17.5. Протоколы промышленной автоматизации

Пример ассоциации локальных сетей в системе промышленной автоматизации оперативного уровня типа SCADA был показан на рис. 14.1. В ней задействованы объекты управления, исполнительные механизмы, аппаратура, регистрирующая и обрабатывающая информацию, рабочие места операторов, серверы баз данных и т.д. Для эффективного функционирования в этой разнородной среде SCADA-система должна обеспечивать высокий уровень сетевого сервиса. Желательно, чтобы она поддерживала работу в стандартных сетевых средах (ARCNET, ETHERNET и т.д.) с использованием стандартных протоколов (NETBIOS, TCP/IP и др.), а также обеспечивала поддержку наиболее популярных сетевых стандартов из класса промышленных интерфейсов (MAP/TOP, PROFIBUS, CANBUS и т.д.).

Протокол MAP (Manufacturing Automation Protocol - Протокол автоматизации производства), разработанный по инициативе фирмы General Motors, стал первым протоколом, охватившим все семь уровней эталонной модели ВОС. Функциональный профиль MAP показан ниже на рис. 17.9.

TOP (Technical and Office Protocols - технические и учрежденческие протоколы. Их разработка была инициирована американской авиастроительной корпорацией Boeing Corporation для определения требований на поставки учрежденческого и технического оборудования. С самого начала протокол ТОР разрабатывался с учетом взаимодействия с протоколом MAP. Функциональный профиль TOP показан ниже на рис. 17.11 и 17.12.

PROFIBUS ((PROcess FIeld BUS)— открытая промышленная сеть, прототип которой был разработан компанией Siemens AG для своих промышленных контроллеров SIMATIC, на основе этого прототипа Организация пользователей Profibus разработала международные стандарты, принятые затем некоторыми национальными комитетами по стандартизации. Очень широко распространена в Европе, особенно в машиностроении и управлении промышленным оборудованием. PROFIBUS позволяет объединять разрозненные устройства автоматизации в единую систему на уровне датчиков и приводов.

PROFINET — коммуникационный протокол, определяемый стандартами IEC 61158 и IEC 61784 для использования в системах автоматизации. В основе PROFINET лежит Industrial Ethernet.

Основными направлениями применения PROFInet являются следующие:

• PROFINET IO — построение систем распределённого ввода-вывода.

• PROFINET CBA (Component Based Automation) — построение модульных вендор-независимых систем управления.

Industrial Ethernet — стандартизованный (IEEE 802.3 и 802.11) вариант Ethernet для применения в промышленности. Сеть с процедурой доступа CSMA/CD (Метод доступа с контролем несущей и обнаружением столкновений). Обычно используется для обмена данными между программируемыми контроллерами и системами человеко-машинного интерфейса, реже ‑ для обмена данными 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). Новый стандарт PROFINET, включающий в себя Ethernet как подмножество, устраняет эти недостатки, дополняя стек протоколов протоколами, обеспечивающими временную синхронизацию сети.

В последнее время является одной из самых распространённых промышленных сетей. Широко применяется при автоматизации зданий и в областях не требующих высокой надёжности.

CAN или CAN-bus (Controller-Area Network) – протокол для микроконтроллерных сетей с шинной топологией, позволяющий соответствующим устройствам взаимодействовать без хост-компьютера.