Контрольні запитання

1. Які топології промислових мереж Вам відомі?

2. Коли була запропонована "Описива модель взаємозв'язку відкритих систем" (ISO/OSI Model)?

3. Які рівні мережевих функцій за Моделлю ISO/OSI?

4. Чим відрізняється мережевий протокол від мережевого інтерфейсу?

5. Які основні типи доступу до фізичного каналу Вам відомі?

6. Які режими обміну даними Вам відомі?

15

Лекція №2

ПРОМИСЛОВІ МЕРЕЖІ Й ЕТАПИ РОЗВИТКУ FIELDBUS-ТЕХНОЛОГІЇ

Промислова мережа - це набір стандартних протоколів обміну даними, що дозволяють зв'язати в єдину систему устаткування різних виробників, а також забезпечити взаємодію нижнього й верхнього рівнів АСУ. Від того, яка мережева архітектура вибирається сьогодні, будуть залежати не тільки витрати на створення системи, але й час її діяльності, її здатність до розвитку.

Сьогодні в усьому світі комунікаційна технологія побудови єдиної інформаційної мережі, що поєднує інтелектуальні контролери, датчики й виконавчі механізми, визначається одним терміном fleldbus (польова шина або промислова мережа).

Fieldbus - це, по-перше, фізичний спосіб об'єднання пристроїв (наприклад, RS485) і, по-друге, програмно-логічний протокол їхньої взаємодії.

Коренем терміну fieldbus є слово field - область, сфера, місце. Промислові мережі (fieldbuses) застосовуються на рівні пристроїв, що обслуговують реальний процес виробництва й переробки матеріалів. Вихід у системи подання (візуалізації) даних, комерційні й адміністративні системи організується, як правило, через стандартні офісні мережі типу Ethernet через протокол TCP/IP.

Fieldbus - це основний термін, що визначає деяку цифрову мережу, завдання якої полягає у тому, щоб замінити широко використовувану раніше централізовану аналогову 4-20 мА-технологію. Така мережа є цифровою, двонаправленою, багатоточковою, послідовною комунікаційною мережею, для зв'язку ізольованих один від одного (по функціях) таких пристроїв, як контролери, датчики, силові приводи й т.п. Кожний field-пристрій має самостійний обчислювальний ресурс, що дозволяє відносити його до розряду інтелектуальних (smart fieldbus device). Кожний такий пристрій здатний самостійно виконувати ряд функцій по самодіагностиці, контролю і обслуговуванню функцій двонаправленого зв'язку. Доступ до нього можливий не тільки з боку інженерної станції, апе й з боку аналогічних йому пристроїв.

Fieldbus - це мережа для промислового застосування, логічно дуже схожа на LAN-мережі, що застосовуються в офісних додатках. Однак промислові мережі повинні відповідати специфічному набору вимог:

• жорстка детермінованість поведінки;

• забезпечення функцій реального часу;

• простота фізичного каналу передачі даних;

16

- надійність фізичного й канального рівнів передачі даних (завадозахищеність);

• наявність спеціальних високонадійних механічних сполучних компонентів;

• сервіс для додатків верхнього рівня;

• мінімальна вартість апаратних засобів;

• самовідновлюваність при позаштатних ситуаціях;

• відкритість.

Результати досліджень ринку промислових мереж, надані незалежними маркетинговими компаніями, свідчать про постійний ріст відкритих fieldbus-систем. Однак дотепер істотну частку ринку займають закриті (приватні фірмові) мережі і їх способи організації.

Унікальні системи, тобто системи, що працюють по унікальних протоколах зв'язку, які вироблені й підтримуються однією компанією, одержали назву закритих систем. Більшість таких систем зародилося в ті часи, коли проблеми інтеграції виробів від різних виробників не вважалися актуальними.

Успішно ж інтегрувати в єдину систему виробу від різних виробників, дозволяє використання принципів відкритих систем.

Класифікація промислових мереж в залежності від області застосування показана на рис.2.1.

	Додаток	Роз-мір мережі	Об'єм да-них, що передаються	Час реак-ції	Вар-тість	Відкриті промислові мережі
	Локальні, глобальні мережі	Ве-ликий	Дуже великий	1 с	Висо-ка	Ethernet Ethernet IDA, Ethernet lP
	Автомя t изаиія та улравлїиня	Середній	великий	100 мс	Низь-ка	Ethernet. Ethernet/IP. IDA. Profibus-FMS, ControJnet. Modbus. CANopen, P-NET Foundation Fieidbus H2. CC-Unk. FL-Net. JPCN-1
	Інтелекту-альний розподі-лений В/В	Ма-лий	Середній	10 мс	Низь-ка	Ptofibus-DP. AS-lnterfase, DevicofJot Irtfefbufe, FIPIO. Sarcos. CAN, Profrbus-PA, Foundation Fieldbus H1. LOM. E1B. SDS

Рисунок 2.1 - Класифікація промислових мереж за областю застосування

17

Відкритим промисловим мережам характерно:

• наявність опублікованих специфікацій;

• наявність інтерфейсних компонентів незалежних постачальників;

• організація доповнень до стандартів;

• сумісність (Interoperability) - з можливостями побудови

працездатної мережі на основі включення компонентів від різних постачальників;

- взаємозамінність (Interchangeability) - з можливостями заміни компонентів аналогічними пристроями від інших виробників.

У своєму розвитку fieldbus-технології пройшли кілька ключових етапів.

Перший етап. В 1984 році Міжнародна Електротехнічна Комісія (МЕК - ІЕС) почала процес розробки єдиного універсального стандарту промислової мережі. Були визначені вимоги для відкритої промислової мережі, пристроїв віддаленого введення/виведення, контролерів і т.д. Ставилося завдання, щоб така універсальна мережа забезпечувала комунікаційні запити на всіх рівнях багаторівневої системи автоматизації. Для рішення зазначеного завдання була отримана безліч ініціатив і пропозицій. Але тільки через 14 років ІЕС випустила проект специфікації І EC 61158 - кандидат на універсальну мережу. Фахівці відразу відзначили, що це рішення вже сильно застаріло й немає ніякого сенсу продовжувати над ним роботу. Голосування по даному проекту, проведене ЗО вересня 1998 року, дало очікуваний негативний результат.

Другий етап. В 1987 р. Німецьке федеральне міністерство по дослідженнях і технологіях ініціювало проект за назвою "Field Bus". Група фахівців з 13 компаній і 5 інститутів працювала над специфікацією відкритої промислової мережі, що одержала назву PROF1BUS (PROcess Field BUS), на основі описової моделі міжмережевої взаємодії ISO/OSI. Значний успіх у цій роботі був досягнутий у квітні 1991 року, коли специфікація PROFIBUS одержала статус німецького національного стандарту D1N19245. У цьому ж році на ринок вийшов перший PROFIBUS-продукт.

Третій етап. Починаючи з 1992 р. до робіт зі створення єдиного стандарту незалежно підключилися дві групи: WorldFIP і ISP-Foundation у Північній Америці. На певному етапі (1994 р.) ці групи об'єдналися й створили асоціацію Fieldbus Foundation (FF), результатом роботи якої став вихід на ринок промислової мережі Foundation Fieldbus (1996р.). FF використає модифікацію стандарту ІЕС1158-2 для фізичного рівня й концепцію проекту 1SP/PROF1BUS для прикладного рівня. Таким чином, FF-протокол став дуже схожий на PROFIBUS-PA.

18

Четвертий етап. До цього моменту МЕК уже 12 років вела роботу в області стандартного рішення для промислової мережі. На цьому тлі європейське співтовариство споживачів і виробників fieldbus-систем йшло по шляху визначення єдиного європейського стандарту. По ряду критеріїв була визначена група "претендентів", і 15 березня 1996 р. у Брюсселі були підведені підсумки проведеного напередодні голосування по схваленню проекту EN50170 як європейського стандарту промислової мережі (European Fieldbus Standard). EN50170 увібрав у себе (без змін) три національних стандарти в області промислових мереж: PROFIBUS (Німеччина), FIP (Франція) і P-NET (Данія). Всі ці рішення підтверджені відповідними національними стандартами.

П'ятий етап. CAN, LON, PROFIBUS, Interbus, FIP, FF, DeviceNet, SDS, ASI, HART, ControlNet і ще кілька десятків протоколів міцно закріпилися на ринку промислових мереж. Тому ідея створення стандарту, здатного підтримати багатофункціональні рішення в області промислового зв'язку для найрізноманітніших галузей застосування, знайшла розуміння як з боку основних компаній виробників, так і більшості системних інтеграторів у різних країнах. Беручи до уваги сформовану об'єктивну реальність, Комітет МЕК оформив цю пропозицію у вигляді стандарту промислової управляючої мережі ІЕС61158 напередодні нового тисячоріччя. Позиція прихильників цього рішення зводилася до одного, але найбільш вагомого твердження - області застосування промислових мереж є настільки широкі й вимоги до них настільки різноманітні, що серйозно говорити про "єдину міжнародну мережу" не доводиться. Результати голосування (80% - за) підтвердили правильність зробленої пропозиції. Про стандарт ІЕС61158 можна сказати так - це багатофункціональний стандарт, орієнтований на різні області застосувань ІЕС61158 спочатку включав вісім незалежних комунікаційних технологій. Промислова мережа для керуючих систем, підтримувана даним стандартом, описується в його частинах 3, 4, 5 і 6, які містять відповідні комунікаційні специфікації (рис.2.2).

19