3.3.Основные виды топологий сети industrial ethernet

В промышленной сети INDUSTRIAL ETHERNET используется несколько видов топологий сети: «звезда», «кольцо» и «общая шина».

В топологии «звезда (star)» устройства подключается отдельным кабелем к объединяющему устройству – коммутатору. При необходимости можно объединять вместе несколько сетей с топологией "звезда", при этом получаются разветвленные конфигурации сети. С точки зрения надежности эта топология не является наилучшим решением, так как выход из строя центрального узла приведет к остановке всей сети. Однако при использовании топологии "звезда" легче найти неисправность в кабельной системе.

В топологии «общая шина (bus)" предполагает использование одного физического канала, например, оптического кабеля (Fibre bus), к которому подключаются все устройства сети. В данном случае канал используется совместно всеми рабочими станциями по очереди. Надежность здесь выше, так как выход из строя отдельных устройств не нарушит работоспособность сети в целом, но поиск неисправностей в кабельной системе затруднен. Кроме того, так как используется только один кабель, в случае обрыва нарушается работа всей сети.

В топологии "кольцо (ring)" данные передаются от одного устройства к другому как бы по эстафете. Если устройство получает данные, предназначенные для другого устройства, он передает их дальше по кольцу. Если данные предназначены для получившего их устройства, они дальше не передаются.

На рис.3.1-3.4 приведены примеры распределенных АСУТП, реализованные на основе сети INDUSTRIAL ETHERNET разных топологий.

На рис.3.1 приведен пример распределенной АСУТП большого масштаба (large). В данной системе имеется несколько коммутаторов, на их базе образованы различные сегменты сети, имеющие топологию «шина», «звезда», «кольцо». Коммутаторы (swith) связываются между собой высоко скоростными волоконно-оптическими линиями.

Рис.3.1. Пример распределенной АСУТП большого масштаба

Управление тремя цехами предприятия осуществляется с двух пунктов управления Control room 1 и Control room 2. В каждом из пунктов управления имеется центральный коммутатор, который связывает контроллер, рабочие места операторов (HMI) и сервер базы данных (Database Server). Датчики и исполнительные устройства первого цеха подключаются к контроллеру с помощью ПКС, выполненной по топологии «звезда». Датчики и исполнительные устройства второго цеха подключаются к контроллеру с помощью ПКС, выполненной по топологии «шина», а третьего цеха - с помощью ПКС, выполненной по топологии «кольцо».

На рис.3.2 приведен пример распределенной АСУТП малого масштаба (small). В данной системе имеется один пункт управления, из которого производится управления одним цехом. С помощью коммутатора в пункте управления организуется ПКС с топологией вида «звезда». Эта ПКС связывает сервер базы данных (Database Server) и рабочие места операторов (HMI), расположенные в пункте управления, с контроллером, локально управляющим цеховыми исполнительными устройствами (Drive) и датчиками (Flow Meter) по шине FIELDBUS. Из пункта управления операторы могут также напрямую взаимодействовать с цеховыми устройствами ввода/вывода технологических сигналов (Remote I/O).

Рис.3.2. Пример распределенной АСУТП малого масштаба

На рис.3.3 и рис.3.4 приведены примеры топологий высоконадежных распределенных АСУТП с резервированием (redundancy).

Рис.3.3. Пример распределенной АСУТП c резервированием

Рис.3.4. Пример распределенной АСУТП c двойным резервированием

В ПКС с резервированием применяется кольцевая топология ETHERNET. В случае нештатной ситуации при обрыве кольца ETHERNET система управления не перестанет работать, так как в ней начинает работать другой сегмент кольца ETHERNET.

Для увеличения надежности ПКС применяют двойное резервирование (double redundancy), при котором применяется топология двойного кольца, приведенная на рис.3.4.