Курс АСУ ТП непрерывных производств. Конспект лекций — читать онлайн
Это совокупность устройств и систем, которые подключены друг к другу (логически или физически) и общающихся между собой. Сюда можно отнести сервера, компьютеры, телефоны, маршрутизаторы и так далее. Размер этой сети может достигать размера Интернета, а может состоять всего из двух устройств, соединенных между собой кабелем.
Концепт-карта основных понятий сетевой технологии приведена на рис. 4.1.
Рис.4.1.а Концепт карта Основные понятия в формате содержательной картинки
Рис. 4.1.б Концепт карта в виде схемы
Рис. 4.1.в. Детализированная Концепт-карта основных понятий сетевой технологии
4.2. Топология сети
Топология с общей шиной
Одна из первых физических топологий. Суть состоит в том, что к одному длинному кабелю подсоединяли все устройства, организовывая локальную сеть.
Рис. 4.3. Топология с общей шиной
В данной топологии каждое устройство подключается к 2-ум соседним, создавая, таким образом, кольцо: c одного конца компьютер только принимает, а с другого только отправляет.
Рис.4.4. Кольцевая топология
Все устройства подключаются к центральному узлу, который уже является ретранслятором.
Полносвязная топология
Все устройства связаны напрямую друг с другом. То есть с каждого на каждый. Данная модель является, пожалуй, самой отказоустойчивой, так как не зависит от других.
Рис.4.6. Полносвязная топология
Неполносвязная топология
Как правило, вариантов ее несколько. Она похожа по строению на полносвязную топологию. Отличие состоит в устройстве перенаправляющее сигналы.
Рис. 4.7. Неполносвязная топология
Смешанная (древовидная) топология
Самая популярная топология, которая объединила все топологии выше в себя.
На сегодняшний день, данная топология используется во всех средних и крупных компаниях.
Рис. 4.8. Древовидная топология
Концепт-карты по теме Топология сети представлены ниже
Рис. 4.10. Концепт-карта Топология сети
Топология сети. Локальная сеть
Концепт-карта Топология сети. Локальная сеть показана ниже.
Рис.4.11. Концепт-карта Топология сети. Локальная сеть.
4.3. Компоненты локальной сети
4.12. Концепт-карта компоненты локальной сети
Рис. 4.13. Концепт-карта Промышленные сети
4.4. Сетевые архитектуры 4.5. Ethernet
Ethernet – самая популярная сетевая архитектура. Она использует узкополосную передачу со скоростью 10 Мбит/с, топологию «шина», а для регулирования трафика в основном сегменте кабеля CSMA/CD (CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetection – множественный доступ с контролем несущей и обнаружением коллизий) – метод доступа, используемый в топологиях «шина» и «звезда».
Алгоритм работы Ethernet
Рис.4.14. Алгоритм множественного доступа с прослушиванием несущей и разрешением коллизий
Описание работы алгоритма CSMA/CD
Рабочие станции «прослушивают» канал передачи данных, чтобы определить, не осуществляет ли уже другая станция передачу кадра данных. Если ни одна из станций не передает, «слушающая станция» посылает свои данные. Суть «прослушивания» проверить наличие несущей (определенного уровня напряжения или света).
Среда (кабель) Ethernet является пассивной, т.е. получает питание от компьютера. Следовательно, она прекратит работу из-за физического повреждения или неправильного подключения терминатора.
Характеристики сети Ethernet
традиционная топология – линейная шина;
– другие топологии – звезда, шина;
– тип передачи – узкополосная;
– скорость передачи данных – 10 и 100 Мбит/с;
– кабельная система – толстый и тонкий коаксиальный, UTP.
Кадр Ethernet – это последовательность бит, которая начинает и заканчивает каждый пакет Ethernet, передаваемый по сети. Кадр состоит из заголовка и постинформации, которые окружают и инкапсулируют данные, генерируемые протоколами вышележащих уровней модели OSI. Информация в заголовке и постинформации указывает адрес системы, пославшей пакет, и системы, которая должна получить его, а также выполняет несколько других функций, важных для доставки к месту назначения.
Кадр IEEE 802.3 является основным форматом кадра ETHERNET, определенный стандартом IEEE 802.3, I
Стандарты IEEE на 10 Мбит/с
Рис.4.16. Сравнительная характеристика топологий сети Ethernet
Карта памяти по теме Архитектура сетей представлена ниже.
Рис.4.17. Карта памяти Виды архитектур
Рис.4.18. Карта памяти Архитектура сетей
12. Аппаратно-программные средства распределенных сАиУ
Технической основой современных распределенных систем управления являются микропроцессоры и микропроцессорные системы.
Микропроцессорной системой будем называть любую вычислительную, информационно-управляющую или управляющую систему, устройством обработки информации которой является микропроцессор.
Так как распределенная система содержит минимум две функционально-связанные подсистемы, то в техническом плане образуется либо многомашинная, либо многопроцессорная система.
Многомашинная система – это вычислительная система, содержащая более одной машины. Операционная система не является общей, и для каждой машины операционная система своя. Связь между машинами чисто аппаратная.
Многопроцессорная система – это система, состоящая из двух (или более) процессоров, которые имеют доступ к общей центральной памяти; имеют общий доступ по крайней мере к части устройств ввода и вывода; управляются одной общей операционной системой. Использование микропроцессоров приводит к мультимикропроцессорным системам.
Определим локальную вычислительную сеть как многомашинную систему, работающую в единой операционной среде, являющуюся расширением операционных систем ЭВМ – узлов локальной вычислительной сети. Если локальная вычислительная сеть используется для технической реализации систем управления, то такую сеть будем называть локальной управляющей вычислительной сетью.
Топология распределенных АСУ ТП
В распределенных АСУ ТП приняты в основном три топологические структуры взаимодействия подсистем: звездообразная (радиальная) (рис. 9.1); кольцевая (петлевая) (рис. 9.2); шинная (магистральная) (рис. 9.3) или их комбинации. Организация связи с датчиками и исполнительными устройствами носит индивидуальный и преимущественно радиальный характер.
Рис. 9.1 Радиальная структура распределенной АСУ ТП
Особенности радиальной структуры взаимодействия подсистем:
- 1. Существуют отдельные, не связанные между собой линии, объединяющие центральную подсистему ЦП с локальными системами автоматики ЛА i.
- 2. Технически просто реализуются устройства сопряжения УС1 – УСm локальной автоматики. Центральное устройство связи УСЦ представляет собой набор модулей типа УС i по числу линий либо достаточно сложное устройство мультиплексирования каналов передачи информации.
- 3. Обеспечиваются максимальные скорости обмена по отдельным линиям при достаточно высокой производительности вычислительных устройств на уровне центральной подсистемы.
- 4. Надежность подсистемы связи в значительной степени зависит от надежности и живучести технических средств центральной подсистемы. Выход из строя центральной подсистемы практически разрушает подсистему обмена, так как все потоки информации замыкаются через верхний уровень.
Распределенная система с радиальной структурой является двухуровневой системой, где на нижнем уровне в подсистемах реализуются необходимые функции контроля, регулирования, управления, а на втором – в центральной подсистеме координирующая микроЭВМ (или мини-ЭВМ) кроме координации работы микроЭВМ – сателлитов осуществляет оптимизацию задач управления технологическим объектом управления, распределение энергии, управляет технологическим процессом в целом, вычисляет технико-экономические показатели и т.п.
На рис. 9.2, 9.3 изображены кольцевая и шинная топологии взаимодействия уровней.
Рис. 9.2 Магистральная структура распределенной АСУ ТП
Эти структуры имеют ряд достоинств по сравнению с радиальной:
- 1. Работоспособность подсистемы связи, включающей в себя канал и устройства связи, не зависит от исправности технических средств на уровнях автоматизации.
- 2. Имеются возможности подключения дополнительных устройств и контроля всей подсистемы с помощью специальных средств.
- 3. Необходимы значительно меньшие затраты кабельной продукции. За счет обмена информацией между локальными системами автоматики ЛАi через канал связи и устройство сопряжения («каждый с каждым») появляется дополнительная возможность динамического перераспределения функций координации совместной работы подсистем локальной автоматики по нижним уровням в случае выхода из строя центральной подсистемы. Шинная (в меньшей степени кольцевая) структура обеспечивает широковещательный режим обмена между подсистемами, что является важным преимуществом при реализации групповых команд управления. Вместе с тем шинная и кольцевая архитектура предъявляет уже значительно более высокие требования к «интеллекту» устройств сопряжения, а следовательно, повышенные единовременные затраты на реализацию базовой сети.
Рис. 9.3 Кольцевая структура распределенной АСУ ТП
Сравнивая кольцевую и шинную топологии подсистемы связи, необходимо отметить, что организация кольцевой структуры менее дорогостоящая и требует более дешевых средств связи, чем шинная. Однако надежность всей подсистемы с кольцевой системой связи определяется надежностью каждого устройства сопряжения и каждого отрезка линий связи. Для повышения живучести необходимо применение двойных колец или дополнительных линий связи с обходными путями.
В современных АСУ ТП магистрально-модульный принцип построения технического обеспечения нашел преимущественное распространение.