2. Промышленные сети нижнего уровня (полевые шины)

Главной функцией полевой шины является обеспечение сетевого взаимодействия между промышленными контроллерами и удаленной периферией (например, узлами ввода/вывода). Помимо этого, к поле­вой шине могут подключаться различные контрольно-измерительные приборы, снабженные соответствующими сетевыми интерфейсами. Такие устройства часто называют интеллектуальными, так как они поддерживают высокоуровневые протоколы сетевого обмена.

Существует множество стандартов полевых шин, наиболее рас­пространенные из которых получили:

28. Profibus DP

29. Profibus PA

30. Foundation Fieldbus

31. Modbus RTU

32. HART

33. DeviceNet

Несмотря на нюансы реализации каждого из стандартов (скорость передачи данных, формат кадра, физическая среда), у них есть одна общая черта - используемый алгоритм сетевого обмена данными, онованный на классическом принципе Master-Slave или его небольших модификациях.

Полевые шины удовлетворяют строгим техническим требовани­ям, благодаря чему становится возможной их эксплуатация в тяжелых промышленных условиях. К этим требованиям относятся:

1. Детерминированность, т.е. передача сообщения из одного узла сети в другой занимает строго фиксированный отрезок времени. Для промыш­ленных сетей это недопустимо.

2. Поддержка больших расстояний, т.к. расстояние между объек­тами управления может порой достигать нескольких километров. Применяемый протокол должен быть ориентирован на использование в сетях большой протяженности.

3. Защита от электромагнитных наводок. Длинные линии подвер­жены пагубному влиянию электромагнитных помех, излучаемых раз­личными электрическими агрегатами. Сильные помехи в линии могут исказить передаваемые данные до неузнаваемости. Для защиты от та­ких помех применяют специальные экранированные кабели, а также оптоволокно, которое, в силу световой природы информационного сигнала, вообще нечувствительно к электромагнитным наводкам.

4. Упрочненная механическая конструкция кабелей и соедините­лей. Учитывая, в каких условиях приходиться прокладывать коммуни­кационные линии, кабели и соединители должны быть прочными, долговечными и приспособленными для использования в самых тяже­лых окружающих условиях (в том числе агрессивных атмосферах).

По типу физической среды полевые шины делятся на два типа:

1. Полевые шины, построенные на базе оптоволоконного кабеля. Преимущества использования оптоволокна: возможность построения протяженных коммуникационных линий (протяженностью до 10 км и более); большая полоса пропускания; иммунитет к электромагнитным помехам; возможность прокладки во взрывоопасных зонах. Недостат­ки: относительно высокая стоимость кабеля; сложность физического подключения и соединения кабелей.

2. Полевые шины, построенные на базе медного кабеля. Как пра­вило, это двухпроводной кабель типа «витая пара» со специальной изоляцией и экранированием. Преимущества: сравнительно невысокая цена; легкость прокладки и выполнения физических соединений. Не­достатки: подвержен влиянию электромагнитных наводок; ограни­ченная протяженность кабельных линий; меньшая по сравнению с оп­товолокном полоса пропускания.

Методы обеспечения отказоустойчивости промышленных сетей на полевом уровне

При эксплуатации САУ аспект отказоустойчивости сети стано­виться ключевым.

Конфигурация в виде дублированной полевой шины является наиболее распространенным техническим решением.