2.1.3. Обмін даними

1. Класифікація за призначенням. Для забезпечення вищевказаних функ­цій у мережі циркулюють дані та команди. В свою чергу дані можна умовно поділити на два типи: дані процесу та параметричні дані. Перший тип даних використовується для обміну даними процесу в реальному часі, а другий — для функцій програмування/конфігурування, а також функцій діагностики, що відпо­відають за ідентифікацію несправності.

2. Класифікація за форматом. Залежно від типу обміну (обмін даними процесу або параметричними даними) дані можуть бути таких форматів:

• числові або аналогові (Integer/Word, Float/Real, Doubleword/Long);

• дискретні або бінарні (Digital/Boolean);

• часові (Time, Date, BCD, BinaryTime)

• масиви та блоки даних (Array, Datablock); -структурні дані;

• строкові (String).

31

2.2. Історія розвитку та стандартизації промислових мереж

У своєму розвитку промислові мережі пройшли декілька ключових етапів. В 70-х роках XX століття появилися перші промислові мережі (MODBUS-Modicon), a пізніше почали з'являтися нові технології (DataHighWay-AllenBradley, TiWay-Texas Instruments). У середині 80-х років на світовому ринку вже існувала маса різноманітних пропозицій у цій галузі, що заважало нормальній інтеграції облад­нання різних виробників. Внаслідок цього для багатьох мереж були видані до­ступні специфікації, що дало можливість, з одного боку, багатьом виробникам обладнання вибирати найбільш вдалі рішення, а з іншого — зробити ці рішення стандартами де-факто. Таким чином на ринку промислових мереж стали доміну­вати відкриті системи.

Призначенням перших відкритих стандартів на базі специфікацій була фор­малізація промислових мереж, забезпечення надійності та стабільності специфі­кацій, що виключало їх стрімку зміну та закріплювало довіру з боку виробників апаратного та програмного забезпечень. Пізніше багато зі стандартів закріплю­вались на державному рівні і отримували юридичну силу, що обумовлювало ви­тіснення закритих систем у цих країнах. Однак, розширення ринку збуту приво­дило до необхідності стандартизації та уніфікації мережних протоколів на між­народному рівні. Бажання найбільш великих компаній зробити основним саме свій стандарт привело до так званої «війни промислових мереж» («fieldbus war»). Виділимо п'ять етапів розвитку стандартів промислових мереж:

1986—1990 pp. — поява відкритих стандартів промислових мереж;

1990—1994 pp. — німецько-французька війна стандартів (PROFIBUS, FIP);

1995—1998 pp. — стандартизація в тупиковому стані;

1999—2000 pp. — знаходження компромісу;

2000—2008 pp. — вдосконалення та розширення стандартів МЕК.

38

У 1984 році комітет ТС65С Міжнародної Електротехнічної Комісії МЕК (ІЕС) почав процес розробки єдиного універсального стандарт) промислової ме­режі. Були визначені вимоги для відкритої промислової мережі, пристроїв відда­леного вводу-виводу, контролерів, узгоджуючих пристроїв та ін. Ставилось за­вдання, щоб така універсальна мережа забезпечувала комунікаційні занити на всіх рівнях багаторівневої системи автоматизації. Найбільшої популярності тоді набули французький стандарт FIP та німецький — PROFIBUS, які були запропо­новані в якості основи для універсальної промислової мережі. Однак різні прин­ципи функціонування цих систем зробили їх кращими в конкретних галузях, то­му універсальним вони бути не могли. Єдиний стандарт повинен був увібрати у себе найбільш вдалі рішення, тому системи постійно дороблялися, що призвело до появи стандартів WorldFIP та проекту ISP.

Паралельно розробкою базових концепцій стандарту займався комітет SP50 американської організації ISA, що обумовило появу першої версії стандарту І EC 61158-2, основна структура якого до сьогодні залишилась без змін.

В результаті американська організація Fieldbus Foundation в рамках ISA, але без участі МЕК, розробила стандарт промислової мережі під назвою Foundation Fieldbus (FF). Організація Fieldbus Foundation створилась у результаті об'єднання двох груп Interoperable Systems Project (ISP) та WorldFIP North America, тому їх стандарт увібрав в себе елементи мереж WorldFIP та PROFIBUS.

В Європі закріплення єдиного стандарту, який витіснив всі інші промислові мережі, нікому не був вигідний, бо був несумісним з мережами, які вже вико­ ристовувались. У зв'язку з цим у межах європейської організації CENELEC був знайдений компроміс: всі націо­ нальні стандарти при розгляді компі- Таблиця 2.2

лювалися в єдиний стандарт у тій же редакції. Тобто кожна частина бага-топрошаркового стандарту була копі­єю відповідного національного стан­дарту і функціонувала як самостійна частина. Щоб зробити CENELEC більш легким у використанні, різні промис­лові мережі були пов'язані єдиною областю застосування: EN 50170 — загального призначення, EN 50254 — високошвидкісні системи обміну неве­ликими об'ємами даних, та EN 50325 — мережі, які базуються на CAN-техно-логіях. На більш пізніших етапах євро­пейського процесу стандартизації на­ціональний комітет запропонував включити в цю групу стандартів аме­риканські мережі FF. DeviceNET та ControlNet. Існуючі стандарти EN на­ведені у табл. 2.2.

39

Організація МЕК під впливом Fieldbus Foundation у 1996 p. висунула на голо­сування проект промислової мережі на базі FF та WorldFIP. Однак, країни з до­мінуючими інсталяціями PROFIBUS та інших «європейських» мереж, проголо­сували проти цього проекту. Зав'язались нові баталії з використанням юридич­них та політичних прийомів, які закінчилися влітку 1999 року підписанням «Меморандуму про порозуміння» між основним гравцями ринку (Fieldbus Foun­dation, Fisher Rosemount, ControlNet International, Rockwell Automation, PROFIBUS user organization та Siemens). Внаслідок прийнятого меморандуму був створений всеохоплюючий стандарт ІЕС 61158, який був прийнятий у 2000 р. та включав найбільш відомі системи промислових мереж.

На відміну від стандартів CENELEC, де специфікації повністю влились у стандарт, МЕК зберіг оригінальну структуру вихідного проекту. Архітектура промислових мереж представлена аналогічно OSI-моделі, на яку посилається ба­зова специфікація МЕК 61158. На початку у ньому було визначено вісім різних типів мереж, які відображали вісім технологій промислових мереж: FOUNDA­TION Fieldbus HI, FOUNDATION Fieldbus HSE, ControlNet, PROFIBUS DP, P-Net, Interbus, SwiftNet, WorldFIP.

На сьогодні до стандарту включено ще ряд рішень. Кожна з мереж представ­лена своїм профілем (СР), який належить до сімейства профілів (CPF). Представ­лені наступні технології CPF (у дужках вказані назви профілів СР):

CPF1. Foundation Fieldbus (FF Н1, FF HSE, FF H2);

CPF2. CIP (ControlNet, Ethernet/IP, DeviceNet);

CPF3. PROFIBUS & PROFINET (PROFIBUS DP, PROFIBUS PA, PROFINET CBA, PROFINET 10 CC-A, PROFINET IO CC-B, PROFINET 10 CC-C);

CPF4. P-NET (P-NET RS-485, P-NET RS-232, P-NET on IP);

CPF5. WorldFIP (WorldFIP, WorldFIP with subMMS, WorldFIP mimimal for TCP/IP);

CPF6. INTERBUS (INTERBUS, INTERBUS TCP/IP, INTERBUS minimum subset)

CPF7. Видалений в сьогоднішній редакції;

CPF8. CC-Link (CC-Link/Vl, CC-Link/V2, CC-Link/LT);

CPF9. HART;

CPF10. Vnet/IP;

CPF11. TCnet (TCnet-star, TCnet-loop);

CPF 12. EtherCAT;

CPF 13. ETHERNET Powerlink (EPL);

CPF 14. EPA (NRT, RT, FRT);

CPF 15. MODBUS-RTPS (MODBUS TCP, RTPS);

CPF 16. SERCOS (SERCOS I, SERCOS II, SERCOS III);

CPF 17. RAPIEnet;

CPF18. SafetyNet p (RTFL, RTFN)

Тепер кількість стандартів МЕК, присвячених промисловим мережам значно збільшилась. Всі вони об'єднані у єдину групу під назвою «Industrial communi­cation networks», після розгляду структури якої можна зробити такі висновки:

1. С тандарти ІЕС 61158 охоплюють практично всю кількість необхідних ви­мог для розробки пристроїв, стосовно заявлених у них типів промислових мереж, що вирішує проблему сумісності.

2. Стандарти ІЕС 61784-1 та ІЕС 61784-2 систематизують ІЕС 61158, що по­легшує їх використання не тільки розробникам апаратного та програмного забез­печення, а й проектантам.

3. В стандарті ІЕС 61784-2 додатково до комунікаційних профілів наведені вимоги до RealTime Ethernet, що обумовлює надійність використання Ethernet у промислових комунікаціях та полегшує його інтегрування в загальну мережу підприємства (див. розділ 10).

4. Для функціонально небезпечних систем існують стандарти ІЕС 61784-3, в яких описуються вимоги до використання промислових мереж окремих профілів та необхідних для цього рішень.

5. Методика планування, монтажу, перевірки правильної роботи та адмініст­рування промислових мереж наводяться у стандартах ІЕС 61918 та ІЕС 61784-5.

Таким чином, на сьогодні стандарт охоплює всі аспекти розробки, впрова­дження та експлуатації промислових мереж. Наявність добре продуманої норма­тивної документації дає можливість уникнути помилок як при розробці апарат­ного та програмного забезпечення, так і при проектуванні інтегрованих автома­тизованих систем з використанням промислових мереж.

Стрімка поява нових специфікацій показує зацікавленість світової спільноти у цих стандартах, а отже і закріплення його в якості базового на державних рів­нях. Очевидно, що у найближчому майбутньому очікується наповнення стандар­тів новими мережними технологіями.