sieć komunikacyjna

19.40 Komunikacja

sieci ogólnie. Sieci komunikacyjne są wykorzystywane do przesyłania instrukcji i danych do monitorowania i kontroli procesu od wielu lat. Sieci kontroli procesów wykorzystywały różne technologie i topologie, podobnie jak sieci biznesowe i komputerowe w mniej krytycznych sytuacjach. Sieci kontroli procesów wymagają solidności, determinacji i kompatybilności.

solidność jest miarą niezawodności sieci do wykonywania jej funkcji przez cały okres eksploatacji instalacji. Projektant sieci musi ocenić potrzebę redundancji komponentów sieci i okablowania, a także testów błędów i korekcji błędów, aby zapewnić sieć, która spełnia potrzeby systemu, do którego służy. Determinacja jest specyficzną gwarancją, że wiadomości wchodzą do sieci i docierają do celu w znanych czasach. Sieci niedeterministyczne nie mogą zagwarantować dostarczania wiadomości w określonym czasie, ale najnowsze technologie pozwoliły niektórym sieciom niedeterministycznym (takim jak Ethernet) na zadowalające funkcjonowanie w branży kontroli procesów. Kompatybilność opisuje zdolność sieci do komunikacji między urządzeniami różnych producentów lub dostawców bez konfliktów protokołów.

oczywistą zaletą korzystania z sieci zamiast tradycyjnego okablowania jest to, że wszystkie dane są przekazywane wzdłuż jednego kabla, co znacznie zmniejsza liczbę kabli do zainstalowania.

Ethernet. Wydajność CSMA / CD (carrier sense multiple access / collision detection) ewoluowała do bardzo wysokiego standardu od czasu jego wprowadzenia w 1973 roku. Chociaż nie jest to deterministyczne, CSMA / CD pozwala każdemu urządzeniu w sieci sprawdzić, czy inne urządzenie nadaje przed próbą transmisji, a jeśli wiele urządzeń przesyła jednocześnie, wykrywanie kolizji odrzuca uszkodzone wiadomości (pakiety) i instruuje urządzenia, aby ponownie wysłały wiadomości po losowych czasach oczekiwania. Sieć jest niedeterministyczna, ponieważ nie ma gwarancji, że wiadomość dotrze do miejsca docelowego w określonym czasie. Jednak uprzemysłowione sieci Ethernet stały się tak niezawodne, że są standardem w branży łączenia systemów sterowania procesami w całym obiekcie. Specyfikacja projektu Ethernet musi być przestrzegana w odniesieniu do łączności i długości kabli, na przykład przy użyciu maksymalnie 100 m kabla miedzianego z przełącznika sieciowego.

sieci Ethernet mogą stanowić część sieci lokalnych (LAN) lub sieci rozległych (WAN). Chociaż nie ma konkretnych definicji, system SCADA dla całego zakładu przetwórczego byłby ogólnie określany jako sieć LAN, a sieć regionalna łącząca kilka lokalizacji byłaby uważana za sieć WAN.

chociaż Ethernet jest coraz bardziej rozpowszechniony, jest mało prawdopodobne, aby całkowicie zastąpić inne protokoły sieciowe w przemyśle wodnym. Jedną z wad Ethernetu jest to, że nie jest to system multi-drop, więc każde oddzielne urządzenie potrzebuje własnego indywidualnego kabla z powrotem do lokalnego przełącznika komunikacyjnego. Chociaż może to nie być problem w fabryce lub małym budynku, może to być poważny problem z dużymi bankami filtrów lub zbiorników. Maksymalna długość kabla od przełącznika Ethernetowego jest również bardziej ograniczona niż w przypadku innych technik (Zwykle 100 m). Szybkość komunikacji Ethernet wynosi zazwyczaj 10-100 Mb / s (megabitów na sekundę), a niektóre sieci działają obecnie z prędkością 1000 MB / s.

sieć magistrali to układ w sieci LAN, w którym jeden wielożyłowy kabel miedziany łączy wiele urządzeń. Kabel jest „magistralą”, do której podłączone są „węzły”. Każdy węzeł zasadniczo odpowiada konkretnemu elementowi wyposażenia. Sieci autobusowe są proste i niezawodne oraz rozsądnie bezpieczne. Jeśli jedno urządzenie węzła ulegnie awarii, magistrala nadal będzie współpracować z pozostałymi funkcjonalnymi urządzeniami. Tylko wtedy, gdy kabel magistrali jest uszkodzony, wystąpią poważne problemy z komunikacją w sieci. Sieci magistralne stanowią prosty sposób na rozbudowę, ponieważ zazwyczaj umożliwiają dość łatwe dodawanie węzłów.

ograniczenia sieci magistralnych to przede wszystkim fizyczne właściwości samego kabla magistralnego. Wraz ze wzrostem długości kabla straty wpływają na niezawodność przesyłanych danych. Dlatego topologia sieci autobusowej wymaga dobrego projektu. Inne topologie sieci, takie jak „pierścień” lub „gwiazda”, mogą czasami zapewniać lepszą elastyczność i mogą być tańsze.

tam, gdzie wymagane jest połączenie punkt-punkt, można użyć łącza światłowodowego do wydłużenia osiągalnej odległości i zapewnienia ochrony odgromowej, ale nie nadaje się to do wielu połączeń bez dodatkowych urządzeń przełączających.

Profibus jest jedną z technologii magistrali, którą przemysł ogólnie przyjął. Profibus to szybki system komunikacji cyfrowej, który wykorzystuje pojedynczy kabel (magistralę) do łączenia urządzeń. Wielu producentów sprzętu elektrycznego, elektromechanicznego i oprzyrządowania oferuje obecnie produkty zgodne z Profibus. Często łączy się wiele powiązanych elementów instalacji za pomocą sieci Profibus, a następnie łączy ten obszar instalacji z innymi obszarami instalacji za pomocą innej sieci, takiej jak Ethernet. Podobnie jak w przypadku sieci Ethernet, ważne jest, aby projekt sieci Profibus był zgodny ze specyfikacją Profibus.

istnieją trzy typy Profibus a mianowicie Distributed Protocol (DP), Process Automation (PA) i ProfiNET. Istnieją dwie części specyfikacji Profibus; używany język, który jest wspólny dla trzech typów Profibus (zwany komunikacją warstwy aplikacji) i fizyczny nośnik, który jest inny w każdym przypadku. ProfiNET nie jest unikalną technologią magistrali, ponieważ działa przez Ethernet, ale umożliwia komunikację Profibus w sieciach Ethernet.

w Wielkiej Brytanii WIMES 3.02 (2014) sugeruje prędkość PROFIBUS DP 1,5 Mbit/s (co ogranicza długość kabla segmentu do 200 m), ale większość prac może z powodzeniem działać z prędkością sieci 500 Kbit/s (500 m długości kabla) lub nawet 187,5 Kbit/s (1000 m długości kabla). Sieci o niższej prędkości są lepiej odporne na zakłócenia i zakłócenia, ale przesyłanie danych trwa nieco dłużej (prawdopodobnie o dodatkowe 0,5 sekundy). Nie jest to postrzegane jako problem w pracach uzdatniania wody, gdzie czas próbkowania instrumentu może być o wiele większy niż ten.

chociaż okablowanie sieciowe jest stosunkowo proste (w obu przypadkach skrętka), warto zainwestować w zestaw testów diagnostycznych, który sprawdzi stan sieci w czasie rzeczywistym. Dostępne są różne wersje: Profitrace2 firmy Procentec oraz Moduł Diagnostyczny Fieldbus firmy Pepperl & Fuchs to dwie jednostki.

ważne jest, aby szybko odświeżyć ekrany SCADA z danych przechowywanych na lokalnym komputerze, w przeciwnym razie operatorzy nie będą korzystać z systemu, jeśli ekran nie odświeży się szybko podczas zmiany z jednego ekranu na drugi. Jednak Podróżowanie danych terenowych z instrumentu terenowego do komputera nie stanowi problemu (prędkość sieci PROFIBUS DP wynosząca tylko 93,75 Kbit / s z łatwością to osiągnie). To „opóźnienie” nie wpłynie na większość procesów uzdatniania wody i może obniżyć koszty instalacji oraz zwiększyć odporność sieci na hałas i zakłócenia.

bezprzewodowe Sieci transmisji danych stały się bardzo popularne w zastosowaniach biznesowych i domowych oraz w niektórych aplikacjach do monitorowania procesów, ale nadal istnieje wiele problemów związanych z bezpieczeństwem i ochroną z jego wykorzystaniem do kontroli instalacji. Z tych powodów Sieci bezprzewodowe powinny być wykorzystywane do kontroli instalacji tylko po dokładnym rozważeniu i tam, gdzie bezpośrednio podłączone systemy są niepraktyczne lub niemożliwe do zainstalowania.

technologie bezprzewodowe, takie jak radio małej mocy i kuchenka mikrofalowa, były używane do sterowania niektórymi urządzeniami, ale zawsze należy je stosować ostrożnie, ponieważ należy zawsze brać pod uwagę ryzyko związane z ochroną roślin i bezpieczeństwem personelu. Zazwyczaj technologie te są stosowane na stosunkowo małych obszarach i przede wszystkim do przesyłania sygnałów monitorowania stanu.

Zdalna Konfiguracja. Najnowsze implementacje Profibus i Ethernet pozwalają inżynierowi skonfigurować wszystkie urządzenia w sieci z centralnej lokalizacji. Dwa główne Pakiety używają FDT/DTM (field device Type / Device Type Manager) lub EDDL (Extended Device Description Language) do komunikacji z instrumentami.