ОТКРЫТЫЕ ПРОМЫШЛЕННЫЕ КОММУНИКАЦИИ Промышленные аналоговые управляющие системы

ОТКРЫТЫЕ ПРОМЫШЛЕННЫЕ КОММУНИКАЦИИ

Промышленные аналоговые управляющие системы Объект ИМ Датчик Регулятор

Промышленные сетевые управляющие системы Объект ИМ Датчик Сетевая среда Регулятор

Решение задач АСУТП на базе оборудования фирмы Siemens

Контроллеры S 7 -200 применяются в основном для комплексного решения небольших локальных задач управления, регулирования и контроля, однако они могут также использоваться для решения задач комплексной автоматизации нижнего уровня в большой распределенной системе. S 7 -300 обладают большими возможностями по сравнению с S 7 -200 и соответственно предназначены для решения более широкого спектра задач автоматизации как на среднем производственном уровне, так и в составе большой распределенной автоматизированной системы. S 7 -400 —предназначены для решения задач автоматизации от среднего производственного звена и крупных автономных объектов до больших распределенных автоматизированных систем управления.

SIMATIC NET: Промышленный Ethernet (IEEE 802. 3). PROFIBUS (EN 50170) – международный стандарт для сетей типа полевая шина. AS-Интерфейс – для коммуникации с датчиками и исполнительными устройствами.

Промышленный Ethernet метод доступа к среде - CSMA/CD (обнаружения несущей с множественным доступом с обнаружением коллизий); Кабель: Коаксиальный кабель экранированный коаксиальный кабель (triaxial кабель); Экранированная витая пара; Оптоволоконный кабель

PROFIBUS – это шинная система для организации небольшой сети (соты) между несколькими станциями (обычно не больше десяти) и/или полевыми устройствами(датчиками). ROFIBUS использует метод доступа к сети : ”Передача маркера управления с подчинением мастер - слэйв“. Локальные сети используют экранированную витую пару как среду для передачи данных. Скорости передачи до 1. 5 Mbit/s. Последовательно можно использовать до 9 репитеров. В этом случае длина сети может быть увеличена до 10 км для двухпроводного медного сетевого кабеля (со скоростью передачи до 93. 75 Kbit/s) и количество узлов в сети может достигать127 (максимально 32 сетевых интерфейса на сегмент). Скорость передачи доступна в диапазоне от 9. 6 Kbit/s до 12 Mbit/s. Модуль инфракрасной связи (ILM) позволяет осуществить беспроводное соединение с любым узлом PROFIBUS в пределах 15 м с несколькими slave на удалении от master

АS-интерфейс Сетевая система для подключения двоичных датчиков и исполнительных механизмов на самом нижнем полевом уровне. AS-Interface совместно использует витую пару для передачи данных и подвода питания к датчикам и исполнительным механизмам. Репитер служит для удлинения длины кабеля датчиков. Один репитер увеличивает длину кабеля ASInterface дополнительно на 100 m. Можно использовать до 2 -х репитеров последовательно (максимальное расстояние 300 м).

Сравнительная характеристика стандартов Тип Ethernet стандарта Стандарт Ethernet IEEE 802. 3 PROFIBUS EN 50 170, том 2 Способ доступа CSMA/CD Передача маркера управления с подчинением мастер - слэйв Скорость 10 Mбит/с 9. 6 – 1500 Кбит/с (по передачи выбору); max. 12 Mбит/с Среда Коаксиальный кабель Экранированная витая передачи (triaxial); экранированная пара; оптоволоконный витая пара; кабель оптоволоконный кабель Максимальные 1024 127 число станций Размер сети Электрическая сеть: 1. 5 км; Электрическая сеть: 9. 6 км; оптическая сеть: до 200 км оптическая сеть: до 90 км Топология Шина, дерево, кольцо, звезда Применение Соединение Организация сети контроллеров, полевых устройств компьютеров, др. полевых Сети ячеек с немногими устройств. станциями Офисная сеть Глобальные сети AS- ИНТЕРФЕЙС Спецификация к IEC TG 17 B Мастер - слэйв Время доступа (для 31 слэйв): 5 мс Неэкранированная витая пара 31 slaves Длина линии: максимально 300 м. Шина, дерево, звезда Прямая связь приводов исполнительных механизмов / датчиков Передача сигналов между оборудованием

Решение задач АСУТП на базе оборудования фирмы Allen-Bradley.

Контроллеры Micro. Logix 1000 - самые маленькие и наиболее дешевые контроллеры, предназначенные для применения в небольших системах управления. PLC-5 обеспечивают высокую коммуникабельность для создания распределенных систем управления. PLC-5/250 - самые мощные процессоры семейства PLC 5, и обслуживающие до 4096 входов/выходов. Они используются для больших интегрированных информационно-управляющих процессов.

Сетевые технологии Allen-Bradley Трехуровневая модель организации производства: информационный уровень, уровень управления, уровень устройств. Для каждого уровня данной модели оптимальным является применение соответствующих открытых сетевых технологий: Ethernet , Control. Net, Device. Net.

Control. Net Особенности: Детерминизм передачи данных. Типы коммуникаций: Master/Slave (ведущий-ведомый), Multi-Master (несколько ведущих), Peer-to-Peer (равноправные абоненты). Топология сети: шинная, древовидная, звездная. Длина одиночного сегмента от 250 м (при 48 абонентах) до 3, 000 м (оптоволокно). Количество повторителей до 5 последовательно и 48 сегментов параллельно. Максимальная длина с повторителями 5, 000 м (коаксиал) 30 км (оптоволокно) Количество абонентов - 99 максимум адресуемых.

Device. Net Локальная сеть, для подключения датчиков, исполнительных механизмов, приводов переменного и постоянного тока, интеллектуальных контроллеров асинхронных электродвигателей. Физическая скорость передачи данных - 500, 250, или 125 К бит/с. Device. Net поддерживает до 64 логических узлов (и до 2048 устройств). Абонентами локальной сети могут выступать программируемые контроллеры, персональные компьютеры, удаленные модули ввода/вывода, привода переменного и постоянного тока, интеллектуальные датчики и исполнительные механизмы.

Сравнительная характеристика параметр Device. Net Control. Net Функции Подключение низко-уровневых устройств непосредственно к цеховым контроллерам без применения модулей ввода/вывода Поддерживает передачу критичных по времени данных между процессорами PLC и устройствами ввода/вывода Типовые устройства сети Датчики, пускатели двигателей, Процессоры PLC, модули приводы, PCs, кнопочные панели, ввода/вывода, MMI, приводы MMI нижнего уровня, считыватели штрих кодов, PLC процессоры, клапаны Передача данных Пакеты малого размера; данные Пакеты среднего посылаются при необходимости размера; процесс передачи данных детерменирован и воспроизводим 64 логических 99 шт. Количество абонентов Скорости передачи данных 500, 250, или 125 Кбит/с 5 Mбит/с

Задачи АСУП Задачи ОУ Задачи АСК Технологический процесс

Стандарты уровня АСУТП Уровень АСУП Планирование ресурсов предприятия Управление процессом производства SCADA уровень Уровень АСУТП Уровень управления Ethernet (Ethernet , Fast Ethernet , Gigabit Ethernet и т. д. ) Profibus (1989), Control. Net (1995), Foundation Fieldbus (1998) Device. Net(1994), CANopen (1993), Interbus(1984), AS-I (1993), Ether. Net/IP(2000), PROFINET(2001), ETHERNET Powerlink(2001), Modbus/TCP – IDA(1999), Ether. CAT(2003), SERCOS-III(2003), Foundation Fieldbus HSE(2001) На аппаратном уровне все ведущие производители оборудования для автоматизации начали использование стандарта Ethernet.

PROFINET стандарт определяет три уровня производительности: PROFINET NRT (Non Real Time) определен для приложений, не поддерживающих реальное время (>100 ms )предназначен для приложений в области автоматизации процессов. PROFINET RT (Real Time). PROFINET RT позволяет работать с приложениями с временем цикла > 10 ms. PROFINET IRT (Isochronous Real Time) с временем цикла < 1 ms и дрожанием < 1 µs. Для этих целей используется специальное оборудование для Ethernet интерфейса. Со стороны приложения, определены три типа устройств: IO контроллер – классический PLC (Master), который устанавливает связь с устройствами, обменивается данными и управляет системой IO устройство – устройство (Slave), которое назначается контроллером для обмена данными IO диспетчер – интерфейс для программирования, ввода в эксплуатацию и диагностирования сети

Ether. CAT (Ethernet for Control Automation Technology) имеет замкнутую последовательную структуру с единственным ведущим устройством и обеспечивает возможность передачи данных в режиме реального времени. Главным отличием этой технологии является обработка фреймов Ethernet "на лету" (подобный принцип используется в сети Interbus): каждый модуль в сети одновременно с получением адресуемых ему данных транслирует фрейм следующему модулю. При передаче выходные данные аналогичным образом вставляются в ретранслируемый фрейм (аналог метода с передачей маркера). Характеристики: Тип сети: Industrial Ethernet, Master/Slave, realtime. Топология: линейная, звезда, дерево; коммутаторы не требуются. Скорость: 100 Мбит/с, full duplex. Линия: кабель типа "витая пара" для Ethernet 100 TX, разъемы RJ 45; дистанция между станциями до 100 м. Количество станций: до 65535.

ETHERNET Powerlink Одно из устройств в EPL сети выполняет функцию управляющего узла – MN ("Managing Node"), который управляет связью, определяет тактовый импульс для синхронизации всех узлов и назначает права передачи отдельным устройствам. Управляемые узлы – CN ("Controlled Nodes") могут только передавать данные по запросу управляющего узла. EPL цикл состоит из четырех временных интервалов: Начальный период. Управляющий узел всем контроллерам передает кадр «Начало цикла» как широковещательное сообщение. Циклический период. Выполняется циклический изохронный обмен данными. Управляющий узел, согласно заданному графику, каждому контроллеру последовательно передает кадр «Запрос опроса» . Все узлы, которым нужны эти данные, могут их получить. Асинхронный период. В этом интервале выполняется асинхронный, критичный ко времени обмен данными. Период паузы. Неиспользуемый период до начала нового EPL цикла Любая топология может быть реализована через концентраторы.

Виртуальные сети

VPN (VLAN) VPN (Virtual Private Network — виртуальная частная сеть) — обобщённое название технологий, позволяющих обеспечить одно или несколько сетевых соединений (логическую сеть) поверх другой сети (например, Интернет). Уровень доверия к построенной логической сети не зависит от уровня доверия к базовым сетям благодаря использованию средств криптографии (шифрованию, аутентификация, инфраструктуры публичных ключей и др. ).

Виртуальные ети При использовании технологии виртуальных сетей решаются задачи: повышение производительности в каждой из виртуальных сетей, так коммутатор передает кадры в такой сети только узлу назначения; изоляция сетей друг от друга для управления правами доступа пользователей и создания защитных барьеров на пути широковещательных штормов. Виртуальные сети реализуются, как правило, на канальном уровне Сети VLAN могут быть определены по: Порту (наиболее частое использование) MAC адресу Идентификатору пользователя Сетевому адресу

Виртуальные сети, построенные на одном коммутаторе Сеть на основе портов коммутатора

Виртуальная сеть на нескольких коммутаторах с группировкой портов При объединении нескольких коммутаторов с группировкой портов требуется для своего соединения столько портов, сколько виртуальных сетей они поддерживают.

Использование VLAN Виртуальные сети (VLAN) предлагают следующие преимущества: Контроль за широковещательным трафиком Функциональные рабочие группы Повышенная безопасность Для хранения номера виртуальной сети предусмотрен дополнительный заголовок в два байта. Помимо трех бит для хранения значения приоритета кадра в этом заголовке 12 бит служат для хранения номера виртуальной сети, которой принадлежит кадр. Эта информация (VLAN TAG) и позволяет коммутаторам разных производителей создавать до 4096 общих виртуальных сетей. Длина отмеченного кадра Ethernet увеличивается на 4 байта.