kommunikationsnetværk

19.40 kommunikation

netværk generelt. Kommunikationsnetværk er blevet brugt til at transmittere instruktioner og data til procesovervågning og kontrol i mange år. Processtyringsnetværk har brugt forskellige teknologier og topologier, ligesom forretnings-og computernetværk i mindre kritiske situationer. Processtyringsnetværk kræver robusthed, determinacy og kompatibilitet.

robusthed er et mål for pålideligheden af netværket til at udføre sin funktion i hele installationens levetid. Designeren af et netværk skal evaluere behovet for redundans af netværkskomponenter og kabler samt fejlprøvning og fejlkorrektionsfaciliteter for at tilvejebringe et netværk, der opfylder behovene i det system, det tjener. Determinacy er en specifik garanti for, at meddelelser kommer ind i netværket og når deres destination inden for kendte tidspunkter. Ikke-deterministiske netværk kan ikke garantere levering af meddelelser på et bestemt tidspunkt, men nyere teknologier har gjort det muligt for nogle ikke-deterministiske netværk (såsom Ethernet) at fungere tilfredsstillende i processtyringsindustrien. Kompatibilitet beskriver netværkets evne til at kommunikere mellem udstyr fra forskellige producenter eller leverandører uden protokolkonflikter.

den åbenlyse fordel ved at bruge et netværk snarere end traditionel kabling er, at alle data sendes langs et enkelt kabel, hvilket reducerer antallet af kabler, der skal installeres markant.

Ethernet. CSMA/CD (carrier sense multiple access / collision detection) ydeevne har udviklet sig til en meget høj standard siden introduktionen i 1973. Selvom det ikke er deterministisk, tillader CSMA/CD alle enheder på et netværk at kontrollere, om en anden enhed transmitterer, før de forsøger at transmittere, og hvis flere enheder transmitterer samtidigt, kasserer kollisionsdetekteringen beskadigede meddelelser (pakker) og instruerer enhederne om at sende deres meddelelser igen efter tilfældige ventetider. Netværket er ikke-deterministisk, fordi der ikke er nogen garanti for, at en meddelelse når sin destination er et bestemt tidspunkt. Industrialiserede Ethernet-netværk er imidlertid blevet så pålidelige, at de er standarden i branchen for at forbinde processtyringssystemer på hele stedet. Ethernet-designspecifikationen skal følges med hensyn til tilslutning og kabellængder, for eksempel ved hjælp af maksimalt 100 m kobberkabel fra en netværkskontakt.

Ethernet-netværk kan være en del af lokalnetværk (LAN) eller brednetværk (van). Selv om der ikke er nogen specifikke definitioner, ville et SCADA-system for et procesanlæg generelt blive omtalt som et LAN, og et regionalt netværk, der forbinder flere lokaliteter, ville blive betragtet som et Van.

mens Ethernet bliver mere udbredt, er det usandsynligt, at det helt erstatter andre netværksprotokoller i vandindustrien. En af ulemperne ved Ethernet er, at det ikke er et multi-drop-system, så hver separat enhed har brug for sit eget individuelle kabel tilbage til den lokale kommunikationskontaktenhed. Selvom dette muligvis ikke er et problem i en fabrik eller en lille bygning, kan det være et stort problem med store banker af filtre eller tanke. Den maksimale kabellængde fra Ethernet-kontakten er også mere begrænset end andre teknikker (normalt 100 m). Ethernet – kommunikationshastigheder er typisk 10-100 Mbps (Megabits per sekund), og nogle netværk fungerer i øjeblikket ved 1000 Mbps.

et busnetværk er et arrangement i et LAN, hvor et enkelt kobberkabel med flere ledere forbinder flere enheder. Kablet er den’ bus’, som’ noder ‘ er tilsluttet. Hver knude svarer generelt til et bestemt udstyr. Busnetværk er enkle og pålidelige og rimelige fejlsikre. Hvis en knudeenhed fejler, fortsætter bussen med at fungere med de resterende funktionelle enheder. Kun hvis selve buskablet er brudt, ville der være alvorlige kommunikationsproblemer i netværket. Busnetværk giver et simpelt middel til udvidelse, fordi de generelt tillader, at noder tilføjes ret let.

begrænsningerne af busnetværk er primært de fysiske egenskaber ved selve buskablet. Efterhånden som kabellængden øges, påvirker tabene pålideligheden af de data, der transmitteres. Derfor har busnetværkets topologi brug for godt design. Andre netværkstopologier som’ ring ‘eller’ stjerne ‘ kan undertiden give bedre fleksibilitet og kan være billigere.

hvor der kræves et punkt til punkt-link, kan en fiberoptisk forbindelse bruges til at forlænge den opnåelige afstand og give lynbeskyttelse, men dette er uegnet til flere forbindelser uden yderligere koblingsanordninger.

Profibus er en busteknologi, som branchen generelt har vedtaget. Profibus er et højhastigheds digitalt kommunikationssystem, der bruger et enkelt kabel (bus) til at forbinde enheder. Mange producenter af elektrisk, elektromekanisk og instrumenteringsudstyr leverer nu Profibus-kompatible produkter. Det er almindeligt at forbinde et antal relaterede planteartikler med et Profibus-netværk, mens det derefter forbinder dette planteområde med andre planteområder med et andet netværk såsom Ethernet. Som med Ethernet-netværk er det vigtigt for designet af et Profibus-netværk at overholde Profibus-specifikationerne.

der er tre typer Profibus, nemlig distribueret protokol (DP), procesautomatisering (PA) og ProfiNET. Der er to dele til Profibus-specifikationen; det anvendte sprog, som er almindeligt på tværs af de tre typer Profibus (kaldet applikationslagskommunikation) og de fysiske medier, der er forskellige i hvert tilfælde. ProfiNET er ikke en unik busteknologi, da den kører over Ethernet, men det tillader Profibus-kommunikation på tværs af Ethernet-netværk.

inden for Storbritannien foreslår 3.02 (2014) en Profibus DP-hastighed på 1,5 Mbit/s (hvilket begrænser segmentkabellængden til 200 m), men de fleste værker kan fungere med succes med netværkshastigheder på 500 Kbit/s (500 m kabellængde) eller endda 187,5 Kbit/s (1000 m kabellængde). De lavere hastighedsnetværk er bedre i stand til at modstå støj og interferens, men data tager lidt længere tid (sandsynligvis en ekstra 0,5 sekunder) at rejse over netværket. Dette ses ikke som et problem på en vandbehandling værker, hvor instrument prøve gange kan være mange ordrer større end dette.

mens netværkskabelingen er relativt enkel (snoet par i begge tilfælde), er det værd at investere i et diagnostisk testsæt, der kontrollerer netværkets sundhed i realtid. Forskellige versioner er tilgængelige: Profitrace2 fra Procentec og Fieldbus Diagnostic Module fra Pepperl & Fuchs er to enheder.

det er vigtigt at opdatere SCADA-skærme hurtigt fra dataene på den lokale PC, ellers vil operatørerne ikke bruge systemet, hvis skærmen ikke opdateres hurtigt, når de skifter fra en skærm til en anden. At have feltdataene tager imidlertid 1-2 sekunder at rejse fra feltinstrumentet til PC ‘ en er ikke et problem (en Profibus DP-netværkshastighed på kun 93,75 Kbit/s vil let opnå dette). Denne ‘forsinkelse’ påvirker ikke de fleste vandbehandlingsprocesser og kan reducere installationsomkostningerne og gøre netværket mere modstandsdygtigt over for støj og interferens.

trådløse datakommunikationsnetværk er blevet meget populære til forretnings-og husholdningsbrug og til nogle procesovervågningsapplikationer, men der er stadig mange sikkerheds-og sikkerhedsmæssige bekymringer med dets anvendelse til kontrol af anlægget. Af disse grunde bør trådløse netværk kun bruges til kontrol af anlægget efter nøje overvejelse, og hvor direkte tilsluttede systemer er upraktiske eller umulige at installere.

trådløse teknologier såsom radio med lav effekt og mikrobølgeovn er blevet brugt til kontrol af noget udstyr, men bør altid bruges med forsigtighed, da risici forbundet med Plantebeskyttelse og personalesikkerhed altid skal overvejes. Typisk anvendes disse teknologier over relativt små områder og primært til transmission af statusovervågningssignaler.

Fjernkonfiguration. De seneste implementeringer af Profibus og Ethernet giver ingeniøren mulighed for at konfigurere alle enheder på netværket fra en central placering. De to hovedpakker bruger enten FDT/DTM (Field Device Type / Device Type Manager) eller EDDL (udvidet Device Description Language) til at kommunikere med instrumenterne.