4.2.3 Коммуникационные возможности контроллеров
К параметрам контроллеров, характеризующим их способность взаимодействовать с другими устройствами системы управления, относятся [3, 12]:
количество и разнообразие портов в процессорных модулях;
широта набора интерфейсных модулей и интерфейсных процессоров;
поддерживаемые протоколы;
скорость обмена данными и протяженность каналов связи.
На рисунке 4.2.4 представлена сетевая архитектура многоуровневой системы управления.
Устройства верхнего уровня (компьютеры, концентраторы) на своем уровне обмениваются большими объемами информации. Эта информация защищена механизмами подтверждений и повторов на уровне протоколов взаимодействия. Пересылаемый массив данных может быть доступен не только центральному устройству, но и другим узлам сети этого уровня. Это означает, что сеть является равноправной (одноранговой), т. е. определяется моделью взаимодействия peer-to-peer (равный с равным). Время доставки информации не является доминирующим требованием к этой сети (речь идет о жестком реальном времени).
Сети, обеспечивающие информационный обмен на этом уровне, называют информационными сетями. Наиболее ярким представителем сетей этого уровня является Ethernet с протоколом TCP/IP.
Рисунок 4.2.4 – Сетевая архитектура АСУТП
Сети, обеспечивающие информационный обмен между контроллерами, датчиками и исполнительными устройствами, часто объединяются под общим названием – промышленные сети.
Их можно разделить на два уровня:
управляющие промышленные сети, решающие задачи сбора и обработки данных на уровне промышленных контроллеров, управления технологическим процессом;
полевые сети или шины, задачи которых сводятся к опросу датчиков и управлению работой разнообразных исполнительных устройств.
Для обеспечения безошибочности и максимального удобства передачи информации сетевые операции регулируются набором правил и соглашений, называемых сетевым протоколом. Сетевой протокол определяет типы разъемов, кабелей, сигналы, форматы данных и способы проверки ошибок, а также алгоритмы для сетевых интерфейсов и узлов, предполагая стандартными в пределах сети принципы подготовки сообщений и их передачи.
На сегодняшний день спектр протоколов для обоих этих классов промышленных сетей (управляющие и полевые) довольно широк.
CAN, FIP, Profibus, ControlNet, DH+, Modbus, Modbus plus, Genius, DirectNet, DeviceNet, Interbus, SDS, ASI, HART, FF и еще несколько десятков протоколов присутствуют сегодня на рынке промышленных сетей. Каждая из сетей имеет свои особенности и области применения.
4.2.4 Эксплуатационные характеристики
К этой группе отнесены [12]:
Возможности резервирования сетей, контроллеров, модулей ввода-вывода и т. д.
К наиболее распространенным способам резервирования относятся:
горячий резерв отдельных компонентов и/или контроллера в целом (при непрохождении теста в рабочем контроллере управление переходит ко второму контроллеру);
троирование основных компонентов «и-или» контроллера в целом с голосованием по результатам обработки сигналов всеми контроллерами, составляющими группу (за выходной сигнал принимается тот, который выдали большинство контроллеров группы, а контроллер, рассчитавший иной результат, объявляется неисправным);
работа по принципу «пара и резерв». Параллельно работает пара контроллеров с голосованием результатов, а аналогичная пара находится в горячем резерве. При выявлении разности результатов работы первой пары управление переходит ко второй паре. Первая пара тестируется, и либо определяется наличие случайного сбоя и управление возвращается к первой паре, либо диагностируется неисправность и управление остается у второй пары.
Наличие встроенных аккумуляторов и батарей, обеспечивающих работу системы управления при прекращении питания от сети.
Условия эксплуатации:
диапазоны температур и влажности окружающей среды;
наибольшие вибрации и ударные нагрузки;
допускаемые электрические и магнитные помехи и т. п.
Известно, что наиболее крупные российские месторождения нефти и газа находятся в Западной Сибири и на Крайнем Севере. При выборе программно-технических средств автоматизации объектов добычи таких месторождений на первый план могут быть выдвинуты требования их работоспособности в жестких условиях эксплуатации (например, в широком диапазоне температур). Можно, конечно, разместить аппаратуру в специальных обогреваемых помещениях, но это повлечет за собой значительное увеличение линий связи и удорожание системы автоматизации. С другой стороны, следует иметь в виду, что аппаратура, способная работать при очень низких минусовых температурах (до -400 С), имеет более высокую стоимость.
Контроллеры, способные функционировать без обогрева в условиях минусовых температур и предназначенные для автоматизации объектов, находящихся на больших расстояниях друг от друга и от пунктов управления, получили название RTU (Remote Terminal Unit – удаленное терминальное устройство). Эти устройства в качестве каналов связи используют телефонные линии или радиоканал. Оба эти канала требуют наличия модемов со стороны приемника и передатчика, потому такие системы называют телемеханическими. В нефтегазовой отрасли RTU нашли себе применение при автоматизации таких объектов, как кусты добывающих нефтяных и газовых скважин, водонагнетательные скважины, кустовые насосные станции, газораспределительные станции, линейные участки магистральных нефтегазопроводов и т. п.
Способы монтажа.
Способы монтажа контроллеров и модулей ввода-вывода достаточно типизированы. Это и корзины с гнездами для различных модулей, и базовые платы с разъемами под модули. Количество модулей, размещаемых в каркасе (корзине) или на базовой плате, может быть различным (от 3 до 18). Сконфигурированные в корзинах и на базовых платах контроллеры могут монтироваться на щитах, в шкафах, профильных рейках. Имеются ПТК, построенные по модульному принципу, в которых монтаж любых модулей (процессорных, ввода-вывода, коммуникационных и т. п.) производится непосредственно на профильной рейке.
Габаритные размеры.
Габаритные размеры контроллеров и компонентов систем управления достаточно редко могут быть определяющими при выборе.