通信ネットワーク

19.40通信

ネットワーク全般。 通信ネットワークは、プロセスの監視と制御のための命令とデータを長年にわたって送信するために使用されてきました。 プロセス制御ネットワークは、ビジネスやコンピュータネットワークと同様に、さまざまな技術やトポロジーを使用しています。 プロセス制御ネットワークには、堅牢性、確定性、互換性が必要です。

堅牢性は、インストールの寿命を通じてその機能を実行するためのネットワークの信頼性の尺度です。 ネットワークの設計者は、提供するシステムのニーズを満たすネットワークを提供するために、ネットワークコンポーネントとケーブルの冗長性の必要性、エラーテ 確定性とは、メッセージがネットワークに入り、既知の時間内に宛先に到達することを保証する特定のものです。 非決定論的ネットワークは特定の時間内にメッセージ配信を保証することはできませんが、最近の技術により、プロセス制御業界では非決定論的ネットワーク（イーサネットなど）が十分に機能することができました。 互換性とは、プロトコルの競合なしに、さまざまなメーカーまたはサプライヤーからの機器間で通信するネットワークの機能を示します。

従来のケーブルではなくネットワークを使用することの明らかな利点は、すべてのデータが単一のケーブルに沿って渡されるため、設置するケーブルの数

CSMA/CD（carrier sense multiple access/collision detection）の性能は、1973年の導入以来、非常に高い水準に進化してきました。 CSMA/CDは非決定的ですが、ネットワーク上のすべてのデバイスが他のデバイスが送信しているかどうかを確認してから送信を試みることができ、複数のデ メッセージがその宛先に到達するという保証が特定の時間ではないため、ネットワークは非決定的です。 しかし、工業化されたイーサネットネットワークは非常に信頼性が高く、サイト全体のプロセス制御システムをリンクするための業界の標準です。 イーサネットの設計仕様は、ネットワークスイッチから最大100mの銅ケーブルを使用するなど、接続性とケーブル長に関するものでなければなりません。

イーサネットネットワークは、ローカルエリアネットワーク(LAN)またはワイドエリアネットワーク(WAN)の一部を形成できます。 具体的な定義はありませんが、プロセスプラントのサイト全体のSCADAシステムは、一般的にLANと呼ばれ、いくつかのサイトを結ぶ地域ネットワークはWANと

イーサネットが普及しつつある一方で、水道業界の他のネットワークプロトコルを完全に置き換えることはまずありません。 イーサネットの欠点の1つは、マルチドロップシステムではないため、個々のデバイスがローカル通信スイッチデバイスに個別のケーブルを戻す必要があ これは工場や小さな建物では問題ではないかもしれませんが、フィルターやタンクの大規模な銀行では大きな問題になる可能性があります。 イーサネットスイッチからの最大ケーブル長も、他の技術（通常は100m）よりも制限されています。 イーサネット通信速度は通常10-100Mbps（メガビット/秒）であり、一部のネットワークは現在1000Mbpsで動作しています。

バスネットワークは、単一のマルチ導体銅ケーブルが複数のデバイスをリンクするLAN内の配置です。 ケーブルは”ノード”が接続されている”バス”です。 各ノードは、一般的に、機器の特定の項目に対応しています。 バスネットワークはシンプルで信頼性が高く、合理的なフェイルセーフです。 1つのノードデバイスに障害が発生した場合、バスは残りの機能デバイスで動作し続けます。 バスケーブル自体が壊れている場合にのみ、ネットワークに深刻な通信問題があります。 バスネットワークは、一般的にノードをかなり簡単に追加できるため、単純な拡張手段を提供します。

バスネットワークの限界は、主にバスケーブル自体の物理的性質です。 ケーブルの長さが長くなると、損失は送信されるデータの信頼性に影響します。 したがって、バスネットワークのトポロジには優れた設計が必要です。 ‘Ring’や’star’などの他のネットワークトポロジは、柔軟性が向上し、安価になることがあります。

ポイントツーポイントリンクが必要な場合、光ファイバーリンクを使用して達成可能な距離を延長し、雷保護を提供することができますが、これは追加のスイッチングデバイスを使用しない複数の接続には不向きです。

Profibusは、業界が一般的に採用しているバス技術の一つです。 Profibusは装置をつなぐのに単一ケーブル(バス)を利用する高速デジタル通信システムである。 電気、電気機械、計装機器の多くのメーカーは現在、Profibus互換製品を提供しています。 Profibusネットワークによって多くの関連する植物項目をリンクし、イーサネットなどの別のネットワークによってこの植物区域を他の植物区域にリンクするこ イーサネットネットワークと同様に、Profibusネットワークの設計はProfibus仕様に準拠することが重要です。

Profibusには、分散プロトコル(DP)、プロセス自動化(PA)、ProfiNETの三つのタイプがあります。 Profibusの仕様には2つの部分があり、使用される言語は3種類のProfibus(アプリケーション層通信と呼ばれる)で共通であり、物理メディアはそれぞれ異なる。 ProfiNETはイーサネット上で動作するため、独自のバス技術ではありませんが、イーサネットネットワーク間でProfibus通信を可能にします。

英国のWIMES3.02（2014）では、1.5Mbit/s（セグメントケーブル長を200mに制限）のProfibus DP速度が提案されていますが、ほとんどの作品は500Kbit/s（ケーブル長500m）、さらには187.5Kbit/s（ケーブル長1000m）のネットワーク速度で正常に動作することができます。 低速ネットワークはノイズや干渉に耐えることができますが、データはネットワークを通過するのにわずかに時間がかかります（おそらく余分な0.5秒）。 これは器械のサンプル時間がこれより大きい多くの順序である場合もある水処理の仕事の問題として見られない。

ネットワークの配線は比較的単純ですが（どちらの場合もツイストペア）、ネットワークの健全性をリアルタイムでチェックする診断テストセットに投資す さまざまな版は利用できます: Procentecからのprofitrace2およびPepperl&FuchsからのFieldbusの診断モジュールは二つの単位である。

ローカルPCに保持されているデータからSCADA画面をすばやく更新することが重要です。 ただし、フィールドデータをフィールド計測器からPCに移動するのに1〜2秒かかることは問題ではありません（profibus DPネットワーク速度が93.75Kbit/sだけで簡単に この”遅延”はほとんどの水処理プロセスに影響を与えず、設置コストを削減し、ネットワークをノイズや干渉に対してより弾力的にすることができま

無線データ通信ネットワークは、ビジネスや家庭での使用や一部のプロセス監視アプリケーションで非常に普及していますが、プラントの制御に使用することで、多くの安全性とセキュリティ上の懸念が残っています。 これらの理由から、ワイヤレスネットワークは、慎重に検討した後にのみ、直接接続されたシステムが実用的ではないか、または設置が不可能である場

低電力無線やマイクロ波などの無線技術は、一部の機器の制御に使用されてきましたが、植物保護に伴うリスクや人員の安全を常に考慮する必要があるため、常に注意して使用する必要があります。 通常、これらの技術は比較的小さい区域にそして主に状態の監視信号を送信するために使用されます。

Profibusおよびイーサネットの最新の実装により、エンジニアはネットワーク上のすべてのデバイスを中央の場所から設定できます。 2つの主なパッケージは、FDT/DTM(Field Device Type/Device Type Manager)またはEDDL(Extended Device Description Language)のいずれかを使用して計測器と通信します。