3. Обмен информацией между уровнями

Все уровни пирамиды должны иметь вертикальную информационно-техническую связь друг с другом; между ними осуществляется обмен информацией. Этот обмен информацией происходит в обе стороны, снизу вверх и сверху вниз. Рассмотрим такую «вертикальную коммуникацию» на примере полевого уровня - уровня управления. Данные из процесса, например, измерительные величины подлежат передаче на местный уровень низовой автоматизации. Речь идет о небольшом количестве информации, являющейся актуальной в конкретный момент времени, однако, с высоким требованием к скорости передачи информации, например, сообщение о состоянии опасности, которое должно приводить к быстрой остановке агрегата. Отдельные датчики и исполнительные элементы на работающих сегодня установках зачастую не имеют еще собственной логики и присоединены непосредственно к уровню управления. О коммуникации в собственном смысле говорить еще нельзя, поскольку информация возникает постоянно, например, в качестве аналогового сигнала. Но и здесь уже заметно влияние микроэлектроники. Так, начинают использовать датчики, способные самостоятельно обрабатывать сигналы, производить предварительную обработку измерительных величин, сравнивать нормальные и предельные значения либо получать и передавать несколько значений. Эти «интеллектуальные» датчики уже сообщаются друг с другом и перемещают, таким образом, часть задач автоматизации на полевой уровень. Тем самым удается, в общем, увеличить производительность обработки данных и одновременно сократить коммуникацию между полевым уровнем и стоящим над ним уровнем низовой автоматизации, т.к. на верхний уровень передаются только релевантные данные в сжатой форме. Более выражена логика компонентов на уровне управления. Уже сегодня они сообщаются не только с системами стоящего выше уровня управления производством, но также и с компонентами внутри своего уровня. Требования к коммуникации на иерархических уровнях различны. На полевом уровне приводы и датчики сообщаются в основном очень интенсивно друг с другом или с вышестоящим уровнем; при этом объем информации относительно мал и срок службы данных невелик. Но высокие требования короткого времени реакции требуют коммуникации в реальном времени. С возрастанием уровней в иерархии задачи автоматизации принудительным образом централизуются в большей степени. Хотя количество устройств, участвующих в процессе автоматизации, уменьшается, однако сами эти устройства становятся производительнее. Частотность отдельных передач между ними сокращается, но, напротив, увеличиваются размер и срок актуальности блоков данных, требования к реальному времени понижаются. Несмотря на эти различия, потребность в горизонтальной и вертикальной коммуникации встречается на всех уровнях.

При этом каждый уровень работает в основном с данными, которые ему подчинены. Данные, которые должны передаваться на вышестоящие уровни, необходимо вначале сокращать и сжимать. Связанная с этим информационная концентрация препятствует тому, чтобы один уровень был перегружен данными из другого уровня. Данные, которые должны передаваться на нижестоящий уровень, необходимо перед этим расширить дополнительной информацией. Если эти принципы при структурировании задачи автоматизации будут выполняться, т.е. если каждый уровень будет самостоятельным, насколько возможно, и обмен информацией между уровнями будет минимальным, то объем горизонтального потока информации на каждом уровне будет увеличиваться.

При прямых связях (двухпунктовых связях) коммуникация между двумя компонентами одного уровня возможна только через вышестоящий уровень. Частично это привносит длинный путь для прохождения информации. Информация может запаздывать, если вышестоящая система оказывается с ограниченной пропускной способностью.

В частности на нижних уровнях, где особенно важна быстрая передача, для горизонтальной коммуникации, для "поперечного движения" внутри одного уровня, нужно идти другим путем. Все устройства и системы уровня автоматизации, между которыми возникают коммуникативные отношения, должны быть связаны друг с другом. Иначе говоря: каждый партнер коммуникации должен быть соединен с каждым другим. В крупных проектах автоматизации такая структура вскоре станет запутанной.

Коммуникация внутри различных уровней автоматизации - от полевого уровня до уровня планирования - предъявляет разные требования к шине. Большое значение для мощности и стоимости шины передачи данных имеют способ и количество передаваемых данных. На полевом уровне между многими партнерами передаются данные малым количеством и высокой степени актуальности. Среда передачи должна быть недорогой. Чем выше иерархическое положение, тем больше характеристик имеют передаваемые данные. Т.е., между немногими партнерами передаются большие пакеты данных, являющиеся актуальными длительное время. Шина должна справляться с таким количеством информации. Независимо от топологии сети для коммуникации используются различные среды передачи.