Fieldbus DCS - сборник от статии

(3 глас стойност 2,67 от 5)

Индустриални мрежи за данни - е основен елемент за изграждане на съвременни системи за автоматизация. Появата на индустриални комуникационни протоколи бележи началото на изпълнението на териториалните разпределени системи за управление, които могат да обхващат много технологични инсталации, се комбинират целия магазин, а понякога и растения. Днес областта на индустриалните комуникации, разработени с големи скокове: има повече от 30 стандарти комуникационна мрежа, специално пригодени за промишлена употреба, всяка година има нови и иновативни технология на предаване. Това не е изненадващо, тъй като това е все по-комуникационни мрежи определят качеството, надеждността и функционалността на системата за управление на процеса като цяло.

мрежа за предаване на данни, принадлежащ към ACS могат да бъдат разделени в два класа:

1. Област автобус (Field Автобуси);
2. горен слой мрежа (ниво носител, Terminal автобуси).

В тази статия ще се фокусира върху полски автобуси. В същото време, ние ще се фокусира върху това как да се осигури надеждност и отказоустойчивост.

Основната функция е да осигури автобус мрежа поле комуникация между дистанционното управление и периферни устройства (например, входно / изходни възли). В допълнение, за поле шина може да бъде свързан към различни уреди (Field Devices), снабден със съответните мрежови интерфейси. Такива устройства често са посочени като интелигентни (Интелигентни устройства Field), тъй като те поддържат протоколи от високо ниво на мрежата.

Fieldbus пример е показан на фигура 1.

Фиг. 1. Fieldbus.

Както вече споменахме, има много стандартни системи за индустриална комуникация, най-честите от които са изброени по-долу:

1. Profibus DP
2. Profibus PA
3. Фондация Fieldbus
4. Modbus RTU
5. ХАРТ
6. DeviceNet

Въпреки нюансите на изпълнението на всеки един от стандартите (скорост на данни, формат рамка, физическата среда), те имат едно общо нещо - алгоритъм използва мрежовите комуникации на базата на класическия принцип на Master-Slave или минимални промени. По-подробна информация можете да намерите тук.

Съвременните полевите мрежи отговарят на строги спецификации, с което става възможно да им работа в тежки индустриални условия. Тези изисквания включват:

2. Подкрепа за големи разстояния. Това е основно изискване, тъй като разстоянието между обектите на управление понякога може да достигне няколко километра. Използвани протокол трябва да се фокусира върху използването на дълги разстояния мрежи.

3. Защита срещу електромагнитни смущения. Огромни опашки особено податливи на вредни електромагнитни смущения, излъчвани от различни електрически единици. Силно смущаваща линии могат да нарушат предаваната признаване данни. За защита срещу такива смущения, се използват специални екранирани кабели, както и влакна, които, поради светлина естеството на информационен сигнал, обикновено са чувствителни към електромагнитни смущения. Освен това, в индустриални мрежи трябва да се използва специален метод за кодиране на цифрови данни, за предотвратяване на нарушаване им по време на предаването, или най-малкото за ефективно откриване изкривени данните възлова точка.

4. Здрав механичен дизайн на кабели и конектори. Тук също няма нищо изненадващо, ако настоящите условия, в които често трябва да положи комуникационни линии. Кабели и съединители трябва да са трайни и приспособими за използване при тежки среди (включително корозивни атмосфери).

В зависимост от вида на физическите полевите мрежи за околната среда са разделени на два типа:

1. Област Автобус, изградена въз основа на оптичен кабел. Предимствата от използването на оптични влакна са очевидни: възможността за изграждане на разширени линии за комуникация (до 10 км или повече); голяма честотна лента; имунитет към електромагнитни смущения; възможност за полагане в опасни зони. Недостатъци: сравнително високата цена на кабел; сложността на физическа връзка и кабелните връзки. Тази работа трябва да се извършва от квалифициран персонал.

2. Област автобус, изградена на базата на меден кабел. Обикновено, това е кабелна двупроводна на "усукана двойка" с специална изолация и защита. Предимства: смилаеми цена; облекчаване на полагане и физическите връзки. Недостатъци: засегнати от електромагнитни смущения; ограничена дължина на кабелни линии; по-малък в сравнение с лента оптични влакна.

Така че, нека разгледаме методите на отказоустойчивост съобщителни мрежи на ниво област. При проектирането и изпълнението на този аспект става от решаващо значение, тъй като до голяма степен определя характеристиките на надеждността на цялата система за контрол.

Фигура 2 показва основния архитектурата на полевата шина - един (без излишни). Автобусът свързва контролер C1 и четири входен блок / IO1-IO4 изход. Очевидно е, че тази архитектура е по-малко устойчиви на грешки, като счупен гума, в зависимост от местоположението си, което води до загуба на комуникация с един, няколко или всички автобусни възли. В нашия случай, в резултат на открита комуникация се губи с два възела.

Фиг. 2. Не излишни автобус.

Налице е важно, терминът "единствена точка провал" (SPOF, единична точка на отказ). По този начин мястото в системата, неизправност в даден компонент или съобщение прекъсване, което води до неправилно функциониране на цялата система. На фигура 2, една точка на неуспех е обозначена с червен кръст.

Фигура 3 показва конфигурацията на съкратени полева свързване съкратени контролер с I / O възли. Всяка I / O устройство е снабдено с две интерфейсни модули. С изключение на себе си I / O модули, които са подкрепени рядко, в тази конфигурация, единична точка на отказ не е налице.

Фиг. 3. излишни автобус.

В общи линии, изграждането на отказоустойчивост и системи за автоматизация се опитвате да единичен отказ на някой от компонентите (линк) не се отразява на работата на цялата система. В тази връзка, конфигурацията на дублиран поле автобус е най-честата техническо решение.

Фигура 4 показва конфигурация на оптичен пръстен. възли контролер и вход / изход, свързани към пръстена чрез съкратени медни сегменти. За присъединяването на мед с сегменти оптична мрежа специални конвертори комуникационни носители използвани "меден<->влакна "(OLM, Оптичен Link Module). За всеки от стандартните протоколи можете да изберете Olm.

Фиг. 4. Единична оптичен пръстен.

Както дублира автобус, оптичен пръстен е устойчив на настъпване на счупване на мястото си. Система за почивка не забеляза и се превключва на резервни интерфейс и комуникационни модули не се случва. Освен това, счупване на една от две медни сегменти, свързващи възел с пръстен от влакна, няма да доведе до загуба на комуникация с тази възлова точка. Въпреки това, на втория отворен пръстени може да доведе до повреда на системата. Най-общо, два терминиране пръстени в диаметрално противоположни точки водят до загуба на комуникация и половина свързан възли.

Фигура 5 показва конфигурация на двоен оптичен пръстен. В случай, че в резултат на образуването на две начални точки на прекъсване пръстен не успее, системата превключва към вторичната пръстен. Очевидно е, че такава мрежа архитектура е най-устойчиви на грешки. Фигура 5 показва разграждането на процеса стъпки мрежа. Забележете колко повреди на системата може да се движи, преди да настъпи провала.

Фиг. 5. съкратени оптичен пръстен.