Industrial Ethernet

Industrial Ethernet — это сеть для заводских цехов или других сред с тяжелыми условиями эксплуатации оборудования. С ее помощью легко связывать компьютеры между собой, поскольку Ethernet-инфраструктура наверняка уже существует в офисе предприятия. Однако в отличие от офисных инфраструктур к кабелям и коннекторам Industrial Ethernet предъявляются повышенные требования. Основные различия между промышленными и офисными кабельными системами связаны не с принципами их работы, а с наличием (в промышленных системах) продуктов нового поколения, способных устойчиво функционировать в агрессивных средах, отсутствующих в офисах (от -25°С до +85°С).

Основной идеей сетевой технологии Industrial Ethernet является центральная магистраль, которая может иметь структуру «линия», «кольцо», «звезда» или комбинация из этих элементов. Для прокладки центральной магистрали используется оптоволоконный кабель, триаксиальный кабель или промышленные витые пары. Поддержка технологии Industrial Ethernet позволяет использовать для управления производственными процессами протоколы TCP/IP, SMTP, HTTP.

Сеть Industrial Ethernet используется для обмена данными между программируемыми контроллерами и интеллектуальными партнерами. Используются следующие коммуникационные функции:

1) PG/OP – функция связи. Для обмена данными с устройствами человеко-машинного интерфейса, а также программаторами.

2) S7 – функция связи. Для создания оптимизированных систем связи между программными контроллерами, системами автоматизации, системами управления программаторами и компиляторами (до 64 Кбит)

3) Функции связи, совместимые с S5, используемые для связи с программными контроллерами, а также системами автоматизации.

4) Протокол технологической функции TF – обеспечивает функции API с технологического оборудования, службы MAP.

5) Стандартные функции связи, которые включают: OPC, ISO/TCP/IP, SMTP, HTTP.

Европейский стандарт EN 50173 описывает кабельные соединения информационных систем. В соответствии с ним Industrial Ethernet может использоваться как на офисном уровне, так и на уровне менеджмента технологических процессов (рис. 2.53). Кроме этого на основе протокола TCP/IP возможна поддержка мультимедиа-приложений и связь с сетями более высоких уровней без использования шлюзов.

Рис. 2.53.

Стандарт Industrial Ethernet использует следующие среды передачи данных:

1) Промышленные витые пары – ITP.

Использует двойное экранирование (рис. 2.54). Каждая витая пара образуется переплетением двух жил и двух кордовых нитей. Кроме этого каждая витая пара помещена в пластиковую оболочку, экранированную двумя слоями алюминиевой фольги; наружный экран состоит из оплетки из луженой медной проволоки. Максимальная длина сегмента = 100 м.

Используются разъемы RJ-45 либо соединители D-типа.

Рис. 2.54.

2) Триаксиальный кабель.

Использует литой алюминиевый экран (рис. 2.55); возможна прокладка в земле; длина сегмента 2,5 – 500 м.

Рис. 2.55

3) Оптоволоконный промышленный кабель (рис. 2.56).

Максимальная длина сегмента 3100 м.

Рис. 2.56

Протоколы прикладного уровня (HLP-протоколы)

Действующий стандарт CAN-сетей ограничен только физическим и канальным уровнями. Но для реализации систем автоматизации необходима реализация протоколов верхнего уровня, которые являются предметно-ориентированными и содержат сервисные функции для построения систем. На настоящий момент существует около 4 десятков реализаций протоколов верхнего уровня, наибольшее распространение из которых получили следующие:

1) CAL (CAN Application Level). Фундаментом CAL служит канальный уровень CAN. CAL не является ориентированным на конкретные приложения стандартом протокола, не содержит каких-либо профилей, привязанных к конкретным устройствам, и не определяет содержание передаваемых данных, но предлагает стандартизованные элементы сетевого сервиса прикладного уровня. CAL включает в себя четыре составные части:

· Спецификация CAN сообщений (CMS — CAN Message Specification);

· Сетевое управление (NMT — Network Management);

· Распределение идентификаторов (DBT — Identifier Distributor);

· Управление уровнем (LMT — Layer Management).

Воздействие строится по принципу «главный-подчиненный»; основная область применения – медицинская электроника, транспорт, промышленное оборудование.

2) CANopen (рис. 2.57).

Рис. 2.57.

Является расширением CAL и включает в себя дополнительные системы профиля устройств и спецификации физического уровня. Основная область применения: медицина, морская электроника, система автоматизации зданий.

3) CAN Kingdom. Представляет собой систему, в которой выделяются модули столицы с королем и города с мерами. За связь между ними отвечает почтовая служба. Основной целью создания протокола было предоставление системному разработчику максимальной свободы в реализации своих идей при построении сети, сохранив при этом возможность использования стандартных модулей от независимых производителей. CAN Kingdom не является “готовым” протоколом в том смысле, в каком это справедливо, например, по отношению к стандартам типа CANopen или DeviceNet. Это скорее набор примитивов — метапротокол, — с помощью которых можно “собрать” протокол под конкретную сеть модулей. Этим достигается уникальное сочетание простоты интеграции готовых модулей с высокой степенью “закрытости” оригинального протокола.

4) DeviceNet (1994 г.). DeviceNet — недорогое, простое и эффективное решение для объединения разнообразных устройств промышленной автоматизации независимых производителей в единую систему: фото-, термодатчики, стартеры, считыватели штриховых кодов, элементы человеко-машинного интерфейса — клавиатуры, дисплейные панели, — наряду с управляющими устройствами — PLC, компьютерами и т. д.

Вопросы для самопроверки

1. Опишите порядок работы при организации метода доступа CSMA/BA.

2. Каким образом разрешается коллизия в сетях CAN?

3. Что значит рецессивный и доминантный биты?

4. В чем заключается механизм имплантации бита и для чего он используется?

5. Сравните технологии Profibus-PA и FOUNDATION fieldbus.

6. Сформулируйте специфику сетей Industrial Ethernet.

7. Какую структуру имеет триаксикальный кабель?

Дата добавления: 2015-07-07