3.3.Основные виды топологий сети industrial ethernet
В промышленной сети INDUSTRIAL ETHERNET используется несколько видов топологий сети: «звезда», «кольцо» и «общая шина».
В топологии «звезда (star)» устройства подключается отдельным кабелем к объединяющему устройству – коммутатору. При необходимости можно объединять вместе несколько сетей с топологией «звезда», при этом получаются разветвленные конфигурации сети. С точки зрения надежности эта топология не является наилучшим решением, так как выход из строя центрального узла приведет к остановке всей сети. Однако при использовании топологии «звезда» легче найти неисправность в кабельной системе.
В топологии «общая шина (bus)» предполагает использование одного физического канала, например, оптического кабеля (Fibre bus), к которому подключаются все устройства сети. В данном случае канал используется совместно всеми рабочими станциями по очереди. Надежность здесь выше, так как выход из строя отдельных устройств не нарушит работоспособность сети в целом, но поиск неисправностей в кабельной системе затруднен. Кроме того, так как используется только один кабель, в случае обрыва нарушается работа всей сети.
В топологии «кольцо (ring)» данные передаются от одного устройства к другому как бы по эстафете. Если устройство получает данные, предназначенные для другого устройства, он передает их дальше по кольцу. Если данные предназначены для получившего их устройства, они дальше не передаются.
На рис.3.1-3.4 приведены примеры распределенных АСУТП, реализованные на основе сети INDUSTRIAL ETHERNET разных топологий.
На рис.3.1 приведен пример распределенной АСУТП большого масштаба (large). В данной системе имеется несколько коммутаторов, на их базе образованы различные сегменты сети, имеющие топологию «шина», «звезда», «кольцо». Коммутаторы (swith) связываются между собой высоко скоростными волоконно-оптическими линиями.
Рис.3.1. Пример распределенной АСУТП большого масштаба
Управление тремя цехами предприятия осуществляется с двух пунктов управления Control room 1 и Control room 2. В каждом из пунктов управления имеется центральный коммутатор, который связывает контроллер, рабочие места операторов (HMI) и сервер базы данных (Database Server). Датчики и исполнительные устройства первого цеха подключаются к контроллеру с помощью ПКС, выполненной по топологии «звезда». Датчики и исполнительные устройства второго цеха подключаются к контроллеру с помощью ПКС, выполненной по топологии «шина», а третьего цеха — с помощью ПКС, выполненной по топологии «кольцо».
На рис.3.2 приведен пример распределенной АСУТП малого масштаба (small). В данной системе имеется один пункт управления, из которого производится управления одним цехом. С помощью коммутатора в пункте управления организуется ПКС с топологией вида «звезда». Эта ПКС связывает сервер базы данных (Database Server) и рабочие места операторов (HMI), расположенные в пункте управления, с контроллером, локально управляющим цеховыми исполнительными устройствами (Drive) и датчиками (Flow Meter) по шине FIELDBUS. Из пункта управления операторы могут также напрямую взаимодействовать с цеховыми устройствами ввода/вывода технологических сигналов (Remote I/O).
Рис.3.2. Пример распределенной АСУТП малого масштаба
На рис.3.3 и рис.3.4 приведены примеры топологий высоконадежных распределенных АСУТП с резервированием (redundancy).
Рис.3.3. Пример распределенной АСУТП c резервированием
Рис.3.4. Пример распределенной АСУТП c двойным резервированием
В ПКС с резервированием применяется кольцевая топология ETHERNET. В случае нештатной ситуации при обрыве кольца ETHERNET система управления не перестанет работать, так как в ней начинает работать другой сегмент кольца ETHERNET.
Для увеличения надежности ПКС применяют двойное резервирование (double redundancy), при котором применяется топология двойного кольца, приведенная на рис.3.4.
Топология сетей Industrial Ethernet 10/100 Мб/с
Промышленные сети Industrial Ethernet обладают улучшенными техническими характеристиками по сравнению с обычными офисными сетями Ethernet они более надежны в эксплуатации и просты в обслуживании.
Industrial Ethernet на базе триаксиальных и коаксиальных кабелей, а так же промышленных витых пар
В электрических сетях с классической магистральной структурой в качестве каналов связи используются триаксиальные кабели (типа 727-0), а так же стандартные промышленные витые пары и соединительные коаксиальные кабели, типа 727-1.
Сеть может включать в своем составе несколько сегментов, протяженность каждого сегмента может достигать 500 метров, к одному сегменту можно подключать до 100 трансиверов. Если длинны одного сегмента не хватает, то через повторители можно подключать дополнительные сегменты.
PLC – промышленный программируемый контроллер
PG – промышленный программатор
OTDE – оптический трансивер
ELM – электрический модуль связи
Терминаторы (закрашенный прямоугольники)
Повторители R обеспечивают соединение двух сегментов, для увеличения протяженности сети, обеспечивая при этом гальваническую развязку сегментов. Установка каждого повторителя увеличивает протяженность сети на 500 метров. Трансиверы служат для подключения сетевого узла к магистральному кабелю типа 727-0.
Триаксиальный кабель 727-0, подключается к трансиверу с помощью винтового соединения, а сетевой узел с помощью 15-ти контактного соединителя D типа.
Трансивер обеспечивает прием и передачу сигнала в сеть, автоматическе обнаружение коллизий, блокировку неисправного коммуникационного процессора, гальваническую развязку узла от сети.
ELM электрический модуль связи выполняет функции повторителя и обеспечивает подключение терминалов к существующим триаксиальным сетям и сетям на основе витых пар. С его помощью можно подключить до трех терминалов, типа персональных компьютеров, контроллеров, программаторов и тому подобного оборудования. Модуль имеет три девяти контактных гнезда, соединителя D типа для подключения витых пар и интерфейс для подключения кабеля типа 727-1 или электрического (оптического) трансивера.
Оптический трансивер OTDE служит для сопряжения оптической линии связи с электрической линией связи и по сути является обычным переходником.
Для подключения терминалов к промышленным сетям совместно с повторителями можно применять электрические модули связи ELM с поддержкой интерфейса промышленных витых пар.
Использование витых пар в настоящее время наиболее распространено в промышленных сетях, так как они обеспечивают хорошее противодействие помехам, что в условиях промышленного производства является очень важным.
Оптические сети Industrial Ethernet
Оптические сети Industrial Ethernet могут иметь магистральную, кольцевую или звездообразную топологию. Для построения таких сетей используются оптические модули связи OLM и разветвители ASGM. Длинна оптоволоконной линии может достигать 4.5 км. Удаленные терминалы могут подключаться через оптические трансиверы OTDE.
Активный звездообразные разветвлитель ASGE позволяет производить объединение сегментов с различными типами каналов связи Industrial Ethernet, например каналов выполненных кабелем 727-0, витой парой, оптоволоконным кабелем или соединительным кабелем 727-1. Для этого в разветвлитель устанавливаются интерфейсные платы в общей сложности до 10 штук. Это либо оптические интерфейсные платы, интерфейсные платы витых пар, коаксиальные интерфейсные платы и тому подобное.