19.40 Communications
netwerken in het algemeen. Communicatienetwerken worden al vele jaren gebruikt voor het verzenden van instructies en gegevens voor procesbewaking en-controle. Procesbesturingsnetwerken hebben verschillende technologieën en topologieën gebruikt, evenals bedrijfs-en computernetwerken in minder kritieke situaties. Procesbesturingsnetwerken vereisen robuustheid, vastberadenheid en compatibiliteit.
robuustheid is een maat voor de betrouwbaarheid van het netwerk om zijn functie gedurende de gehele levensduur van de installatie uit te voeren. De ontwerper van een netwerk moet de noodzaak evalueren van redundantie van netwerkcomponenten en bekabeling, alsmede van faciliteiten voor het testen van fouten en het corrigeren van fouten, om te zorgen voor een netwerk dat voldoet aan de behoeften van het systeem dat het bedient. Determinacy is een specifieke garantie dat berichten het netwerk binnenkomen en hun bestemming binnen bekende tijden bereiken. Niet-deterministische netwerken kunnen de bezorging van berichten in een bepaalde tijd niet garanderen, maar dankzij recente technologieën kunnen sommige niet-deterministische netwerken (zoals Ethernet) naar behoren functioneren in de procesbesturingsindustrie. Compatibiliteit beschrijft het vermogen van het netwerk om te communiceren tussen apparatuur van verschillende fabrikanten of leveranciers zonder protocolconflicten.
het voor de hand liggende voordeel van het gebruik van een netwerk in plaats van traditionele bekabeling is dat alle gegevens langs een enkele kabel worden doorgegeven, waardoor het aantal te installeren kabels aanzienlijk wordt verminderd.
Ethernet. CSMA/CD (carrier sense multiple access / collision detection) prestaties zijn geëvolueerd naar een zeer hoge standaard sinds de introductie in 1973. Hoewel het niet-deterministisch is, staat CSMA/CD elk apparaat op een netwerk toe om te controleren of een ander apparaat wordt verzonden voordat het probeert te verzenden en, als meerdere apparaten tegelijkertijd verzenden, de botsingsdetectie beschadigde berichten (pakketten) verwijdert en instrueert de apparaten om hun berichten opnieuw te verzenden na willekeurige wachttijden. Het netwerk is niet-deterministisch omdat er geen garantie is dat een bericht zijn bestemming bereikt is een specifieke tijd. Industriële Ethernet-netwerken zijn echter zo betrouwbaar geworden dat ze de standaard zijn in de industrie voor het koppelen van locatiebrede procesbesturingssystemen. De Ethernet-ontwerpspecificatie moet worden gevolgd met betrekking tot connectiviteit en kabellengtes, bijvoorbeeld met maximaal 100 m koperen kabel van een netwerkschakelaar.
Ethernet-netwerken kunnen deel uitmaken van local area networks (LAN) of wide area networks (WAN). Hoewel er geen specifieke definities zijn, zou een locatiebrede SCADA-systeem voor een procesinstallatie in het algemeen een LAN worden genoemd en zou een regionaal netwerk dat verschillende locaties met elkaar verbindt als een WAN worden beschouwd.
terwijl Ethernet steeds vaker voorkomt, is het onwaarschijnlijk dat het andere netwerkprotocollen in de waterindustrie volledig zal vervangen. Een van de nadelen van Ethernet is dat het niet een multi-drop systeem, zodat elk afzonderlijk apparaat moet zijn eigen individuele kabel terug naar de lokale communicatie switch apparaat. Hoewel dit geen probleem kan zijn in een fabriek of klein gebouw, kan het een groot probleem zijn met grote banken van filters of tanks. De maximale kabellengte van de Ethernet-switch is ook beperkter dan andere technieken (meestal 100 m). Ethernet-communicatiesnelheden zijn doorgaans 10-100 Mbps (Megabits per seconde) en sommige netwerken werken momenteel op 1000 Mbps.
een busnetwerk is een opstelling in een LAN waar een enkele meeraderige koperen kabel meerdere apparaten verbindt. De kabel is de ‘ bus ‘waarop’ knooppunten ‘ zijn aangesloten. Elk knooppunt komt over het algemeen overeen met een specifiek apparaat. Busnetwerken zijn eenvoudig, betrouwbaar en redelijk fail-safe. Als één knooppuntapparaat uitvalt, blijft de bus werken met de overige functionele apparaten. Alleen als de buskabel zelf kapot is, zijn er ernstige communicatieproblemen in het netwerk. Busnetwerken bieden een eenvoudige manier van uitbreiding omdat ze over het algemeen knooppunten vrij gemakkelijk kunnen worden toegevoegd.
de beperkingen van busnetwerken zijn voornamelijk de fysische eigenschappen van de buskabel zelf. Naarmate de kabellengte toeneemt, beïnvloeden de verliezen de betrouwbaarheid van de gegevens die worden verzonden. Daarom heeft de topologie van het busnetwerk een goed ontwerp nodig. Andere netwerktopologieën zoals’ ring ‘of’ star ‘ kunnen soms zorgen voor meer flexibiliteit en kunnen goedkoper zijn.
wanneer een punt-naar-puntverbinding vereist is, kan een glasvezelverbinding worden gebruikt om de bereikbare afstand te verlengen en bliksembeveiliging te bieden, maar dit is niet geschikt voor meerdere aansluitingen zonder extra schakelinrichtingen.
Profibus is een bustechnologie die de industrie in het algemeen heeft toegepast. Profibus is een high speed digitaal communicatiesysteem dat gebruik maakt van een enkele kabel (bus) om apparaten te koppelen. Veel fabrikanten van elektrische, elektromechanische en instrumentatieapparatuur bieden nu Profibus-compatibele producten aan. Het is gebruikelijk om een aantal gerelateerde plantitems te koppelen via een Profibus-netwerk, terwijl dit plantgebied vervolgens wordt gekoppeld aan andere plantgebieden via een ander netwerk, zoals Ethernet. Net als bij Ethernet-netwerken is het belangrijk dat het ontwerp van een Profibus-netwerk voldoet aan de Profibus-SPECIFICATIES.Er zijn drie soorten Profibus: Distributed Protocol (DP), Process Automation (PA) en ProfiNET. Er zijn twee delen van de Profibus-specificatie; de gebruikte taal die gemeenschappelijk is voor de drie soorten Profibus (de zogenaamde applicatielaagcommunicatie) en de fysieke media die in elk geval verschillend is. ProfiNET is geen unieke bustechnologie omdat het over Ethernet loopt, maar het maakt Profibus-communicatie over Ethernet-netwerken mogelijk.
de keuze van het type Profibus-netwerk is afhankelijk van een herziening van alle functionele vereisten voor het netwerk. Profibus DP en Profibus PA worden vergeleken in Tabel 19.5. Beide communiceren via twisted pair kabels met twee draden, maar er zijn aanzienlijke verschillen.
tabel 19.5. Vergelijking van de Profibus DP en Profibus PA
| Profibus DP | Profibus PA | |
|---|---|---|
| Communicatie signaal | Voltage gebaseerd, met behulp van de RS-485 standaard | Current loop technologie |
| Kabels | Koper of glasvezel | Koper |
| Intrinsiek veilige oplossingen | , Niet beschikbaar | Aangeboden |
| de Maximale lengte van het net | 100-1200 m afhankelijk van de snelheid van de netwerkverbinding | 1900 m |
| Netwerk configuratie | Point-to-Point tenzij repeaters worden opgenomen | Sterren |
| Middel van segment segregatie | Gebruik van repeaters | Gebruik van meerdere Profibus PA netwerken |
Binnen het VK WIMES 3.02 (2014) suggereert een Profibus-DP-snelheid van 1,5 Mbit/s (welke grenzen het segment van de kabellengte 200 m), maar de meeste werken succesvol kan opereren netwerk met snelheden van 500 Kbit/s (500 m kabel lengte) of zelfs 187.5 Kbit/s (1000 m kabel lengte). De netwerken met een lagere snelheid zijn beter bestand tegen ruis en interferentie, maar data duurt iets langer (waarschijnlijk een extra 0,5 seconden) om over het netwerk te reizen. Dit wordt niet gezien als een probleem bij een waterzuiveringsinstallatie waar de bemonsteringstijden van het instrument veel groter kunnen zijn dan dit.
hoewel de netwerkkabeling relatief eenvoudig is (in beide gevallen twisted pair), is het de moeite waard om te investeren in een diagnostische testset die de netwerkstatus in real time controleert. Diverse uitvoeringen zijn beschikbaar: Profitrace2 van Procentec en de veldbus diagnostische Module van Pepperl & Fuchs zijn twee eenheden.
het is belangrijk om SCADA-schermen snel te vernieuwen uit de gegevens die op de lokale PC worden bewaard, anders zullen operators het systeem niet gebruiken als het scherm niet snel wordt vernieuwd bij het wisselen van het ene scherm naar het andere. Het is echter geen probleem dat de veldgegevens 1-2 seconden nodig hebben om van het veldinstrument naar de PC te reizen (een Profibus DP-netwerksnelheid van slechts 93,75 Kbit/s zal dit gemakkelijk bereiken). Deze “vertraging” heeft geen invloed op de meeste waterbehandelingsprocessen en kan de installatiekosten verlagen en het netwerk beter bestand maken tegen lawaai en interferentie.
draadloze datacommunicatienetwerken zijn zeer populair geworden voor zakelijk en huishoudelijk gebruik en voor sommige procesmonitoringtoepassingen, maar er blijven veel veiligheids-en beveiligingsrisico ‘ s bestaan met het gebruik ervan voor de controle van installaties. Om deze redenen mogen draadloze netwerken voor de besturing van de installatie alleen worden gebruikt na zorgvuldige overweging en wanneer rechtstreeks verbonden systemen onpraktisch of onmogelijk te installeren zijn.
draadloze technologieën zoals radio met laag vermogen en magnetron zijn gebruikt voor de controle van sommige apparatuur, maar moeten altijd met voorzichtigheid worden gebruikt, aangezien risico ‘ s in verband met gewasbescherming en veiligheid van het personeel altijd in overweging moeten worden genomen. Meestal worden deze technologieën gebruikt op relatief kleine gebieden en voornamelijk voor het verzenden van statusbewakingssignalen.
Configuratie Op Afstand. Dankzij de nieuwste implementaties van Profibus en Ethernet kan de engineer alle apparaten op het netwerk vanaf een centrale locatie configureren. De twee hoofdpakketten gebruiken FDT/DTM (Field Device Type/Device Type Manager) of EDDL (Extended Device Description Language) om met de instrumenten te communiceren.
