19.40 comunicații
rețele în general. Rețelele de comunicații au fost utilizate pentru a transmite instrucțiuni și date pentru monitorizarea și controlul proceselor de mai mulți ani. Rețelele de control al proceselor au folosit diverse tehnologii și topologii, la fel ca și rețelele de afaceri și de calculatoare în situații mai puțin critice. Rețelele de control al proceselor necesită robustețe, determinare și compatibilitate.
robustețea este o măsură a fiabilității rețelei pentru a-și îndeplini funcția pe toată durata de viață a instalației. Proiectantul unei rețele trebuie să evalueze necesitatea redundanței componentelor rețelei și a cablării, precum și a instalațiilor de testare a erorilor și de corectare a erorilor, pentru a oferi o rețea care să răspundă nevoilor sistemului pe care îl servește. Determinarea este o garanție specifică că mesajele intră în rețea și ajung la destinație în perioadele cunoscute. Rețelele nedeterministe nu pot garanta livrarea mesajelor într-un anumit moment, dar tehnologiile recente au permis unor rețele nedeterministe (cum ar fi Ethernet) să funcționeze satisfăcător în industria controlului proceselor. Compatibilitatea descrie capacitatea rețelei de a comunica între echipamente de la diverși producători sau furnizori fără conflicte de protocol.
avantajul evident al utilizării unei rețele, mai degrabă decât cablarea tradițională, este că toate datele sunt transmise de-a lungul unui singur cablu, reducând astfel semnificativ numărul de cabluri care trebuie instalate.
Ethernet. Performanța CSMA / CD (carrier sense multiple access / collision detection) a evoluat la un standard foarte ridicat de la introducerea sa în 1973. Deși este nedeterminist, CSMA / CD permite fiecărui dispozitiv dintr-o rețea să verifice dacă orice alt dispozitiv transmite înainte de a încerca să transmită și, dacă mai multe dispozitive transmit simultan, detectarea coliziunii aruncă mesajele corupte (pachete) și instruiește dispozitivele să-și retrimită mesajele după timpi de așteptare aleatori. Rețeaua este nedeterministă, deoarece nu există nici o garanție că un mesaj va ajunge la destinație este un anumit moment. Cu toate acestea, rețelele Ethernet industrializate au devenit atât de fiabile încât sunt standardul din industrie pentru conectarea sistemelor de control al proceselor la nivel de site. Specificația de proiectare Ethernet trebuie respectată în ceea ce privește conectivitatea și lungimile cablurilor, de exemplu folosind maximum 100 m de cablu de cupru de la un comutator de rețea.
rețelele Ethernet pot face parte din rețele locale (LAN) sau rețele de arie largă (WAN). Deși nu există definiții specifice, un sistem SCADA la nivel de site pentru o instalație de proces ar fi, în general, denumit LAN și o rețea regională care leagă mai multe site-uri ar fi considerată a fi un WAN.
în timp ce Ethernet devine din ce în ce mai răspândit, este puțin probabil să înlocuiască în totalitate alte protocoale de rețea din industria apei. Unul dintre dezavantajele Ethernet este că nu este un sistem multi-drop, astfel încât fiecare dispozitiv separat are nevoie de propriul cablu individual înapoi la dispozitivul de comutare a comunicațiilor locale. În timp ce acest lucru nu poate fi o problemă într-o fabrică sau clădire mică poate fi o problemă majoră cu bănci mari de filtre sau rezervoare. Lungimea maximă a cablului de la comutatorul Ethernet este, de asemenea, mai limitată decât alte tehnici (de obicei 100 m). Vitezele de comunicare Ethernet sunt de obicei de 10-100 Mbps (megabiți pe secundă), iar unele rețele funcționează în prezent la 1000 Mbps.
o rețea de autobuz este un aranjament într-o rețea LAN în care un singur cablu de cupru multi-conductor leagă mai multe dispozitive. Cablul este magistrala la care sunt conectate nodurile. Fiecare nod corespunde, în general, unui anumit element de echipament. Rețelele de autobuze sunt simple și fiabile și rezonabile. Dacă un dispozitiv nod eșuează, magistrala continuă să funcționeze cu dispozitivele funcționale rămase. Numai dacă cablul de autobuz în sine este rupt, ar exista probleme grave de comunicare în rețea. Rețelele de autobuze oferă un mijloc simplu de extindere, deoarece, în general, permit adăugarea de noduri destul de ușor.
limitările rețelelor de autobuz sunt în primul rând proprietățile fizice ale cablului de autobuz în sine. Pe măsură ce lungimea cablului crește, pierderile afectează fiabilitatea datelor transmise. Prin urmare, topologia rețelei de autobuze are nevoie de un design bun. Alte topologii de rețea, cum ar fi’ ring ‘sau’ star’, pot oferi uneori o flexibilitate mai bună și pot fi mai ieftine.
în cazul în care este necesară o legătură punct la punct, o legătură cu fibră optică poate fi utilizată pentru a extinde distanța realizabilă și pentru a oferi protecție împotriva trăsnetului, dar aceasta nu este adecvată pentru conexiuni multiple fără dispozitive de comutare suplimentare.
Profibus este o tehnologie de autobuz pe care industria a adoptat-o în general. Profibus este un sistem de comunicații digitale de mare viteză care utilizează un singur cablu (autobuz) pentru a lega dispozitivele. Mulți producători de echipamente electrice, electromecanice și de instrumente oferă acum produse compatibile Profibus. Este comun pentru a lega un număr de elemente legate de plante de o rețea Profibus în timp ce apoi leagă această zonă de plante la alte zone de plante de o rețea diferită, cum ar fi Ethernet. Ca și în cazul rețelelor Ethernet, este important ca proiectarea unei rețele Profibus să respecte specificațiile Profibus.
există trei tipuri de Profibus și anume Protocolul distribuit (DP), automatizarea proceselor (PA) și ProfiNET. Există două părți ale specificației Profibus; limba utilizată care este comună în cele trei tipuri de Profibus (numită comunicații de strat de aplicație) și suportul fizic care este diferit în fiecare caz. ProfiNET nu este o tehnologie unică de autobuz, deoarece rulează prin Ethernet, dar permite comunicații Profibus în rețelele Ethernet.
alegerea tipului de rețea Profibus depinde de o revizuire a tuturor cerințelor funcționale pentru rețea. Profibus DP și Profibus PA sunt comparate în tabelul 19.5. Ambele comunică prin cabluri cu două fire răsucite, dar există diferențe semnificative.
tabelul 19.5. Comparație între Profibus DP și Profibus PA
| Profibus DP | Profibus PA | |
|---|---|---|
| semnal de comunicare | tensiune pe bază, folosind RS-485 standard | curent bucla tehnologie |
| Cabluri | cupru sau fibră optică | cupru |
| soluții cu siguranță intrinsecă | nu este disponibil | oferit |
| lungimea maximă a rețelei | 100-1200 m în funcție de viteza rețelei | 1900 m |
| Configurare rețea | punct la punct, cu excepția cazului în repetoare sunt incluse | stea |
| mijloace de segregare a segmentelor | utilizarea repetoarelor | utilizarea mai multor rețele PA Profibus |
în Marea Britanie WIMES 3.02 (2014) sugerează o viteză Profibus DP de 1,5 Mbit/s (care limitează lungimea cablului segmentului la 200 m), dar majoritatea lucrărilor pot funcționa cu succes cu viteze de rețea de 500 Kbit/s (500 m Lungime cablu) sau chiar 187,5 Kbit/s (1000 m Lungime cablu). Rețelele cu viteză mai mică sunt mai capabile să reziste la zgomot și interferențe, dar datele durează puțin mai mult (probabil încă 0,5 secunde) pentru a călători în rețea. Acest lucru nu este văzut ca o problemă pe un lucrări de tratare a apei în cazul în care ori de probă instrument poate fi mai multe comenzi mai mari decât aceasta.
în timp ce cablarea rețelei este relativ simplă (pereche răsucită în ambele cazuri), merită să investiți într-un set de teste de diagnosticare care va verifica starea rețelei în timp real. Sunt disponibile diferite versiuni: Profitrace2 de la Procentec și modulul de diagnosticare Fieldbus de la Pepperl & Fuchs sunt două unități.
este important să reîmprospătați rapid ecranele SCADA din datele deținute pe computerul local, altfel operatorii nu vor reuși să utilizeze sistemul dacă ecranul nu se reîmprospătează rapid la trecerea de la un ecran la altul. Cu toate acestea, a avea datele de câmp durează 1-2 secunde pentru a călători de la instrumentul de câmp la computer nu este o problemă (o viteză de rețea Profibus DP de numai 93,75 kbit/s va realiza cu ușurință acest lucru). Această întârziere nu va afecta majoritatea proceselor de tratare a apei și poate reduce costurile de instalare și poate face rețeaua mai rezistentă la zgomot și interferențe.
rețelele de comunicații de date fără fir au devenit foarte populare pentru afaceri și uz casnic și pentru unele aplicații de monitorizare a proceselor, dar rămân multe probleme de siguranță și securitate cu utilizarea sa pentru controlul instalației. Din aceste motive, rețelele fără fir ar trebui utilizate pentru controlul instalației numai după o analiză atentă și în cazul în care sistemele conectate direct sunt impracticabile sau imposibil de instalat.
tehnologiile fără fir, cum ar fi radioul de mică putere și cuptorul cu microunde, au fost utilizate pentru controlul unor echipamente, dar trebuie utilizate întotdeauna cu precauție, deoarece trebuie luate în considerare întotdeauna riscurile asociate Protecției Plantelor și siguranței personalului. De obicei, aceste tehnologii sunt utilizate pe zone relativ mici și în primul rând pentru transmiterea semnalelor de monitorizare a stării.
Configurare La Distanță. Cele mai recente implementări ale Profibus și Ethernet permit inginerului să configureze toate dispozitivele din rețea dintr-o locație centrală. Cele două pachete principale utilizează fie FDT/DTM (Field Device Type/Device Type Manager), fie EDDL (Extended Device Description Language) pentru a comunica cu instrumentele.
