7.7. Сетевые протоколы и их стандартизация

Различают связь типа «точка-точка» (Point to Point Interface), когда информацией обмениваются только два устройства и «многоточечный» интерфейс (Multy Point Interface), когда информацией обменивается несколько устройств (сеть). В этом случае возникают дополнительные задачи: адресации устройств в сети и топология сети, то есть геометрия и способы подключения линий связи между устройствами. При этом различают физические и логические каналы связи, зачастую они не совпадают.

Разнообразие прикладных задач породило множество опробованных решений, но постоянно появляются и новые. Стремление к унификации и стандартизации оборудования, программ и методов передачи информации в области автоматизации привели к разработке эталонной модели взаимодействия открытых систем (ВОС) [Open System Interconnections – OSI], которая описывает рекомендуемые подходы при разработке стандартов, разбивая протоколы связи на семь возможных уровней описания.

Уровни протоколов OSI (7 уровней):

1. Физический (Physical Layer)

Уровни сигналов и представление бит (Signal Level and Bit Representation)

Среда передачи (Transmission Medium)

2. Транспортный (Transfer Layer)

Выявление неисправностей (Fault Confinement)

Выявление ошибок и передача сигналов (Error Detection and Signaling)

Проверка достоверности сообщения (Message Validation)

Уведомление (об успешном приеме данных) (Acknowledgment)

Разрешение конфликтов (Arbitration)

Формирование и синхронизация кадра сообщения (Message Framing)

Скорость передачи и временная диаграмма (Transfer Rate and Timing)

3. Объектный (Object Layer)

Фильтрация сообщений (Message Filtering)

Управление сообщениями и состоянием (Message and Status Handling)

4. Уровень приложения (Application Layer)

5. …

Более высокие уровни не рассматриваются, так как они не определены в протоколах ПИ, применяемых в МК для встраиваемых приложений.

Промышленная сеть — сеть передачи данных, связывающая различные датчики, исполнительные механизмы, промышленные контроллеры и используемая в промышленной автоматизации. Термин употребляется преимущественно в автоматизированной системе управления технологическими процессами (АСУ ТП). Описывается стандартом IEC 61158.

Устройства используют сеть для:

• передачи данных, между датчиками, контроллерами и исполнительными механизмами

• диагностики и удалённого конфигурирования датчиков и исполнительных механизмов

• калибрования датчиков

• питания датчиков и исполнительных механизмов

• передачи данных между датчиками и исполнительными механизмами минуя центральный контроллер

• связи между датчиками, исполнительными механизмами, ПЛК и АСУ ТП верхнего уровня

• связи между контроллерами и системами человеко-машинного интерфейса (SCADA)

В промышленных сетях для передачи данных применяют:

• кабели

• волоконно-оптические линии

• беспроводную связь (радиомодемы и Wi-Fi).

Промышленные сети могут взаимодействовать с обычными компьютерными сетями, в частности использовать глобальную сеть Internet.

Термин полевая шина является дословным переводом английского термина fieldbus. Термин промышленная сеть является более точным переводом и в настоящее время именно он используется в профессиональной технической литературе.

*************************************************************

Распределённая система управления (англ. Distributed Control System, DCS) — система управления технологическим процессом, характеризующаяся построением распределённой системы ввода вывода и децентрализацией обработки данных.

РСУ применяются для управления непрерывными и гибридными технологическими процессами (хотя, строго говоря, сфера применения РСУ только этим не ограничена). К непрерывным процессам можно отнести те, которые должны проходить днями и ночами, месяцами и даже годами, при этом остановка процесса, даже на кратковременный период, может привести к порче изготавливаемой продукции, поломке технологического оборудования и даже несчастным случаям. Классическим примером непрерывного процесса является изготовление стекла в стекловаренной печи.

Сферы применения РСУ многочисленны:

1. Химия и нефтехимия.

2. Нефтепереработка и нефтедобыча.

3. Стекольная промышленность.

4. Пищевая промышленность: молочная, сахарная, пивная.

5. Газодобыча и газопереработка.

6. Металлургия.

7. Энергоснабжение и т. д.

Требования к современной РСУ:

1. Отказоустойчивость и безопасность.

2. Простота разработки и конфигурирования.

3. Поддержка территориально распределенной архитектуры.

4. Единая конфигурационная база данных.

5. Развитый человеко-машинный интерфейс.

******************************************************************

АСУ ТП: Историческое обоснование перехода от централизованного построения к децентрализованному (распределенному) - дешевизна и миниатюризация, развитие ПИ (дальность и помехоустойчивость).

Принципы построения децентрализованных (распределенных) СУ (посм. В Инете):

1) модульность в разбиении алгоритмов, то есть выделение стандартных действий: измерения, фильтрация, математическая обработка, генерация сигналов, протоколирование нештатных ситуаций и пр. и выбор оптимальных аппаратно-программных модулей для их реализации;

2) быстрые связи (время цикла менее 1...100 мс) одного локального объекта управления предпочтительно замыкать на одно процессорное устройство.

Уровни иерархии при построении АСУ ТП (снизу вверх от уровня технолоческого узла/установки до уровня планирования и управления производственными показателями):

0) обычно процесс автоматизации "растет" снизу вверх, т.к. вместе с разумной механизацией это сразу дает резкое увеличение производительности труда при сравнительно небольших затратах.

1) (интеллектуальные) датчики и исполнительные органы;

2) устройства управления уровня технологического узла/установки - либо встроенные на базе МК для встриваемых приложений