2.1. Властивості промислових мереж

2.1.1. Визначення промислової мережі та їх градація

1. Визначення «польова шина» згідно з ДСТУ. Згідно з українськими стандартами ДСТУ, Польова шина — це локальна мережа з лінійною топологією, призначеною для інформаційного обміну між проблемно і об'єктно орієнтовани­ми блоками (пристроями) та територіально розосередженими джерелами: дат­чиками, перетворювачами, засобами ручного введення) та приймачами (підсилю­вачами, виконавчими пристроями, засобами віддзеркалення інформації).

2. Визначення «fieldbus» згідно з МЕК. У стандарті МЕК 61158 під те­рміном Fieldbus розуміється цифрова, послідовна, мультиточкова шина з проми­словими інструментальними пристроями та пристроями управління такими, як — але не обмежено ними — датчиками, виконавчими механізмами та контро­лерами.

3. Визначення «промислова мережа» в даному посібнику. В даному посібнику англомовний термін Fieldbus (дослівний переклад «польова шина») перекладається як «промислова мережа».

У термінології МЕК є ряд обмежень, визначені словами «шина» («bus»), «му­льтиточкова» («multipoint»), в які не вписуються ряд промислових мереж. У ви­значенні ДСТУ фігурує централізований підхід, який характерний тільки для ме­реж рівня датчиків та виконавчих механізмів. Тому в даному посібнику під промисловою мережею розуміється промислова комунікаційна система з послі­довною передачею бітів, яка використовує металевий кабель, оптоволокно або радіохвилі для зв'язку між мікропроцесорними засобами автоматизації. Слід за­значити, що в деяких джерелах терміни «польова шина» та «промислова мережа» не є синонімами.

Визначення, які наведеш в даному посібнику можуть не співпадати з прийн­ятими в інших джерелах.

28

2.1.1.4. Градація промислових мереж за застосуванням. У подальшому при розгляді матеріалу будемо використовувати умовний розподіл промислових ме­реж залежно від області застосування на два рівні.

Рівень датчиків, завданням мереж якого є безпосереднє або через модулі в-воду/виводу опитування датчиків і керування роботою різноманітних виконавчих механізмів. Умовно цей рівень можна розділити на два підрівні: рівень датчи­ків/виконавчих механізмів (Sensor/Actuator Level) та польовий рівня (Field Level). Перші призначені для роботи безпосередньо з інтелектуальними датчика-ми/ВМ, а другі — для зв'язку з польовими засобами (розподіленим засобами вво­ду/виводу, приводними засобами, операторськими терміналами та панелями). В даному посібнику оба типи мереж належать до рівня датчиків.

Рівень контролерів (Controller level або Cell Level), промислові мережі якого беруть участь у вирішенні завдань з керування виробництвом в цілому або ком­плексом технологічних процесів і забезпечують обмін між контролерами, засо­бами SCADA/HMI та засобами рівня АСУП.

Дане розділення є умовним і може не співпадати з прийнятими в інших дже­релах.

2.1.2. Функціональне призначення промислових мереж

Розглянуті у першому розділі типові програмно-технічні засоби та особливо­сті обміну між ними дозволять визначити типові функції промислових мереж. До них можна віднести:

1. Обмін даними процесу в реальному часі.

2. Програмування та конфігурація вузлів.

3. Діагностика вузлів.

4. Управління станом вузла.

5. Функції резервного переключення між вузлами мережі.

1. Обмін даними процесу у реальному часі. Це одна з найважливіших функцій реалізації промислової мережі як рівня датчиків так і рівня контролерів. Дані технологічного процесу постійно змінюються в часі, тому необхідно їх до­ставити від джерела до споживача в потрібному обсязі, за визначений інтервал часу. Доставка даних процесу в реальному часі є одним із показників ефективно­сті конкретної реалізації мережі. Фізичні рамки реального часу чисельно визна­чаються для конкретної системи управління. Тому одне рішення може задоволь­няти вимогам реального часу для однієї системи та зовсім не задовольняти для іншої. Відповідно до стандартів ДСТУ, режимом реального часу називається режим оброблення даних, який забезпечує взаємодію обчислювальної системи із зовнішніми, відносно до неї, процесами у темпі, порівнянному зі швидкістю пе­ребігу цих процесів.

2. Програмування та конфігурування вузлів. За допомогою функцій програмування та конфігурування більшість сучасних мікропроцесорних засобів, зокрема контролери та периферійні ПТЗ, можуть програмуватись із використан­ням спеціалізованого програмного забезпечення, встановленого на ПК або про-граматорі. На відміну від функцій обміну даними процесу, ці функції не перед­бачають жорстких вимог до обміну в реальному часі.

29

3. Ф ункції діагностики. Діагностика роботи вузлів мережі є такою ж важливою, як і діагностика складових будь-якої мікропроцесорної системи. Фун­кції діагностики дозволяють визначити факт (функція виявлення аварії) та при­чину відмови пристрою (ідентифікація аварії), що дозволяє визначити та заміни­ти дефектний вузол, а в системах з резервуванням {standby) — переключитися на резервні підсистеми. Вияв факту несправності вузла повинен бути визначений в режимі реального часу, для можливості зворотної реакції системи на збій, що особливо стосується функціонально небезпечних процесів. Тому ця функція ба­зується на високопріоритетних повідомленнях. Ідентифікація аварії, як правило, потрібна для обслуговуючого персоналу, для можливості усунення проблеми, тому особливих вимог до реального часу не потребує.

4. Функції управління станом вузла. Ці функції необхідні для можли­вості запуску, перезапуску, зупинки роботи програмного забезпечення та ініціа­лізації вузла. Враховуючи можливість функціонування декількох вузлів у систе­мі, команди управління станом вузла мають нижчий пріоритет перед обміном даними процесу в реальному часі.

5. Резервування вузлів у системі. За рахунок цих функцій промислова мережа дає зручний і порівняно недорогий спосіб підвищення живучості та на­дійності системи. Технічні засоби систем з резервуванням діляться на основні або первинні (Primary) та резервні (Standby). В нормальному режимі функціону­вання у системі працюють основні вузли, за виходу яких з ладу їх функції беруть на себе резервні. В таких системах промислові мережі забезпечують можливість самодіагностики вузлів, тобто вияву дефектних засобів, переключення на резер­вні вузли та підтримку каналів зв'язку з основними та резервними засобами. Промислова мережа може забезпечити:

• резервування віддалених периферійних засобів;

• резервування контролерів;

• резервування серверів SCADA;

• резервування каналів зв'язку: контролер <-> периферійні засоби, контро­лер <-> SCADA/HMI, контролер <-> контролер та інші.

Функції мереж в системах з резервуванням розглянемо на прикладі.

— Приклад 2.1. Основні концепції. HotStandby. ————_____

Завдання. Продемонструвати функціонування системи з резервуванням контролера, на прикладі рішення HotStandby («гарячого резервування») за­пропонованого Шнейдер Електрик.

Рішення.

На рис. 2.1 показана структура системи, в якій первинний контролер обмі­нюється процесними даними з віддаленими пристроями вводу/виводу (Remote I/O) через промислову мережу МЗ. З іншого боку, засоби людино-машинного інтерфейсу обмінюються з контролером через мережу МІ.

Для функціонування такої системи резервний контролер працює парале­льно з основним контролером, отримуючи від нього контекст задач з промис­лової мережі М2. Конфігурація та програма обох контролерів ідентичні. Пере­дача контексту забезпечується в реальному часі зі швидкістю, що дозволяє у

ЗО

будь-який момент часу продовжити виконання програми резервним контроле­ром з того місця, де закінчив первинний.

Рис. 2.1. Приклад реалізації системи з резервуванням і на основі промислових мереж

і

І У нормальному, тобто штатному режимі роботи системи первинний конт-j ролер обмінюється даними з віддаленими входами/виходами та зі SCADA/HMI, І а також передає контекст своїх задач резервному контролеру. Резервний конт-{ ролер в цей час веде себе пасивно щодо всіх перелічених вузлів. За виходу з і ладу первинного контролера резервний контролер втратить з ним зв'язок і пе-і рейде в режим активної роботи, забезпечуючи обмін процесними даними з ! входами/виходами по мережі МЗ та зі SCADA/HMI по мережі МІ. Слід зазна-j чити, що SCADA/HMI, втративши зв'язок з первинним контролером повинна і перейти на зв'язок з резервним.