Prodcs - DCS magistrală de câmp

Fieldbus DCS.

rețele de date industriale - este un element de bază pentru construirea de sisteme de automatizare moderne. Apariția unor protocoale de comunicație industriale a marcat începutul punerii în aplicare a sistemelor teritoriale de control distribuit, care poate cuprinde mai multe plante de proces, se combină întregul magazin, și, uneori, plante. Astăzi, domeniul comunicațiilor industriale dezvoltate de furtunos: există mai mult de 30 de standarde de rețea de comunicații, special adaptate pentru uz industrial, în fiecare an, există tehnologii noi și inovatoare de transmisie. Acest lucru nu este surprinzător, pentru că este din ce în ce rețelele de comunicații determină calitatea, fiabilitatea și funcționalitatea sistemului de control al procesului în ansamblu.

rețea de transmisie de date aparținând ACS pot fi împărțite în două clase:

1. autobuz Field (Câmp autobuze);
2. Rețeaua superioară strat (nivel suport, Terminal autobuze).

În acest articol ne vom concentra pe autobuze pe teren. În același timp, ne vom concentra asupra modului de a asigura fiabilitatea și toleranță la defecte.

Funcția principală este de a oferi o comunicare rețea de bare colectoare de câmp între controlerul de la distanță și periferice (de exemplu, noduri de intrare / ieșire). În plus, la magistrala de câmp poate fi conectat la diverse instrumente (dispozitive de câmp), prevăzute cu interfețe de rețea respective. Astfel de dispozitive sunt adesea denumite inteligente (dispozitive inteligente de câmp), deoarece acestea sprijină protocoale de rețea de nivel înalt.

exemplu Fieldbus este prezentată în Figura 1.

Fig. 1. Fieldbus.

După cum sa menționat deja, există mai multe magistrale de câmp, dintre care cele mai frecvente sunt enumerate mai jos:

1. Profibus DP
2. Profibus PA
3. Fundația Fieldbus
4. Modbus RTU
5. HART
6. DeviceNet

În ciuda nuanțele punerii în aplicare a fiecăreia dintre standardele (rata de date, formatul cadru, mediul fizic), ele au un lucru în comun - algoritmul utilizat de comunicații de rețea bazate pe principiul clasic al master-slave sau modificări minore. Mai multe informații detaliate pot fi găsite aici.

feldbus moderne îndeplinesc specificațiile stricte, prin care devine posibilă funcționarea lor în medii industriale dure. Aceste cerințe includ:

2. Suport pentru distanțe mari. Aceasta este o cerință esențială, deoarece distanța dintre obiectele de management poate ajunge, uneori, de mai mulți kilometri. protocolul utilizat trebuie să se concentreze pe utilizarea în rețele de transport pe distante lungi.

3. Protecția împotriva interferențelor electromagnetice. Liniile lungi în special predispuse la interferențe electromagnetice nocive emise de diversele unități electrice. Liniile de interferență puternice pot denatura recunoașterea datelor transmise. Pentru a proteja împotriva unor astfel de interferențe, utilizați cabluri ecranate speciale precum și fibre, care, datorită naturii luminii a semnalului de informație, în general, insensibil la interferențele electromagnetice. Mai mult decât atât, în rețelele industriale trebuie să utilizeze o metodă specială de codare a datelor digitale, prevenind denaturarea acestora în timpul transmiterii, sau cel puțin pentru a detecta în mod eficient datele distorsionate nod de recepție.

4. proiectarea mecanică robustă de cabluri și conectori. Aici, de asemenea, nu este nimic surprinzător în cazul în care condițiile prezente în care de multe ori trebuie să se stabilească linii de comunicație. Cabluri și conectori trebuie să fie durabile și adaptabile pentru utilizare în cele mai dificile medii (inclusiv medii corozive).

În funcție de tipul de feldbus mediu fizic sunt împărțite în două tipuri:

1. Domeniul de autobuz, construit pe baza de cablu de fibră optică. Avantajele folosirii fibrei optice sunt evidente: posibilitatea construirii liniilor extinse de comunicare (de până la 10 km sau mai mult); lățime de bandă largă; imunitate la interferențele electromagnetice; posibilitate de stabilire în zone periculoase. Dezavantaje: costul relativ ridicat de cablu; complexitatea conexiunii fizice și conexiunile prin cablu. Această lucrare trebuie să fie efectuate de personal calificat.

2. Domeniu de autobuz, construit pe baza de cablu de cupru. De obicei, acesta este un cablu cu două fire de „perechi răsucite“ cu izolație specială și ecranare. Avantaje: preț digerabil; ușurința de stabilire și conexiunile fizice. Defecte: afectate de interferențe electromagnetice; lungime limitată de linii de cablu; mai mici comparativ cu o lățime de bandă de fibre optice.

Deci, să ne ia în considerare metodele de rețele de comunicații toleranță la deranjamente utilizate la nivel de câmp. În proiectarea și punerea în aplicare a acestui aspect devine crucială, deoarece într-o mare măsură determină caracteristicile de fiabilitate a întregului sistem de control.

Figura 2 prezintă arhitectura de bază a bus-ului - un singur (non-redundant). Magistrala conectează C1 controler și patru unitate de intrare / ieșire Io1-IO4. Este evident că această arhitectură este mai puțin tolerant la defecte, ca anvelope sparte, în funcție de locația sa, ceea ce duce la o pierdere de comunicare cu unul, mai multe sau toate nodurile de autobuz. În cazul nostru, ca urmare a unei comunicări deschise se pierde cu cele două noduri.

Fig. 2. Non-redundante autobuz.

Există este important, termenul de „eșec punct unic“ (SPOF, punctul unic de eșec). Prin aceasta înseamnă locul în sistem, un eșec componentă sau o întrerupere de comunicare care duce la proasta funcționare a întregului sistem. In figura 2, punctul unic de eșec este indicat printr-o cruce roșie.

Figura 3 prezintă configurația unui fieldbus redundant conectarea controler redundant cu nodurile I / O. Fiecare unitate I / O este prevăzut cu două module de interfață. Pe lângă tine module I / O, care sunt susținute rar, în această configurație, un singur punct de eșec nu este prezent.

Fig. 3. Un autobuz redundant.

În general, construcția de sisteme de automatizare tolerant la erori încearcă să eșecul unică oricărei componente (link-ul) nu afectează funcționarea întregului sistem. În acest sens, configurația unui autobuz câmp duplicată este soluția cea mai frecventă tehnică.

Figura 4 prezintă configurația unui inel de fibră optică. Nodurile regulatorului și de intrare / ieșire conectat la inelul prin segmente de cupru redundante. Pentru alăturarea de cupru cu segmente de rețea de fibră optică convertoare speciale medii de comunicare utilizate „cupru<->fibre „(OLM, Optical modulul Link). Pentru fiecare dintre protocoalele standard pe care le puteți selecta OLM.

Fig. 4. Inel unic cu fibră optică.

Ca autobuz duplicat, inel de fibră optică este rezistent la aparitia orice rupere în locul său. Sistemul de o pauză nu a observat, și comută la modulele de interfață de comunicare și de rezervă nu se întâmplă. Mai mult decât atât, ruperea unuia dintre cele două segmente de cupru care leagă nodul cu inelul de fibre, nu va duce la pierderea comunicării cu acest nod. Cu toate acestea, a doua inele deschise poate duce la defectarea sistemului. În general, două inele de terminare la puncte diametral opuse duce la o pierdere de comunicare și un nodurile conectate jumătate.

Figura 5 prezintă o configurație a unui inel optic dublu. În cazul în care rezultatul formării inițiale două puncte de inel pauză eșuează, sistemul comută la inelul secundar. Evident, o astfel de arhitectură de rețea este cel mai tolerant la defecte. Figura 5 descrie degradarea procesului de pași de rețea. Observați cât de multe eșecuri sistemul se poate mișca înainte de a se produce eșecul.

Fig. 5. redundant inel de fibră optică.