fieldbusbook

Промислові мережі та інтеграційні технології в автоматизованих системах. 2. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОМИСЛОВИХ МЕРЕЖ

2.6. Вибір промислової мережі

Надзвичайно велика кількість існуючих промислових мереж не дає можливості зробити навіть поверховий їх аналіз. Вище ми розглянули тільки певну частину найбільш популярних відкритих промислових мереж. При загальному ознайомленні з ними можна побачити, що кожне з рішень має ряд переваг і недоліків, які роблять їх вигідними при використанні в певній області застосування, та в певних умовах експлуатації.

Порівнювати переваги того чи іншого рішення, можна при умові їх використання в одній і тій же області застосування. Однак на сьогоднішній день, при виборі промислової мережі необхідно враховувати не тільки функціональні особливості, а і ціновий фактор, вибрану програмну та апаратну платформу, існуючі на підприємстві системи, рівень обслуговуючого персоналу та ін. Спробуємо перерахувати критерії вибору промислової мережі в такій формі “вимоги до проектованої системи: функції та можливості промислової мережі”.

Таблиця 2.23. Критерії вибору промислової мережі.

вимоги до проектованої системи	функції та можливості промислової мережі
вимоги до реального часу в системі	мінімально можлива гарантована періодичність відновлення мережних змінних, гарантований мінімальний час доставки повідомлення, тощо
вимоги до кількості та типу мережних змінних	обмеження на кількість та тип змінних на один вузол та на мережу вцілому
типи вузлів, які необхідно підключати до мережі	тип мережі – рівень контролерів або датчиків
вимоги до умов експлуатації та середовища передачі системи	вимоги до електромагнітної сумісності (ЕМС), вимоги до ступені захисту (IP), вібростійкості, ударостійкості (ІК), пожежобезпеки, вимоги до кабельної продукції і т.д.
вимоги до надійності та живучості системи	можливість резервування вузлів, гарантоване напрацювання на відмову важливих складових, ймовірність помилкової доставки даних та час повторення транзакції, час реанімації мережної системи після її збою, можливість заміни складових без зупинки функціонування, наявність та глибина діагностики вузлів і т.д.;
вимоги до зручності інсталяції та обслуговування системи	можливість використання комунікаційних коробок, конекторів, добавлення нових вузлів, зручна заміна складових, тощо
вимоги до живлення вузлів по мережі	підтримка фізичними інтерфейсами можливості живлення, наявність на комунікаційних портах живлення для засобів мережі,
вимоги до розміщення кінцевих точок підключення	топологія мережі, максимально можливі довжини відгалужень, максимальна довжина лінії зв’язку, можливість сегментації мережі
вимоги до можливості програмування та управління вузлами через мережу	наявність сервісів конфігурування та програмування в протоколах мережі + підтримка засобами цих сревісів
вимоги до апаратного та програмного забезпечення системи	підтримка даної мережі вказаними апаратними та програмними засобами
вимоги до вартості програмно-апаратного забезпечення	вартість мережних апаратних та програмних засобів, вартість обслуговування
наявність сервісної підтримки та доступної документації для обслуговуючого персоналу	відкритість, популярність мережі, наявність представника в країні та кваліфікація тех. підтримки для даної мережі

В залежності від ситуації, ряд перерахованих критеріїв стає обмеженнями, а вибір проводиться по іншим критеріям, з урахуванням вагових коефіцієнтів. В загальному випадку, задача вибору промислової мережі є складною і нетривіальною. По кожній із мереж, наведених в підрозділі 2.5 в підсумковій таблиці характеристик можна знайти значення для ряду наведених критеріїв. Однак ряд критеріїв залежать від реалізації вузлів та мережного обладнання, які складають основу мережі; інші можна розрахувати тільки визначивши всю структуру мережі; а деякі можна визначити тільки з певною долею ймовірності. Так, з наведених підсумкових таблиць по кожній з мереж явно прослідковується відсутність розрахункових даних або формул для визначення орієнтовного часу обміну даними процесу, хоч ця інформація є однією з найважливіших. Тим не менше на практиці, кількість наявних обмежень, значно звужують коло можливих рішень, що дозволяє зробити вибір без вирішення складної багатокритеріальної задачі.

Загальне ознайомлення з принципами функціонування промислових мереж, дає можливість зробити вибір мережного рішення. Однак для проектування мережі та створення апаратного та програмного забезпечення мережі необхідно детально ознайомитися з принципами їх функціонування. В наступних розділах даного посібника більш детально зупинимося на таких промислових мережах: AS-I, MODBUS, Profibus, CAN та CANOpen.

<– 2.5.11. Мережі CC-Link

–> 3. РЕАЛІЗАЦІЯ ФІЗИЧНОГО РІВНЯ.

Контрольні запитання до розділу 2

Дайте визначення промисловій мережі, яке використовується в ДСТУ (під терміном “польова шина”), в МЕК (під терміном “fieldbus”) та в даному посібнику. Яка діляться промислові мережі по області застосування?
Перерахуйте та коротко охарактеризуйте типові функції які виконують промислові мережі.
Поясніть в чому особливості обміну даними процесу в реальному часі. Дайте визначення терміну “реальний час”.
Поясніть призначення функцій діагностики, конфігурування/програмування, управління станом вузла?
Наведіть приклад використанням промислових мереж при резервуванні вузлів.
Класифікуйте за призначенням дані, які циркулюють в промисловій мережі.
Якими форматами даних як правило обмінюються в промислових мережах?
Класифікуйте тип обміну даними за циклічністю. Наведіть приклади для використання кожного типу.
Синхронна, асинхронна та ізохронна відправка даних. Наведіть приклади необхідності синхронної передачі.
Перерахуйте та коротко охарактеризуйте вимоги, що накладаються на промислові мережі.
В чому полягає властивість детермінованості промислових мереж? На доставку яких даних накладаються умови детермінованості.
В чому полягає завадостійкість та промислові умови експлуатації? Розкажіть про ступінь захисту ІР. На що вказує ІК код?
В чому полягає надійність та живучість промислової мережі?
Чим пояснюється вимоги до простоти, зручності інсталяції та обслуговування, живлення вузлів по кабелю мережі, вибір вільної топології?
Що привело до появи відкритих стандартів промислових мереж? Що привело до “війни стандартів” на промислові мережі?
Яка нова промислова мережа появилась в результаті розробки єдиного світового стандарту?
Які європейські стандарти на промислові мережі були розроблені, які технології в них закріплені?
Які стандарти на промислові мережі існують на сьогоднішній день в межах всесвітньої організації МЕК? Які технології в цих стандартах закріплені?
Чим відрізняються “відкриті” мережі від “закритих”? Поясніть призначення моделі OSI?
Дайте визначення поняттям: рівень OSI, протокол рівня, сутність рівня, сервіс рівня, інтерфейс рівня, архітектура мережі, стек протоколів.
Поясніть призначення фізичного, канального, мережного, транспортного та прикладного рівнів в контексті моделі OSI.
Наведіть перелік робочих характеристик, за допомогою якого можна оцінити промислову мережу.
Які сервіси може підтримувати промислова мережа на прикладному рівні? Як може бути реалізований інтерфейс прикладного рівня?
Які моделі обміну між прикладними Процесами найчастіше використовуються в промислових мережах? Розкажіть як вони функціонують.
Яким чином визначається місцезнаходження необхідних даних, які приймають участь в обміні? Що таке прикладний профіль пристрою?
Які моделі функціонування сервісів прикладного рівня можна виділити в промислових мережах?
Як функціонує клієнт-серверна модель обміну повідомленнями? Для яких операцій підходить ця модель. Поясніть необхідність групування даних при такому обміні.
Поясніть як функціонує клієнт-серверна модель ідентифікованого обміну (Polling). Для яких операцій вона підходить?
Як функціонує модель Видавець-Підписувач/Виробник-Споживач ідентифікованого обміну? Що таке процес публікації, і хто його ініціює? Чим відрізняється pull-модель від push-моделі ідентифікованого обміну Видавець-Підписувач/Виробник-Споживач?
Яким чином адресується доставка кадрів вузлам в мережі? В яких системах як правило використовується доставка кадрів по адресам вузлів (Відправник-Адресат-msg) а в яких по ідентифікаторам повідомлень (Виробник-Споживач-msg)?
Навіщо необхідно регламентувати доступ до середовища передачі. Що таке колізія в мережах з широкомовним доступом? Які варіанти їх запобігання або вирішення?
Поясніть як вирішується порядок доступу до шини в системах з методом Ведучий-Ведений? Які недоліки функціонування такої моделі? Поясніть призначення тайм-аутів в системах з централізованим доступом.
Які переваги та недоліки функціонування мереж з Активними Веденими порівняно з класичною схемою централізованого доступу?
Поясніть як функціонує обмін на прикладному рівні для систем з централізованим методом доступу. Які моделі обміну при цьому як правило використовуються?
Як функціонують мережі з використанням Арбітра шини?
Розкажіть про функціонування маркерного методу доступу.
Які множинні випадкові методи доступу на сьогоднішній день використовуються в промислових мережах?
Розкажіть про функціонування методу доступу CSMA/CD.
Розкажіть про функціонування методу доступу CSMA/CА.
Розкажіть про функціонування методу доступу predictive p-persistent CSMA.
Розкажіть про функціонування гібридного методу доступу Ведучий-Ведений з передачею маркерного кільця між Ведучими.
Розкажіть про функціонування методу доступу TDMA.
Як контролюється доставка кадру? Як контролюється правильність отриманих даних в кадрі? Що таке контрольна сума і які алгоритми можуть використовуватися для її розрахунку?
Назвіть основні топології мережі, їх переваги та недоліки.
Що таке фізичний сегмент мережі? На яких рівнях і з використанням яких програмно-технічних засобів забезпечується сегментація мережі?
Які стандартні фізичні інтерфейси використовуються в промислових мережах? Зробіть їх порівняльний аналіз, визначте переваги та недоліки кожного з них.
З використанням яких засобів відбувається сегментація на мережному рівні? Дайте визначення поняттям підмережа, інтермережа, маршрутизатор, мережна адреса, маршрутна таблиця, які використовуються в даному посібнику?
Поясніть основні принципи маршрутизації, необхідність маршрутних таблиць. Наведіть приклад роботи мережного протоколу.
Наведіть приклади типів прикладних Процесів, до яких може відбуватися доступ через промислову мережу. Яким чином адресуються ці Процеси на транспортному рівні?
Наведіть та поясніть основні характеристики мереж MODBUS RTU/ASCII та TCP/IP. Як функціонує протокол MBAP?
Наведіть та поясніть основні характеристики мережі WorldFIP. Яким чином реалізовуються сервіси обміну даними процесу та параметричними даними на всіх рівнях ієрархії?
Наведіть та поясніть основні характеристики мереж Foundation Fieldbus: FF H1 та FF HSE. Яким чином реалізовуються сервіси обміну даними процесу та параметричними даними на всіх рівнях ієрархії? Яка особливість реалізації прикладного інтерфейсу користувача?
Наведіть та поясніть основні характеристики мереж BOSH CAN 2.0 A/B та CAN ISO 11898, чим вони відрізняються.
Розкажіть основні принципи функціонування мережі CANOpen. Яким чином реалізовуються сервіси обміну даними процесу та параметричними даними на всіх рівнях ієрархії?
Наведіть та поясніть основні характеристики мереж LON Works. Яким чином реалізовуються сервіси обміну даними процесу та параметричними даними на всіх рівнях ієрархії? Яка особливість реалізації прикладного інтерфейсу користувача?
Які мережі PROFIBUS існують на сьогоднішній день. Наведіть та поясніть основні характеристики мережі PROFIBUS-DP. Яким чином реалізовуються сервіси обміну даними процесу та параметричними даними на всіх рівнях ієрархії PROFIBUS-DP?
Наведіть та поясніть основні характеристики мереж на базі HART-протоколу.
Наведіть та поясніть основні характеристики мережі AS-i.
Наведіть та поясніть основні характеристики мережі INTERBUS. Яким чином реалізовуються сервіси обміну даними процесу та параметричними даними на всіх рівнях ієрархії. Поясніть функціонування методу доступу TDMA з Сумарним Кадром в INTERBUS.
Наведіть та поясніть основні характеристики прикладного рівня мереж CIP. Яким чином реалізовуються сервіси обміну даними процесу та параметричними даними на всіх рівнях ієрархії.
Наведіть та поясніть основні характеристики мережі Device Net. Яким чином вона адаптується до СІР?
Наведіть та поясніть основні характеристики мережі ControlNet. Яким чином вона адаптується до СІР?
Наведіть та поясніть основні характеристики мережі Ethernet/IP. Яким чином вона адаптується до СІР?
Наведіть та поясніть основні характеристики мережі CompoNet. Яким чином вона адаптується до СІР?
Наведіть та поясніть основні характеристики мережі CC-Link. Яким чином реалізовуються сервіси обміну даними процесу та параметричними даними на всіх рівнях ієрархії.
Наведіть та поясніть основні характеристики мереж CC-Link IE. Яким чином реалізовуються сервіси обміну даними процесу та параметричними даними на всіх рівнях ієрархії. Чим відрізняються CC-Link IE Control та CC-Link IE Field?
Наведіть основні критерії вибору промислової мережі.
В чому полягає складність вибору промислової мережі? Які обмеження крім характеристик промислової мережі накладаються при виборі конкретного рішення? В чому складність визначення значень деяких критеріїв при виборі промислової мережі?