом сегменте ControlNet, сегменте DeviceNet, сегменте DH+ или сегменте Ethernet.

Характеристики

Поддерживает программирование, межпроцессорное управление и управление вводом/выводом на одном сегменте без влияния на ввод/вывод, критичный ко времени.

Опции избыточности носителя и искробезопасности.

Обеспечивает функции сетей Data Highway Plus и универсального Remote I/O при 5 Мбит/с.

Обеспечивает высокую пропускную способность данных, что улучшает производительность ввода/вывода и взаимные блокировки контроллеров.

Поддерживает максимум 99 узлов, без минимального расстояния между ними.

Обеспечивает простую, гибкую установку и настройку, которые не требует специальных инструментов.

Позволяет вам иметь доступ к сети из любого узла для программирования процессора PLC и диагностики.

Широковещание данных, как входов, так и обмена, для сокращения программирования.

Включает улучшенную системную диагностику, которая облегчает конфигурирование и поддержку.

Широкий выбор устройств ввода/вывода.

Обеспечивает детерминированную, циклическую передачу данных от/к устройствам дискретного и аналогового ввода/вывода.

Позволяет вам выбрать время обновления входов/выходов и блокировок между процессорами PLC, которое соответствует требованиям вашего приложения.

Позволяет процессорам связываться с несколькими устройствами за одну пересылку.

Устраняет необходимость программирования блок-трансферов.

Совместим с большим числом текущих продуктов Allen-Bradley и будет совместимым с еще большим в будущем.

Обеспечивает работу в средах с высоким уровнем помех с помощью волоконно-оптических сегментов.

Сообщения от/к узлу на одном сегменте ControlNet могут быть маршрутизированы через шлюз ControlLogix к узлу на другом сегменте ControlNet, сегменте DH+ или сегменте Ethernet.

Типичные Приложения

Сеть ControlNet хорошо подходит к приложениям, которые требуют высокоскоростной дискретный ввод/вывод и/или удаленный аналоговый ввод/вывод, например:

Автомобилестроительные поточные линии, покрасочные линии и сборочные конвейеры. контроллер кабельный компьютерный сеть

Водоснабжение/водоочистка.

Пищевая промышленность.

Фармацевтическая промышленность.

Испытательные стенды.

Секционные конвейерные линии.

Распределенные механизмы и машины.

Фильтровальные прессы.

Обработки багажа.

Большинство других высокоскоростных приложений, которые требуют: точную синхронизацию управления, высокую производительность и скорость, быстрый счет входов/выходов, распределение через большие расстояния на местности, производительность в реальном времени.

Data Highway Plus™ (DH+)

Сеть Data Highway Plus -- локальная сеть, разработанная для поддержки удалённого программирования в приложениях уровня заводской площадки.

Функциональное исполнение

Сеть Data Highway Plus позволяет вам подключить к сегменту максимум до 64 устройств (хотя рекомендуется подключение не более 15 узлов), включая:

·программируемые контроллеры SLC 500и PLC-5;

цветные графические системы;

персональные компьютеры;

главные компьютеры;

устройства числового управления;

программируемые RS-232-C/RS-422 устройства.

Механическое исполнение

Вы можете сконфигурировать сеть с 99 сегментами. На сегментированной сети вы можете иметь больше узлов. Устанавливая узлы в соответствующие сегменты с некоторыми из узлов и отделяя их от других, вы можете также увеличить эффективность доставки сообщений.

Коммуникации

Используя программное обеспечение Rockwell Software, вы можете программироватьконтроллеры PLCпо сети Data Highway Plus. Вы можете программировать контроллеры PLC со своего локального или удалённого сегмента DH+. Это означает, что один промышленный терминал, подключенный к вашей сети, может быть использован для программирования всех контроллеров PLC на всех сегментах вашей сети.

Коммуникационный модуль интерфейсаControlLogix(номер по каталогу 1756-DHRIO) обеспечивает подключение двух сегментов DH+ к задней шине ControlLogix, обеспечивая маршрутизацию сообщений между сегментом DH+ и:

сегментами ControlNet;

сегментами Ethernet;

сегментами DeviceNet;

другими сегментами DH+.

Вы можете также использовать модули Data Highway Plus для организации системы SCADA.

Характеристики

Имеет переключатели на каждом интерфейсе, что облегчает переконфигурацию вашей сети при её изменении.

Осуществляет поддержку диагностики сети, которая позволяет избегать дорогостоящих простоев и улучшить эффективность сети.

Позволяет вам использовать коммуникационное ПО, чтобы обеспечить драйвер связи Data Highway Plus для различных компьютерных платформ.

DeviceNet™

DeviceNet: универсальная шина для заводских сетей нижнего и среднего уровней

Происхождение: Allen-Bradley, 1994 год. Основа: технология CAN (Controller Area Nerwork), заимствованная из автомобильной промышленности.

Максимальное число узлов: 64.

Коннекторы: популярные быстроразборные 18-миллиметровые ("мини-") и 12-миллиметровые ("микро-") разъемы с гнездами и штекерами в герметичном исполнении и универсальные 5-штырьковые клеммные блоки.

Длина соединения: от 100 до 500 метров.

Скорость передачи данных: 125, 250 и 500 Кбит/с.

Максимальный размер сообщения: 8 байт на сообщение для одного узла.

Типы сообщений: Polling (опрос), Strobing (стробирование), Change-of-State (изменение состояния), Cyclic (циклическое); Explicit (для передачи конфигурационных сведений и значений параметров) и UCMM (для обмена между одноранговыми устройствами). Модель обмена производитель/потребитель (Producer/Consumer).

Поддерживающая организация: Open DeviceNet Vendor Association .

Типичные области применения: в основном сборочные, сварочные и транспортировочные агрегаты. Используется для однокабельного соединения многовходовых блоков датчиков, интеллектуальных датчиков, пневматических вентилей, считывателей штрих-кодов, приводов и операторских пультов. Особенно широкое распространение данная шина получила в автомобильной и полупроводниковой отраслях промышленности.

Достоинства: дешевизна, широкое распространение, высокая надежность, эффективное использование пропускной способности, подача питающего напряжения по сетевому кабелю.

Недостатки: ограниченная пропускная способность, ограниченный размер сообщений, ограниченная длина соединения.

Гибкая DeviceNet - это гибкая промышленная шина общего назначения, удовлетворяющая 80% стандартных требований, предъявляемых к прокладке кабелей внутри промышленных установок и цехов. Поскольку питающее напряжение для устройств автоматики подается по сетевому кабелю, общее число используемых кабелей и сложность разводки минимальны. Протокол DeviceNet поддерживается сотнями разнотипных устройств (от интеллектуальных датчиков до вентилей и операторских пультов) и сотнями различных производителей.

Сеть DeviceNet имеет шинную топологию с отводами. Физической средой передачи является 4-проводной кабель (CAN_H, CAN_L, Vcc, Ground), причем возможны две его разновидности:толстый(внешний диаметр 12,2 мм) итонкий(6,9 мм). Определены лишь три значения скорости передачи данных -- 125, 250 и 500 кбит/с. Максимальные длины центральной магистрали и отводов в зависимости от скорости передачи и типа кабеля приведены в таблице:

Скорость передачи, кбит/с	Длина магистрали, м	Длина отводов, м
	Толстый кабель	Тонкий кабель	Одиночных	Сумарная
125	500	100	6	156
250	250	100	6	78
500	100	100	6	39

Важной особенностью сети DeviceNet является возможность питания модулей непосредственно от сетевого кабеля (24 В, до 8 А на толстом кабеле), а также допускается применение нескольких источников питания в любой точке шины. Все это дает возможность построения автономной сети, не зависящей от наличия или качества внешнего питания, а при необходимости позволит легко демонтировать и снова развернуть систему на новом месте. Сеть DeviceNet допускает “горячее” (без обесточивания сети) подключение и отключение модулей.

AS-I (Actuator Sensor Interface)

Происхождение: консорциум AS-I Consortium, 1993 год.

Максимальное число узлов: 31 подчиненный, 1 главный.

Коннекторы: монтируемые с прорезанием изоляции разъемы для плоского желтого кабеля, двухпозиционные клеммные колодки и 12-миллиметровые быстроразборные ("микро-") разъемы.

Длина соединения: 100 метров; с ретрансляторами до 300 метров.

Скорость передачи: 167 Кбит/с.

Размер сообщений: 8 бит (4 входящих, 4 исходящих) на сообщение для одного узла.

Метод обмена сообщениями: Strobing (стробирование).

Поддерживающая организация: AS - I Trade Organization

Типичные области применения: в основном в сборочных, сварочных и транспортировочных агрегатах. Используется для однокабельного соединения многовходовых блоков датчиков, интеллектуальных датчиков, пневматических вентилей, коммутаторов и индикаторов.

Достоинства: чрезвычайная простота, дешевизна, распространенность, высокое быстродействие, подача питающего напряжения по сетевому кабелю. Превосходное средство для объединения устройств цифрового ввода/вывода.

Недостатки: плохо подходит для объединения устройств аналогового ввода/вывода; ограниченные размеры сети; слабая распространенность в Северной Америке (в настоящее время).

Примечание: недавно вышедшая новая спецификация AS-I допускает подключение 62 (вместо 31) подчиненных устройств с 4 входами и 3 выходами каждое. В настоящий момент данную спецификацию поддерживает малое число производителей, однако удовлетворяющие ей новые устройства могут использоваться наравне со старыми.

Технология ASI была разработана консорциумом европейских производителей средств автоматизации, осознавшим потребность объединения в сеть простейших устройств на самом нижнем уровне. Сеть ASI дешева и чрезвычайно просто конфигурируется. Чаще всего данная шина используется для подключения датчиков приближения, фотоэлементов, концевых выключателей, вентилей и индикаторов в системах типа упаковочных линий и транспортировщиков материалов. Шина ASI разрабатывалась для применения в небольших системах с устройствами цифрового ввода/вывода. Сеть допускает объединение до 31 подчиненного устройства с 4 входами и 4 выходами каждое, что в совокупности дает 248 линий ввода/вывода. Если вы умеете программировать видеомагнитофон, вы умеете программировать и сеть ASI. Вне всякого сомнения, ASI самая простая промышленная шина. В технологии ASI реализовано множество сложных и "умных" механизмов, гарантирующих быструю и надежную доставку данных и обеспечивающих дружественность по отношению к пользователю. Все, что необходимо сделать пользователю при конфигурировании сети, это задать адрес каждого узла, а также его (узла) входы и выходы.

Самая известная особенность шины ASI - ее плоский желтый кабель, подключение к которому осуществляется методом монтажа с прорезанием изоляции; тем самым устраняется необходимость в дорогих тройниках и применении сложных разъемов. Устройство просто прижимается к кабелю и соединение установлено. Для питания слаботочных устройств ввода в сигнальном кабеле имеется постоянное напряжение 30 В. Питание для устройств вывода может подаваться по дополнительному плоскому (черному) кабелю; большинство устройств вывода имеет клеммы, предназначенные для подключения этого кабеля.

Нередко задается вопрос: не приводит ли отсутствие экранирования к тому, что сети ASI оказываются чувствительны к наводкам? Дело в том, что информация передается по кабелю в виде сигналов синусоидальной формы, отличающихся чрезвычайно узким частотным спектром. Подавление иных частот осуществляется распределенными по всей сети фильтрами, благодаря чему сети ASI могут работать без ошибок передачи данных в шумных (в смысле электрических помех) средах даже в сварочных автоматах. Аналоговые сигналы также могут передаваться по ASI-линиям, однако в этом случае каждый узел может представлять лишь одно аналоговое устройство, а передача сигналов, требующих более четырех бит, должна осуществляться методом фрагментации.

Сеть ASI детерминированная. Это означает, что всегда можно сказать с полной уверенностью, через какой временной промежуток изменение состояния подчиненного устройства станет известно главному. Для вычисления этого промежутка необходимо число узлов (включая главное устройство) умножить на 150 микросекунд. Максимальная задержка в сети ASI составляет, таким образом, 4,7 миллисекунды, что является очень неплохим результатом для большинства систем (у многих программируемых контроллеров длительность цикла опроса составляет 20 и более миллисекунд!).

Промышленный Ethernet

Даже в настоящее время Ethernet остается одной из самых востребованных сетей, так что имеет смысл рассмотреть ее отдельно.

Industrial Ethernet(промышленный Ethernet) - стандартизованный ( IEEE 802.3 и 802,11 ) вариант Ethernet для применения в промышленности. Сеть с процедурой доступа CSMA/CD . Сеть с процедурой доступа CSMA / CD . Industrial Ethernet обычно используется для обмена данными между программируемыми контроллерами и системами человеко-машинного интерфейса, реже для обмена данных между контроллерами и, незначительно, для подключения к контроллерам удаленного оборудования (датчиков и исполнительных устройств). Industrial Ethernet обычно используется для обмена данными между программируемыми контроллерами И системами человеко-машинного интерфейса, реже для обмена данных между контроллерами и, незначительно, для подключения к контроллерам удаленного оборудования (датчиков и исполнительных устройств). Широкому применению Ethernet в последних задачах препятствует суть метода CSMA/CD, делающая невозможным гарантию обмена небольшим количеством информации (единицы байт) с высокой частотой (миллисекундные циклы обмена). Широкому применению Ethernet в последних задачах препятствует суть метода CSMA / CD, делающая невозможным гарантию обмена небольшим количеством информации (единицы байт) с высокой частотой (миллисекундные циклы обмена).

Отличия от обычного EtherNet

Стандарты на кабели и разъемы, удовлетворяющие специфическим требованиям промышленности: усиленное экранирование, стойкость к агрессивным средам и т. п. Стандарты на кабели и разъемы, удовлетворяющие специфическим требованиям промышленности: усиленное экранирование, стойкость к агрессивным средам и т п..

Специальные стандарты и устройства для связи с подвижными объектами: гибкие кабели, устройства беспроводной связи Специальные стандарты и устройства для связи с подвижными объектами: гибкие кабели, устройства беспроводной связи

Дополнение стека протоколов TCP/IP протоколом RFC 1006 обеспечивает регулярную и частую передачу по сети небольших объемов информации, что характерно для обмена данными между промышленными контроллерами Дополнение стека протоколов TCP / IP протоколом RFC 1006 обеспечивает регулярную и частую передачу по сети небольших объемов информации, что характерно для обмена данными между промышленными контроллерами

C помощью специальных коммутаторов можно организовать кольцевую топологию, которая при обрыве восстанавливает связь, то есть находит новый путь для передачи данных значительно быстрее, чем применяемый в обычных сетях «алгоритм избыточного дерева» С помощью специальных коммутаторов можно организовать кольцевую топологию, которая при обрыве восстанавливает связь, то есть находит новый путь для передачи данных значительно быстрее, чем применяемый в обычных сетях «алгоритм избыточного дерева»

Частое использование наряду со стеком протоколов TCP/IP специфического стека протоколов ISO Transport Protocol Частое использование наряду со стеком протоколов TCP / IP специфического стека протоколов ISO.

В настоящий момент Ethernet - это самый распространенный и практически универсальный международный сетевой стандарт. Используя стандартизованную инфраструктуру с различными средами передачи данных (коаксиальный кабель, витая пара, волоконная оптика, радиоканал, инфракрасный канал), сеть Ethernet поддерживает передачу больших объемов данных с высокой скоростью и способна удовлетворить потребности достаточно крупных систем.

Использование компьютерных и Internet-технологий набирает обороты, вместе с тем растут и объемы передаваемых данных, что приводит к более интенсивному использованию существующих сетевых ресурсов. Сетевые коммуникации и различные взаимодействующие сетевые протоколы были интегрированы во все операционные системы и, следовательно, легко доступны пользователю.

Сегодня в мире Ethernet используется в 90% всех офисных приложений, аналогичные тенденции ожидаются и в области промышленной автоматизации.

Коммуникации в автоматизированных системах постоянно меняются, становясь все более открытыми и прозрачными. Исключительную важность приобретает непрерывность (целостность) информации.

В результате растет количество производителей автоматизированных систем разрабатывающих Ethernet-решения.

Основная цель таких производителей - обеспечение планирования, инсталляции и администрирования промышленных сетей таким образом, чтобы сети работали надежно и обеспечивали работу системы управления даже в жестких промышленных условиях.

В отличие от офисных коммутаторов и концентраторов, к промышленному Ethernet-оборудованию (Industrial Ethernet) предъявляются дополнительные требования, основными из которых являются:

крепление на DIN-рейку;

питание 24V DC;

резервирование электропитания;

аварийная сигнализация (контакт);

широкий температурный диапазон;

надежная работа при: ударах; вибрации;

повышенной влажности;

электрических помехах.

Оборудование для промышленной Ethernet-инфраструктуры

В настоящее время на российском рынке существует большое количество поставщиков оборудования для построения промышленных Ethernet-сетей.

Наряду с оборудованием таких известных производителей как Hirschmann и Cisco потребитель может найти оборудование и других поставщиков, которое еще не достаточно «раскручено» на российском рынке, но зачастую выигрывает у своих именитых конкурентов не только по цене, но и по техническим характеристикам.

Немаловажным для крупных системных интеграторов и потребителей систем АСУ ТП является возможность заказывать всю номенклатуру необходимого им оборудования у одного производителя, что обеспечивает гарантированную совместимость, как отдельных компонентов, так и всей системы в целом. В этой связи, нельзя не обратить внимание на продукцию компании Phoenix Contact GmbH & Co. KG, которая известна в России, прежде всего как производитель клемм и принадлежностей к ним, электромеханических и оптоэлектронных реле, нормирующих преобразователей, систем кабельной разводки, вторичных источников питания - всего, что расположено между верхним уровнем управления и визуализации, и нижним уровнем датчиков/исполнительных устройств. Однако за рубежом компания Phoenix Contact известна и как родоначальник систем управления и сбора данных для промышленных сетей. Еще до появления таких распространенных сейчас шин как Profibus, Modbus, CANopen, DeviceNet и др., в Phoenix Contact была разработана и появилась в 1987 году промышленная шина INTERBUS, которая стала международным стандартом и достаточно широко распространена сегодня в мире.

По данным 2005 года в мире насчитывается более 7,5 млн. INTERBUS узлов в более чем 680 000 приложений в разных областях промышленности.

Помимо оборудования для промышленных сетей (INTERBUS, Profibus, Profinet, Modbus, CANopen, DeviceNet, AS-i и др.), в которых предъявляются специфические требования детерминированности протокола, Phoenix Contact в последние годы активно занимается разработкой и внедрением сетевых устройств и программного обеспечения для верхнего уровня АСУ, где используется стандартный протокол Ethernet. Одним из таких направлений является семейство аппаратных и программных продуктов серии Factory Line.

Серия Factory Line включает в себя широкую номенклатуру изделий, объединяющих новейшие сетевые технологии и уникальные решения Phoenix Contact в области соединительной техники. Здесь вы сможете найти комплектующие для любых решений - от пассивной соединительной техники (кабели, разъемы, розетки и т.д.) до высокотехнологичных Ethernet-устройств (медиа-конверторы, концентраторы, управляемые и неуправляемые коммутаторы).

Значительное внимание уделяется и специальному программному обеспечению для конфигурирования и диагностики Ethernet-сетей, а также для их интеграции в любую OPC-совместимую SCADA систему.

Медиа-конвертеры

Большим спросом у российских интеграторов систем промавтоматики пользуются медиа-конвертеры Phoenix Contact FL MC 10/100BASE-T/FO. Эти устройства преобразуют данные в формате Ethernet 10/100 Base T(X) в формат для передачи по оптоволоконному кабелю. Разные модификации обеспечивают различную дальность передачи - так, конвертер FL MC 10/100 BASE-T/FO G1300 поддерживает расстояние устойчивой передачи до 10 км через многомодовое стекловолокно, расстояние для FL MC 10/100 BASE-T/FO G1300 SM составляет до 36 км для одномодового стекловолокна. Существуют также версии конвертеров для полимерного кабеля, который позволяет передать сигнал на расстояние 50-200 м.

Коммутаторы (Switch) Phoenix Contact производитбольшую номенклатуру как управляемых, так и неуправляемых коммутаторов. Говоря о неуправляемых коммутаторах важно отметить, что в 2006 году у Phoenix Contact появилась новая серия коммутаторов FL SWITCH SFN, которые в отличие FL SWITCH SF имеют узкий корпус, поддержку Gigabit Ethernet, а также уникальное решение для механической защиты от несанкционированного доступа (НСД).

Данная защита выражена в виде фиксаторов и заглушек на портах для RJ 45, которые либо блокируют кабель с возможностью отсоединения только с использованием специального ключа, либо закрывают свободные порты во избежание несанкционированного к ним подключения.

Коммутаторы FL SWITCH SF и FL SWITCH SFN позволяют быстро и недорого расширить сеть и могут размещаться как в шкафах управления, так и непосредственно в производственных цехах предприятия.

Коммутаторы FL SWITCH SF и FL SWITCH SFN поддерживают функцию автоматического определения возможной скорости передачи, что позволяет совмещать в системе управления сегменты сети с различными скоростями 10Мб/с, 100Мб/c или 1Гб/ c (FL SWITCH SFN). Функция autonegotiation позволяет работать в режимах half duplex и full duplex на любой скорости.

Автоматическое распознавание типа оборудования (autocrossing) позволяет больше не задумываться о том, какое подключение вы используете 1:1 или кроссовер. Коммутаторы автоматически распознают тип подключенных Ethernet линий и настраиваются на них. Использование смешанных версий коммутаторов с одним или двумя волоконнооптическими портами (ST, SC, F-SMA, POF), позволяет создавать сегменты сети длиной до 20 километров, что бывает особенно важно на объектах, где на длинных трассах невозможно или нежелательно размещение промежуточного оборудования.

Коммутаторы поддерживают резервирование электропитания и изолированный релейный контакт для удаленного мониторинга и сигнализации об аварии в системе.

В продуктовую группу Factory Line входит модульный управляемый коммутатор FL Switch

MMS, который снабжен всеми возможностями для набора требуемой конфигурации узла на основе

Ethernet.

Конфигурация позволяет расширить промышленную систему от 2 до 24 портов. Для повышения гибкости системы можно установить двухпортовые интерфейсные модули и применять смешанные среды передачи, например, витую пару, стекловолокно (многомодовое или одномодовое), полимерные световоды.

Помимо модульного управляемого коммутатора Phoenix Contact производит компактные управляемые коммутаторы типа FL Switch MCS, которые имеются либо на 16 портов витая пара, либо на 14 портов витая пара и 2 волоконно-оптических порта.

Все медные порты снабжены функциями auto-crossing и auto-negotiation. Функция “Full Wire Speed Switching Fabric” обеспечивает высокую пропускную способность и минимизирует задержку сообщений в системе.

Коммутаторы FL Switch MMS и FL Switch MCS являются управляемыми по протоколу SNMP, который позволяет администратору ЛВС контролировать работу удаленных узлов сети.

Использование базы управляющей информации (MIB-2) и поддержка специальной базы данных RMON MIB позволяет получать оперативную информацию о состоянии сети (трафике, сбоях и т.д.), а также осуществлять мониторинг работы компьютеров, маршрутизаторов, коммутаторов и приложений в сети, не загружая при этом сеть большим объемом служебной информации.

Управляемые коммутаторы идеально подходят для протоколов реального времени Profinet и Ethernet IP и поддерживают необходимые функции управления, такие как протокол управления группами пользователей IGMP, позволяющий отдельным пользователям регистрировать на коммутаторе или маршрутизаторе, соединяющем данную сеть, подключение к определенному каналу, чтобы получать рассылку по спецификации IP Multicasting.

Разграничение доступа осуществляется путем создания виртуальных сетей (VLAN), которые позволяют создать изолированные группы узлов, то есть логически разделить сети различных цехов и подразделений предприятия.

Поддерживается функция зеркалирования портов (Port mirroring), которая необходима для мониторинга трафика и подключения различных сетевых анализаторов. Администратор определяет с какого на какой порт должно проводиться зеркалирование. После этого коммутатор будет автоматически посылать копии пакетов с зеркалируемого порта на систему мониторинга, где эти пакету могут быть записаны и проанализированы (например, анализатором Sniffer).

Для обеспечения резервирования коммутаторы FL Switch MMS и FL Switch MCS поддерживают протоколы маршрутизации Spanning Tree 802.1d и Rapid Spanning Tree 802.1w, которые обеспечивают самовосстановление сети при неисправности сетевого кабеля в течение 100-500 мс. В случае отказа, сеть автоматически находит резервный путь для передачи сообщения, таким образом обеспечивая необходимое резервирование соединительных линий.

Управляемые коммутаторы от Phoenix Contact имеют встроенный Web-браузер для всесторонней конфигурации и диагностики, поддерживают протоколы Telnet, FTP/TFTP, имеют резервирование электропитания и аварийный контакт.

Программное обеспечение Factory Manager позволяет сконфигурировать устройства в сети (IP адрес, конфигурация портов), загрузить в устройство встроенное ПО используя FTP/TFTP, а также с помощью протокола SNMP собрать детальную информацию и обеспечить диагностику, как отдельных устройств, так и сети в целом. Специальная функция Trap-receiver позволяет назначать адреса и активировать/деактивировать получателей сообщений SNMP.

Ethernet наступает

Но, как известно, разработка стандартов требует достаточно длительного времени, и производители предлагают собственные решения. Компания Schneider в рамках концепции Transparent Factory выбрала Ethernet и протоколы TCP/IP для сетей и полевых шин, а Web-технологии -- для доступа к информации в настоящих и будущих разработках, не отказываясь в то же время от своих традиционных решений.

В Hirschmann создали на базе Ethernet собственную архитектуру Distributed Communication Architecture (DCA) и предложили трехфазную стратегию внедрения Ethernet в АСУТП. В основе DCA -- интеллектуальный коммутатор, поддерживающий логическую кольцевую архитектуру с дублированными каналами связи. Hirschmann выпускает коммутаторы и концентраторы Ethernet, соответствующие требованиям механической монтажной шины DIN 35, с 24-вольтовым питанием постоянного тока, сохраняющие работоспособность при повышении температуры до 60°С.

В июне текущего года на рынок промышленных сетей вышла Cisco Systems, которая организовала совместно с GE Industrial Systems компанию GE Cisco Industrial Networks. Партнеры надеются создать единую коммуникационную инфраструктуру предприятия и распространить на сферу промышленной автоматизации такие преимущества Ethernet, как относительно низкая стоимость установки и технической поддержки, а также простота интеграции с Internet. Ожидается, что в течение трех-пяти лет продажи нового предприятия достигнут 100 млн. долл. Эксперты считают эту сумму вполне реальной, поскольку прогнозируют 3-миллиардный объем рынка Ethernet для промышленных применений в 2003 году.

Для сетевого гиганта Cisco несколько десятков миллионов долларов -- незначительная добавка к многомиллиардному обороту. Однако тот факт, что компания, лидирующая в сетевой индустрии, проявила интерес к промышленным сетям, весьма примечателен. Правда, ее появление на этом рынке может увеличить количество частных решений, предлагаемых всеми крупными производителями. По-видимому ситуация будет развиваться по обычному сценарию: опережая разработку стандартов, начнут продвигаться продукты таких компаний, как Hilscher, Hirschmann, Siemens, а теперь еще и GE и Cisco.

...