kommunikationsnätverk

19.40 kommunikation

nätverk i allmänhet. Kommunikationsnät har använts för att överföra instruktioner och data för processövervakning och kontroll under många år. Processkontrollnätverk har använt olika tekniker och topologier, liksom affärs-och datanätverk i mindre kritiska situationer. Processtyrning nätverk kräver robusthet, bestämdhet och kompatibilitet.

robusthet är ett mått på nätets tillförlitlighet för att utföra sin funktion under hela installationens livstid. Designern av ett nätverk måste utvärdera behovet av redundans av nätverkskomponenter och kablar, samt felprovning och felkorrigeringsanläggningar, för att tillhandahålla ett nätverk som uppfyller behoven hos det system det tjänar. Determinacy är en specifik garanti för att meddelanden kommer in i nätverket och når sin destination inom kända tider. Icke-deterministiska nätverk kan inte garantera meddelandeleverans under en viss tid, men ny teknik har gjort det möjligt för vissa icke-deterministiska nätverk (t.ex. Ethernet) att fungera tillfredsställande i processkontrollindustrin. Kompatibilitet beskriver nätverkets förmåga att kommunicera mellan utrustning från olika tillverkare eller leverantörer utan protokollkonflikter.

den uppenbara fördelen med att använda ett nätverk snarare än traditionell kabeldragning är att all data skickas längs en enda kabel, vilket minskar antalet kablar som ska installeras avsevärt.

Ethernet. CSMA/CD (carrier sense multiple access / collision detection) prestanda har utvecklats till en mycket hög standard sedan introduktionen 1973. Även om det är icke-deterministiskt tillåter CSMA/CD varje enhet i ett nätverk att kontrollera om någon annan enhet sänder innan man försöker sända och, om flera enheter sänder samtidigt, kasserar kollisionsdetekteringen skadade meddelanden (paket) och instruerar enheterna att skicka sina meddelanden igen efter slumpmässiga väntetider. Nätverket är icke-deterministiskt eftersom det inte finns någon garanti för att ett meddelande kommer att nå sin destination är en viss tid. Industrialiserade Ethernet-nätverk har dock blivit så pålitliga att de är standarden i branschen för att länka webbplatsövergripande processtyrsystem. Ethernet – designspecifikationen måste följas när det gäller anslutning och kabellängder, till exempel med högst 100 m kopparkabel från en nätverksomkopplare.

Ethernet-nätverk kan ingå i lokala nätverk (LAN) eller WAN (wide area networks). Även om det inte finns några specifika definitioner, skulle ett SCADA-system för en processanläggning i allmänhet kallas ett LAN och ett regionalt nätverk som länkar flera webbplatser anses vara ett WAN.

medan Ethernet blir allt vanligare är det osannolikt att helt ersätta andra nätverksprotokoll i vattenindustrin. En av nackdelarna med Ethernet är att det inte är ett multi-drop-system så att varje separat enhet behöver sin egen individuella kabel tillbaka till den lokala kommunikationsväxlarenheten. Även om detta kanske inte är ett problem i en fabrik eller liten byggnad kan det vara ett stort problem med stora banker av filter eller tankar. Den maximala kabellängden från Ethernet-omkopplaren är också mer begränsad än andra tekniker (vanligtvis 100 m). Ethernet-kommunikationshastigheter är vanligtvis 10-100 Mbps (megabit per sekund) och vissa nätverk arbetar för närvarande med 1000 Mbps.

ett bussnät är ett arrangemang i ett LAN där en enda kopparkabel med flera ledare länkar flera enheter. Kabeln är den ’ buss ’som’ noder ’ är anslutna till. Varje nod motsvarar i allmänhet en specifik utrustning. Bussnät är enkla och pålitliga och rimliga felsäkra. Om en nod enhet misslyckas bussen fortsätter att fungera med de återstående funktionella enheter. Endast om själva busskabeln är trasig skulle det finnas allvarliga kommunikationsproblem i nätverket. Bussnätverk ger ett enkelt sätt att expandera eftersom de i allmänhet tillåter noder att läggas till ganska enkelt.

begränsningarna för bussnät är främst de fysiska egenskaperna hos själva busskabeln. När kabellängden ökar påverkar förlusterna tillförlitligheten hos de data som överförs. Därför behöver topologin i bussnätet bra design. Andra nätverkstopologier som’ ring ’eller’ star ’ kan ibland ge bättre flexibilitet och kan vara billigare.

där en punkt-till-punkt-länk krävs kan en fiberoptisk länk användas för att förlänga avståndet som kan uppnås och ge blixtskydd, men detta är olämpligt för flera anslutningar utan ytterligare kopplingsanordningar.

Profibus är en bussteknik som branschen i allmänhet har antagit. Profibus är ett höghastighets digitalt kommunikationssystem som använder en enda kabel (buss) för att länka enheter. Många tillverkare av elektrisk, elektromekanisk och instrumenteringsutrustning tillhandahåller nu Profibus-kompatibla produkter. Det är vanligt att länka ett antal relaterade anläggningsobjekt av ett Profibus-nätverk samtidigt som man kopplar detta växtområde till andra växtområden av ett annat nätverk som Ethernet. Som med Ethernet-nätverk är det viktigt för utformningen av ett Profibus-nätverk att följa PROFIBUS-specifikationerna.

det finns tre typer av Profibus, nämligen distribuerat protokoll (DP), processautomation (PA) och ProfiNET. Det finns två delar i PROFIBUS-specifikationen; det språk som används som är vanligt över de tre typerna av Profibus (kallad application layer communications) och det fysiska mediet som är olika i varje fall. ProfiNET är inte en unik bussteknik eftersom den körs över Ethernet men det tillåter Profibus-kommunikation över Ethernet-nätverk.

inom Storbritannien föreslår WIMES 3.02 (2014) en PROFIBUS DP-hastighet på 1,5 Mbit/s (vilket begränsar segmentkabellängden till 200 m) men de flesta verk kan fungera framgångsrikt med nätverkshastigheter på 500 Kbit/s (500 m kabellängd) eller till och med 187,5 Kbit/s (1000 m kabellängd). De lägre hastighetsnäten klarar bättre buller och störningar men data tar lite längre tid (förmodligen ytterligare 0,5 sekunder) för att resa över nätverket. Detta ses inte som ett problem på en vattenreningsverk där instrument provtider kan vara många order större än detta.

även om nätverkskablarna är relativt enkla (tvinnat par i båda fallen) är det värt att investera i en diagnostisk testuppsättning som kommer att kontrollera nätverkshälsan i realtid. Olika versioner finns tillgängliga: Profitrace2 från Procentec och Fältbussdiagnostikmodulen från Pepperl & Fuchs är två enheter.

det är viktigt att uppdatera SCADA-skärmar snabbt från data som finns på den lokala datorn, annars kommer operatörerna inte att använda systemet om skärmen inte uppdateras snabbt när du byter från en skärm till en annan. Att ha fältdata tar dock 1-2 sekunder att resa från fältinstrumentet till datorn är inte ett problem (en Profibus DP-nätverkshastighet på endast 93,75 Kbit/s kommer enkelt att uppnå detta). Denna fördröjning påverkar inte de flesta vattenbehandlingsprocesser och kan minska installationskostnaden och göra nätverket mer motståndskraftigt mot buller och störningar.

trådlösa datakommunikationsnätverk har blivit mycket populära för företag och hushållsbruk och för vissa processövervakningsapplikationer, men det finns fortfarande många säkerhets-och säkerhetsproblem med dess användning för kontroll av anläggningen. Av dessa skäl bör trådlösa nätverk endast användas för kontroll av anläggningen efter noggrant övervägande och där direktanslutna system är opraktiska eller omöjliga att installera.

trådlös teknik som lågeffektradio och mikrovågsugn har använts för kontroll av viss utrustning men bör alltid användas med försiktighet eftersom risker förknippade med växtskydd och personalsäkerhet alltid måste beaktas. Vanligtvis används dessa tekniker över relativt små områden och främst för överföring av statusövervakningssignaler.

Fjärrkonfiguration. De senaste implementeringarna av Profibus och Ethernet gör det möjligt för ingenjören att konfigurera alla enheter i nätverket från en central plats. De två huvudpaketen använder antingen FDT/DTM (Field Device Type / Device Type Manager) eller EDDL (Extended Device Description Language) för att kommunicera med instrumenten.