Communication Network

19.40 Communications

Networks generally. Tietoliikenneverkkoja on käytetty ohjeiden ja tietojen välittämiseen prosessien seurantaan ja valvontaan jo vuosia. Prosessinohjausverkoissa on käytetty erilaisia teknologioita ja topologioita, kuten myös liike-ja tietokoneverkoissa vähemmän kriittisissä tilanteissa. Prosessinohjausverkot vaativat lujuutta, päättäväisyyttä ja yhteensopivuutta.

luotettavuus on mitta, jolla mitataan verkon toimintavarmuutta laitoksen koko käyttöiän ajan. Verkon suunnittelijan on arvioitava verkkokomponenttien ja kaapeloinnin redundanssitarve sekä virhetestaus-ja virheenkorjaustilat, jotta verkko vastaa palvelemansa järjestelmän tarpeita. Determinacy on erityinen tae siitä, että viestit tulevat verkkoon ja saapuvat perille tunnettujen aikojen kuluessa. Ei-deterministiset verkot eivät voi taata sanoman toimittamista tietyssä ajassa, mutta viimeaikaiset teknologiat ovat mahdollistaneet sen, että jotkin ei-deterministiset verkot (kuten Ethernet) toimivat tyydyttävästi prosessinsäätöalalla. Yhteensopivuus kuvaa verkon kykyä kommunikoida eri valmistajien tai toimittajien laitteiden välillä ilman protokollaristiriitoja.

verkon käytön ilmeinen etu perinteisen kaapeloinnin sijaan on se, että kaikki tieto kulkee yhtä kaapelia pitkin, mikä vähentää merkittävästi asennettavien kaapeleiden määrää.

Ethernet. CSMA / CD (carrier sense multiple access/collision detection) – suorituskyky on kehittynyt erittäin korkeatasoiseksi sen käyttöönoton jälkeen vuonna 1973. Vaikka CSMA/CD-laite ei ole deterministinen, se sallii jokaisen verkon laitteen tarkistaa, lähettääkö jokin muu laite ennen kuin yrittää lähettää, ja jos useampi laite lähettää samanaikaisesti, törmäyksen havaitseminen hävittää vioittuneet viestit (paketit) ja kehottaa laitteita lähettämään viestinsä uudelleen satunnaisten odotusaikojen jälkeen. Verkko ei ole deterministinen, koska ei ole mitään takeita siitä, että viesti pääsee perille tiettyyn aikaan. Teollistuneista Ethernet-verkoista on kuitenkin tullut niin luotettavia, että ne ovat alan standardi työmaan laajuisten prosessinohjausjärjestelmien yhdistämisessä. Ethernet-suunnittelumääritelmää on noudatettava liitettävyyden ja kaapelipituuksien osalta, esimerkiksi käyttämällä enintään 100 m: n kuparikaapelia verkkokytkimestä.

Ethernet-verkot voivat olla osa lähiverkkoja (LAN) tai WAN-verkkoja (Wan). Vaikka erityisiä määritelmiä ei ole, prosessilaitoksen SCADA-järjestelmää kutsutaan yleensä LÄHIVERKOKSI ja useita sivustoja yhdistävää alueellista verkkoa pidetään WAN-verkostona.

vaikka Ethernet on yleistymässä, on epätodennäköistä, että se kokonaan korvaisi muita verkkotekniikoita vesiteollisuudessa. Yksi Ethernetin haitoista on se, että se ei ole monipudotusjärjestelmä, joten jokainen erillinen laite tarvitsee oman yksilöllisen kaapelinsa takaisin paikalliseen viestikytkinlaitteeseen. Vaikka tämä ei ehkä ole ongelma tehtaassa tai pienessä rakennuksessa, se voi olla suuri ongelma suurten suodattimien tai säiliöiden kanssa. Myös kaapelin enimmäispituus Ethernet-kytkimestä on muita tekniikoita rajoitetumpi (yleensä 100 m). Ethernet-tiedonsiirtonopeudet ovat tyypillisesti 10-100 Mbps (megabittiä sekunnissa) ja jotkin verkot toimivat tällä hetkellä 1000 Mbps: n nopeudella.

väyläverkko on lähiverkkoon kuuluva järjestely, jossa yksi monijohtava kuparikaapeli yhdistää useita laitteita. Kaapeli on ”väylä”, johon ”solmut” on kytketty. Jokainen solmu vastaa yleensä tiettyä varustetta. Väyläverkot ovat yksinkertaisia, luotettavia ja järkevän vikaturvallisia. Jos yksi solmulaite epäonnistuu, väylä jatkaa toimintaansa jäljellä olevilla toimivilla laitteilla. Vain jos itse bussikaapeli katkeaa, verkossa olisi vakavia tietoliikenneongelmia. Väyläverkot tarjoavat yksinkertaisen laajennuskeinon, koska yleensä ne mahdollistavat solmujen lisäämisen melko helposti.

väyläverkkojen rajoitukset liittyvät ensisijaisesti itse väyläkaapelin fysikaalisiin ominaisuuksiin. Kaapelin pituuden kasvaessa häviöt vaikuttavat siirrettävän tiedon luotettavuuteen. Siksi bussiverkoston topologia vaatii hyvää suunnittelua. Muut verkkotopologiat, kuten ”rengas” tai ”tähti”, voivat joskus tarjota parempaa joustavuutta ja voivat olla halvempia.

jos vaaditaan pisteestä pisteeseen-yhteys, valokuituyhteyttä voidaan käyttää ulottamaan saavutettavissa oleva etäisyys ja antamaan salamasuoja, mutta tämä ei sovellu useisiin liitäntöihin ilman ylimääräisiä kytkentälaitteita.

Profibus on yksi väylätekniikka, jonka teollisuus on yleisesti omaksunut. Profibus on nopea digitaalinen viestintäjärjestelmä, joka käyttää yhtä kaapelia (väylää) laitteiden yhdistämiseen. Monet sähkö -, sähkömekaanisten ja instrumentointilaitteiden valmistajat tarjoavat nyt Profibus-yhteensopivia tuotteita. On tavallista yhdistää useita toisiinsa liittyviä kasvituotteita Profibus-verkolla ja sitten yhdistää tämä kasvialue muihin kasvialueisiin eri verkolla, kuten Ethernet. Ethernet-verkkojen tavoin on tärkeää, että Profibus-verkon suunnittelussa noudatetaan Profibus-spesifikaatioita.

Profibuksia on kolmenlaisia: Distributed Protocol (dp), Process Automation (PA) ja ProfiNET. Profibus-spesifikaatiossa on kaksi osaa; käytetty kieli, joka on yleinen kolmessa PROFIBUS-tyypissä (jota kutsutaan sovelluskerroksen viestinnäksi), ja fyysinen media, joka on erilainen kussakin tapauksessa. ProfiNET ei ole ainutlaatuinen väylätekniikka, koska se kulkee Ethernet-verkon yli, mutta se mahdollistaa Profibus-tietoliikenteen Ethernet-verkoissa.

Yhdistyneessä kuningaskunnassa Wimes 3.02 (2014) ehdottaa Profibus DP-nopeutta 1.5 Mbit/s (joka rajoittaa segmentin kaapelin pituuden 200 m: iin), mutta useimmat teokset voivat toimia menestyksekkäästi verkon nopeuksilla 500 Kbit/s (500 m kaapelin pituus) tai jopa 187.5 Kbit/s (1000 m kaapelin pituus). Alemman nopeuden verkot kestävät paremmin melua ja häiriöitä, mutta datan matka verkon läpi kestää hieman kauemmin (luultavasti 0,5 sekuntia). Tätä ei pidetä ongelmana vedenkäsittely toimii, jossa väline näyte kertaa voi olla monia tilauksia suurempi kuin tämä.

vaikka verkkokaapelointi on suhteellisen yksinkertaista (molemmissa tapauksissa kierretty pari), kannattaa investoida diagnostiseen testisarjaan, joka tarkistaa verkon kunnon reaaliajassa. Eri versioita on saatavilla: Profitrace2 procenteciltä ja kenttäväylän Diagnostiikkamoduuli Pepperl & Fuchsilta ovat kaksi yksikköä.

on tärkeää päivittää SCADA-näytöt nopeasti paikallisessa tietokoneessa olevista tiedoista, muuten operaattorit eivät käytä järjestelmää, jos näyttö ei virkisty nopeasti vaihdettaessa näytöstä toiseen. Kuitenkin, ottaa kenttätiedot kestää 1-2 sekuntia matkustaa kentän väline PC ei ole ongelma (Profibus DP verkon nopeus vain 93.75 Kbit/s helposti saavuttaa tämän). Tämä ”viive” ei vaikuta useimpiin vedenkäsittelyprosesseihin, ja se voi vähentää asennuskustannuksia ja tehdä verkosta kestävämmän melulle ja häiriöille.

langattomista tietoliikenneverkoista on tullut erittäin suosittuja liike-ja kotikäytössä sekä joissakin prosessinvalvontasovelluksissa, mutta sen käyttö laitosvalvonnassa aiheuttaa edelleen monia turvallisuusongelmia. Näistä syistä langattomia verkkoja tulisi käyttää laitoksen ohjaamiseen vasta huolellisen harkinnan jälkeen ja silloin, kun suoraan liitetyt järjestelmät ovat epäkäytännöllisiä tai mahdottomia asentaa.

langattomia teknologioita, kuten pienitehoista radiota ja mikroaaltoja, on käytetty joidenkin laitteiden ohjaukseen, mutta niitä on aina käytettävä varoen, sillä kasvinsuojeluun ja henkilöstön turvallisuuteen liittyvät riskit on aina otettava huomioon. Tyypillisesti näitä tekniikoita käytetään suhteellisen pienillä alueilla ja ensisijaisesti tilanvalvontasignaalien lähettämiseen.

Etäkokoonpano. Viimeisimpien PROFIBUS-ja Ethernet-toteutusten avulla insinööri voi määrittää kaikki verkon laitteet keskitetystä sijainnista. Kaksi pääkokonaisuutta käyttävät joko FDT/DTM: ää (Field Device Type / Device Type Manager) tai EDDL: ää (Extended Device Description Language) kommunikoidakseen laitteiden kanssa.