Топология (архитектура) локальной промышленной сети.
Локальные промышленные сети. Эталонная модель взаимодействия открытых систем (OSI-модель)
Информационный обмен между уровнями АСУ осуществляется посредством локальных промышленных сетей (ЛПС). Они охватывают относительно небольшие территории (до 5-10 км) внутри отдельных предприятий и объединяют с помощью общего канала связи сотни устройств (компьютеры, PLC, операторские панели визуализации, серверы и т. д.). Такие сети могут подключаться к другим локальным сетям, а также региональным и глобальным сетям. Основными требованиями к локальными промышленными сетя-
ми, эксплуатирующимися в промышленных условиях, являются: • высокая надежность;
• высокая скорость передачи данных (что отличает их, например,от глобальных сетей, которые могут вносить в передачу данных значительные задержки); • простота монтажа и эксплуатации. Локальные промышленные сети условно разделены на два класса:
• сети нижнего уровня – полевые шины (Field Buses – «полевая» шина).Обеспечивают физическую и логическую связь между промышленными контроллерами, измерительными преобразователями (датчиками) и исполнительными механизмами и их интеграцию в единую систему управления технологическим процессом. Основой работы ЛПС служит стандарт, разработанный Международной организацией по стандартизации, описывающий правила соединения аппаратных и программных средств в единую систему. Он носит название модели взаимодействия открытых систем – (Open System Interconnection – OSI), которая разбита на семь независимых уровней:
1. физический – физическое (механическое и электрическое) соединение среды передачи данных 2. канальный – передача по физическому адресу в сети, доступ к
среде передачи данных 3. сетевой – логическая адресация и маршрутизация
4. транспортный – прозрачная передача пакетов данных по сети 5. сеансовый – управление диалогом между устройствами сети 6. представительный – преобразование данных при передаче информации между устройствами с различными форматами данных 7. прикладной – предоставление сетевого сервиса для программ Пользователя.
Топология (архитектура) локальной промышленной сети.
Топология локальной промышленной сети описывает способ объ-
единения различных сетевых устройств (серверы, PLC, операторские
станции и панели визуализации, принтеры и т. п.). Выбор топологии
влияет на характеристики сети: способ доступа к сети, возможность ее
расширения, надежность. Основными топологиями являются: • шина (Bus);
• кольцо (Ring); • звезда (Star).
При построении сетей используются два типа подключения (со-
единения) сетевых устройств:
• точка к точке (point to point interface) – радиальное соединение
между двумя сетевыми устройствами;
• многоточечное соединение (multipoint) – магистральное соеди-
нение сетевых устройств, при котором сетевые устройства неза-
висимо подключаются к общей линии передачи.
Топология «Шина» (магистраль) (тип соединения – многото-
чечный).
23. Аппаратные компоненты локальной промышленной сети: канал передачи
данных и сетевые устройства
Передача данных в локальной промышленной сети происходит по 
каналу связи. В качестве физической среды применяется: а) витая пара, б) коаксиальный кабель, в) оптоволокно.Витая пара представляет собой одну или несколько пар изолированных проводников, скрученных между собой, покрытых пластиковой оболочкой. Коаксиальный кабель представляет собой медную токоведущую жилу, окруженную слоем диэлектрика и покрытием в виде металлической оплетки или фольги. Существует в двух вариантах: тонкий –6 мм и толстый – 12 мм. Достоинство – возможность прямых ответвлений (путем прокалывания изоляционного слоя), благодаря чему сеть
может легко наращиваться, а также помехозащищенность. Оптоволоконный кабель состоит из оптоволокна и защитного покрытия. Изготавливается из специального пластика и служит для передачи световых сигналов. Оптоволокно покрывается светоотражающим составом, предотвращающим рассеивание света. Снаружи оптоволокно покрыто защитным покрытием повышающим его прочность.
Методы доступа к среде передачи данных. Используются два основных метода упорядоченного доступа к общей для нескольких взаимодействующих сетевых устройств среде передачи данных (шинной магистрали):
• централизованный метод доступа предполагает наделение одного из устройств правами ведущего (master). Другие устройства являются ведомыми (slave).
Ведущее устройство определяет порядок и время доступа ведомых
устройств к шине, инициирует циклы обмена данными по шине с
ведомыми устройствами. • децентрализованный метод доступа к шине предполагает наделение правами ведущего группы устройств сети.
Сетевые устройства Л П С Каждый из узлов сети содержит сетевой адаптер (плату или микросхему интерфейсного контроллера) реализующий функции фиического и канального уровней OSI-модели и предназначенный для сопряжения сети со средой передачи данных. В его функции входят: • контроль возможности доступа к сети;
• идентификация адреса; • кодирование и декодирование сигнала; • преобразование параллельного кода в последовательный и обратное преобразование соответственно при передаче и приеме; • промежуточное хранение данных в буферной памяти;
• контроль ошибок.Основными специализированными сетевыми устройствами, ис-
пользуемыми в локальных сетях, являются: • трансивер – приемопередатчик, который служит для подключения сетевого узла к основной магистрали сети из коак-
сиального кабеля или оптоволокна; • концентратор – используется при создании инфраструктуры сети. • мост (bridge) – интеллектуальное устройство, которое служит
для соединения двух различных сетей.• маршрутизатор – используется в сложных сетях в точках разветвления маршрутов для определения дальнейшего наилучшего пути пакета, функционирует на сетевом уровне OSI-модели.
24 Локальные промышленные сети нижнего уровня (полевые шины)
Сети нижнего уровня (локальные САУ) служат для обмена информацией между промышленными контроллерами и удаленной пе
риферией (например, устройствами ввода/вывода, контрольно-
измерительными приборами, снабженными соответствующими сете-
выми интерфейсами. Такие устройства часто называют интеллекту-
альными, так как они поддерживают высокоуровневые протоколы се-
тевого обмена). Существует множество стандартов полевых шин. Наибольшее
распространенные из них получили: Modbus RTU, Profibus DP, Profi-
bus PA, HART, Foundation Fieldbus и т. д.
Полевые шины должны удовлетворять строгим требованиям, вви-
ду их эксплуатации в жестких промышленных условиях: 1. Детерминированность, т.е. передача сообщения от одного сетевого устройства к другому за фиксированный отрезок времени. 2. Поддержка больших расстояний, т.к. расстояние между объек-
тами управления может порой достигать нескольких километров. 3. Защита от электромагнитных наводок. Длинные линии подвер-жены влиянию электромагнитных помех (излучаемых различными электрическими агрегатами), искажающих передаваемые данные. 4. Упрочненная механическая конструкция кабелей и соедините-лей.