Данная статья посвящена EtherNet/IP – стандарту, утвержденному в 2000 году. Применение этой технологии позволяет значительно сократить время разработки и внедрения автоматизированных систем управления, а также значительно повысить надежность решений.
ООО «Сумма Технологий», г. Санкт-Петербург
В настоящее время технология Ethernet является признанным лидером в системах передачи информации для бытовых и коммерческих нужд. За свою историю она прошла большой эволюционный путь, превратившись из экспериментальной системы в развитую технологию передачи данных. Свою популярность она завоевала за счет сочетания ряда характеристик, это – высокоскоростная передача данных, простота адресации, возможность создания сетей практически любого размера, универсальность приложений, умеренная стоимость. Эти преимущества позволили технологии Ethernet опередить своих конкурентов на рынке сетей передачи данных.
Совсем другой путь развития был у промышленных сетей Ethernet. Рост применения интеллектуальных устройств в системах управления производственными процессами повлек за собой развитие технологий для промышленных сетей передачи данных. Технология Ethernet со своей стандартной архитектурой, как и другие коммерческие технологии, имела ряд ограничений, которые не позволяли использовать ее на промышленных площадках, поэтому производители оборудования были вынуждены разрабатывать свои системы для обеспечения обмена данными. Но технология Ethernet продолжала развиваться, и в начале 1980-х годов появились первые разработки на основе шинной технологии, получившие обобщенное название «промышленный Ethernet». В 1998 году международная группа ControlNet SIG предложила технологию для обмена данными между сетями Ethernet и ControlNet, DeviceNet, а в 2000 году на ее основе организации ControlNet International, Industrial Ethernet Association и Open DeviceNet Vendor Association (ODVA) утвердили новый стандарт – EtherNet/IP (Ethernet Industrial Protocol). Благодаря общим усилиям этих организаций в настоящее время около двухсот производителей предлагают продукты, поддерживающие стандарт EtherNet/IP, и более миллиона узлов по всему миру используют эту технологию. Членами организации ODVA, поддерживающими стандарт EtherNet/IP, являются такие крупные компании, как Rockwell Automation, Schneider Electric, Cisco Systems, Omron, и многие другие поставщики оборудования для автоматизации.
Один из членов организации ODVA, компания Rockwell Automation, широко использует технологию Ethernet/IP, которая является частью открытой сетевой архитектуры NetLinx. Стандарт EtherNet/IP обеспечивает объединение в единое информационное пространство всех компонентов систем автоматизации – от уровней средств ввода/вывода, контроллерного оборудования, серверов АСУ ТП до уровня систем управления предприятием. Архитектура NetLinx включает три сети передачи данных: DeviceNet, ControlNet и EtherNet/IP. Во всех трех сетях используется один и тот же протокол CIP (Common Industrial Protocol), что обеспечивает конфигурирование и передачу данных между компонентами систем управления в любой из сетей.
Рис. Использование протокола CIP в трех сетях
Важнейшей особенностью сети EtherNet/IP является использование стандартного немодифицированного протокола Ethernet (IEEE 802.3), в котором протокол CIP накладывается на стандартные протоколы TCP/IP и UDP, являясь дополнением к типичным функциям протоколов HTTP, FTP, SMTP и SNMP. Это позволяет использовать стандартные аппаратные средства и коммуникационное оборудование как в уже существующих сетевых инфраструктурах, так и для создания новых. Протокол CIP обеспечивает передачу критичных ко времени доставки данных между управляющими устройствами и устройствами ввода/вывода, а его использование в технологии EtherNet/IP обеспечивает высокую степень безопасности и интеграцию АСУ ТП с IT-инфраструктурой. Для обеспечения качественной и надежной коммутации сетей технологии EtherNet/IP компании Rockwell Automation и Cisco Systems решили объединить свои усилия и подписали договор о сотрудничестве. Результатом сотрудничества стал выпуск линейки промышленных сетевых устройств Stratix.
Линейка продуктов Stratix, разработанная в лабораториях Cisco Systems, позволяет развертывать производственные сети Ethernet и интегрировать с IT-инфраструктурой предприятия. В данной линейке используются неуправляемые и управляемые коммутаторы с возможностью организации защищенных сетей VLAN (Virtual Local-Area Network) с разграничением сетевого трафика между узлами сети, а именно:
- неуправляемые коммутаторы Stratix 2000 – предназначены для организации небольших локальных сетей и подключения к сети устройств EtherNet/IP, не требуют конфигурирования. Обеспечивают мониторинг сетей для управляющих систем;
- управляемые коммутаторы Stratix 6000 – предназначены для интеграции комплексов АСУ ТП в единые управляющие системы;
- управляемые коммутаторы Stratix 8000 – предназначены для интеграции сетей АСУ ТП и инфраструктуры IT с обеспечением высокой степени безопасности. Обладают модульной архитектурой и встроенной операционной системой Cisco Catalyst. Соответствуют самым современным требованиям в области сетевых и информационных технологий.
Применение линейки Stratix в сетях EtherNet/IP позволяет организовывать сети с любыми топологиями: звезда (с древовидной иерархией), линейная активная шина, кольцо, а также их различные комбинации. Передача данных между узлами сети осуществляется с использованием кабеля 100 Base‑T, оптоволоконного кабеля 100/1000 Base-FX и 100/1000 Base-LX.
Кроме коммутационного оборудования компания Rockwell Automation предлагает целый спектр продуктов для сети EtherNet/IP, достаточный для создания системы автоматизации на оборудовании одного производителя.
Программируемые контроллеры компании Rockwell Automation обеспечивают бесперебойную обработку и передачу информации в сложных условиях производства. На разных участках промышленного предприятия необходимо учитывать особенности производства и объем задач, для этого компания Rockwell Automation выпускает несколько линеек таких устройств:
- MicroLogix Controllers – предназначены для решения малых и средних задач автоматизации;
- CompactLogix Controllers – предназначены для применения на нижнем и среднем уровне управления. Как правило, эти устройства имеют небольшое количество вводов/выводов;
- ControlLogix Controllers – предназначены для решения масштабных задач любой сложности.
Рис. Контроллеры компании Rockwell Automation обеспечивают передачу информации в сложных условиях производства
Модули ввода/вывода компании Rockwell Automation поддерживают широкий диапазон подключаемых устройств с различными характеристиками питания. Они отличаются высокой точностью, развитыми диагностическими и защитными функциями. Все оборудование ввода/вывода делится на отдельные линейки, каждая из которых используется для определенного круга задач:
- ArmorPOINT I/O, ArmorBlock I/O – предназначены для организации распределенного ввода/вывода с модульной и блочной архитектурой в жестких условиях производства, устанавливаются непосредственно на оборудовании и агрегатах, имеют высокую степень защиты IP67/IP69K, позволяют значительно сократить количество используемого сигнального кабеля;
- CompactBlock Guard Safety I/O – предназначены для организации распределенного ввода/вывода в системах с повышенными требованиями к стандартам безопасности;
- ControlLogix I/O – предназначены для организации ввода/вывода с размещением модулей в шасси контроллеров ControlLogix, устанавливаются в локальные или удаленные шасси, оснащены мощными диагностическими возможностями, обеспечивают замену без отключения питания;
- FLEX Ex I/O и FLEX I/O – предназначены для организации удаленного ввода/вывода с гибкой модульной архитектурой, серия FLEX Ex применяется во взрывоопасных зонах;
- POINT I/O – предназначены для организации удаленного ввода/вывода в системах, где требуется гибкость в выборе точного количества сигналов и низкая стоимость владения.
Одним из основных типов исполнительных периферийных устройств, выпускаемых компанией Rockwell Automation, являются частотные преобразователи PowerFlex. Частотные преобразователи семейства PowerFlex могут полностью интегрироваться в систему управления вне зависимости от требований, обусловленных областью применения, благодаря широкому диапазону мощностей от 0,25 кВт для однофазных низковольтных приводов и до 25 МВт для высоковольтных приводов. Все устройства имеют стандартный интерфейс управления и общие настройки программирования, мониторинга, поиска и устранения неисправностей. Управление частотными преобразователями осуществляется через локальные модули расширения, а конфигурирование управляющих контроллеров Logix и преобразователей PowerFlex выполняется централизованно в пакете RSLogix 5000. Частотные преобразователи PowerFlex поддерживают широкий набор режимов управления и обладают различным сочетанием функций, опций и вариантов компоновки.
Панели оператора компании Rockwell Automation предназначены для приложений, в которых нужно отображать информацию и осуществлять управление с помощью графического интерфейса. Управление посредством сенсорного экрана и интуитивно понятного интерфейса позволяет сократить время реакции и количество ошибок оператора. Компания Rockwell Automation предлагает панели оператора с различными размерами экрана, объемами памяти, способами управления и связи.
Представленная номенклатура оборудования Rockwell Automation предназначена как для создания новых систем с использованием EtherNet/IP, так и для поддержки и расширения уже существующих решений. Использование технологии EtherNet/IP с применением серийных компонентов Ethernet и стандартных аппаратных средств передачи данных позволяет сделать заводские цеха «прозрачным» продолжением сети организаций. Такой подход позволяет получить экономичное решение для приложений производственного уровня, используя уже знакомую и понятную инфраструктуру.
Являясь авторизованным системным интегратором Rockwell Automation, компания «Сумма Технологий» успешно использует технологию EtherNet/IP в своих проектах. Применение этой технологии позволяет значительно сократить время разработки и внедрения автоматизированных систем управления, уменьшить материальные затраты, повысить надежность решений. «Сумма Технологий» имеет опыт реализации крупномасштабных проектов в области информационных технологий и автоматизации технологических процессов. Наличие большой базы разработанных решений и высокий уровень компетенции команды позволяют решать поставленные задачи качественно и в короткие сроки.
Совсем другой путь развития был у промышленных сетей Ethernet. Рост применения интеллектуальных устройств в системах управления производственными процессами повлек за собой развитие технологий для промышленных сетей передачи данных. Технология Ethernet со своей стандартной архитектурой, как и другие коммерческие технологии, имела ряд ограничений, которые не позволяли использовать ее на промышленных площадках, поэтому производители оборудования были вынуждены разрабатывать свои системы для обеспечения обмена данными. Но технология Ethernet продолжала развиваться, и в начале 1980-х годов появились первые разработки на основе шинной технологии, получившие обобщенное название «промышленный Ethernet». В 1998 году международная группа ControlNet SIG предложила технологию для обмена данными между сетями Ethernet и ControlNet, DeviceNet, а в 2000 году на ее основе организации ControlNet International, Industrial Ethernet Association и Open DeviceNet Vendor Association (ODVA) утвердили новый стандарт – EtherNet/IP (Ethernet Industrial Protocol). Благодаря общим усилиям этих организаций в настоящее время около двухсот производителей предлагают продукты, поддерживающие стандарт EtherNet/IP, и более миллиона узлов по всему миру используют эту технологию. Членами организации ODVA, поддерживающими стандарт EtherNet/IP, являются такие крупные компании, как Rockwell Automation, Schneider Electric, Cisco Systems, Omron, и многие другие поставщики оборудования для автоматизации.
Один из членов организации ODVA, компания Rockwell Automation, широко использует технологию Ethernet/IP, которая является частью открытой сетевой архитектуры NetLinx. Стандарт EtherNet/IP обеспечивает объединение в единое информационное пространство всех компонентов систем автоматизации – от уровней средств ввода/вывода, контроллерного оборудования, серверов АСУ ТП до уровня систем управления предприятием. Архитектура NetLinx включает три сети передачи данных: DeviceNet, ControlNet и EtherNet/IP. Во всех трех сетях используется один и тот же протокол CIP (Common Industrial Protocol), что обеспечивает конфигурирование и передачу данных между компонентами систем управления в любой из сетей.
Рис. Использование протокола CIP в трех сетях
Важнейшей особенностью сети EtherNet/IP является использование стандартного немодифицированного протокола Ethernet (IEEE 802.3), в котором протокол CIP накладывается на стандартные протоколы TCP/IP и UDP, являясь дополнением к типичным функциям протоколов HTTP, FTP, SMTP и SNMP. Это позволяет использовать стандартные аппаратные средства и коммуникационное оборудование как в уже существующих сетевых инфраструктурах, так и для создания новых. Протокол CIP обеспечивает передачу критичных ко времени доставки данных между управляющими устройствами и устройствами ввода/вывода, а его использование в технологии EtherNet/IP обеспечивает высокую степень безопасности и интеграцию АСУ ТП с IT-инфраструктурой. Для обеспечения качественной и надежной коммутации сетей технологии EtherNet/IP компании Rockwell Automation и Cisco Systems решили объединить свои усилия и подписали договор о сотрудничестве. Результатом сотрудничества стал выпуск линейки промышленных сетевых устройств Stratix.
Линейка продуктов Stratix, разработанная в лабораториях Cisco Systems, позволяет развертывать производственные сети Ethernet и интегрировать с IT-инфраструктурой предприятия. В данной линейке используются неуправляемые и управляемые коммутаторы с возможностью организации защищенных сетей VLAN (Virtual Local-Area Network) с разграничением сетевого трафика между узлами сети, а именно:
- неуправляемые коммутаторы Stratix 2000 – предназначены для организации небольших локальных сетей и подключения к сети устройств EtherNet/IP, не требуют конфигурирования. Обеспечивают мониторинг сетей для управляющих систем;
- управляемые коммутаторы Stratix 6000 – предназначены для интеграции комплексов АСУ ТП в единые управляющие системы;
- управляемые коммутаторы Stratix 8000 – предназначены для интеграции сетей АСУ ТП и инфраструктуры IT с обеспечением высокой степени безопасности. Обладают модульной архитектурой и встроенной операционной системой Cisco Catalyst. Соответствуют самым современным требованиям в области сетевых и информационных технологий.
Рис. Stratix 2000 – коммутатор для организации небольших локальных сетей, не требующий конфигурирования
Рис. Управляемые коммутаторы Stratix 8000
Применение линейки Stratix в сетях EtherNet/IP позволяет организовывать сети с любыми топологиями: звезда (с древовидной иерархией), линейная активная шина, кольцо, а также их различные комбинации. Передача данных между узлами сети осуществляется с использованием кабеля 100 Base‑T, оптоволоконного кабеля 100/1000 Base-FX и 100/1000 Base-LX.
Кроме коммутационного оборудования компания Rockwell Automation предлагает целый спектр продуктов для сети EtherNet/IP, достаточный для создания системы автоматизации на оборудовании одного производителя.
Программируемые контроллеры компании Rockwell Automation обеспечивают бесперебойную обработку и передачу информации в сложных условиях производства. На разных участках промышленного предприятия необходимо учитывать особенности производства и объем задач, для этого компания Rockwell Automation выпускает несколько линеек таких устройств:
- MicroLogix Controllers – предназначены для решения малых и средних задач автоматизации;
- CompactLogix Controllers – предназначены для применения на нижнем и среднем уровне управления. Как правило, эти устройства имеют небольшое количество вводов/выводов;
- ControlLogix Controllers – предназначены для решения масштабных задач любой сложности.
Рис. Контроллеры компании Rockwell Automation обеспечивают передачу информации в сложных условиях производства
Модули ввода/вывода компании Rockwell Automation поддерживают широкий диапазон подключаемых устройств с различными характеристиками питания. Они отличаются высокой точностью, развитыми диагностическими и защитными функциями. Все оборудование ввода/вывода делится на отдельные линейки, каждая из которых используется для определенного круга задач:
- ArmorPOINT I/O, ArmorBlock I/O – предназначены для организации распределенного ввода/вывода с модульной и блочной архитектурой в жестких условиях производства, устанавливаются непосредственно на оборудовании и агрегатах, имеют высокую степень защиты IP67/IP69K, позволяют значительно сократить количество используемого сигнального кабеля;
- CompactBlock Guard Safety I/O – предназначены для организации распределенного ввода/вывода в системах с повышенными требованиями к стандартам безопасности;
- ControlLogix I/O – предназначены для организации ввода/вывода с размещением модулей в шасси контроллеров ControlLogix, устанавливаются в локальные или удаленные шасси, оснащены мощными диагностическими возможностями, обеспечивают замену без отключения питания;
- FLEX Ex I/O и FLEX I/O – предназначены для организации удаленного ввода/вывода с гибкой модульной архитектурой, серия FLEX Ex применяется во взрывоопасных зонах;
- POINT I/O – предназначены для организации удаленного ввода/вывода в системах, где требуется гибкость в выборе точного количества сигналов и низкая стоимость владения.
Одним из основных типов исполнительных периферийных устройств, выпускаемых компанией Rockwell Automation, являются частотные преобразователи PowerFlex. Частотные преобразователи семейства PowerFlex могут полностью интегрироваться в систему управления вне зависимости от требований, обусловленных областью применения, благодаря широкому диапазону мощностей от 0,25 кВт для однофазных низковольтных приводов и до 25 МВт для высоковольтных приводов. Все устройства имеют стандартный интерфейс управления и общие настройки программирования, мониторинга, поиска и устранения неисправностей. Управление частотными преобразователями осуществляется через локальные модули расширения, а конфигурирование управляющих контроллеров Logix и преобразователей PowerFlex выполняется централизованно в пакете RSLogix 5000. Частотные преобразователи PowerFlex поддерживают широкий набор режимов управления и обладают различным сочетанием функций, опций и вариантов компоновки.
Рис. Спектр частотных преобразователей, выпускаемых компанией Rockwell Automation
Панели оператора компании Rockwell Automation предназначены для приложений, в которых нужно отображать информацию и осуществлять управление с помощью графического интерфейса. Управление посредством сенсорного экрана и интуитивно понятного интерфейса позволяет сократить время реакции и количество ошибок оператора. Компания Rockwell Automation предлагает панели оператора с различными размерами экрана, объемами памяти, способами управления и связи.
Представленная номенклатура оборудования Rockwell Automation предназначена как для создания новых систем с использованием EtherNet/IP, так и для поддержки и расширения уже существующих решений. Использование технологии EtherNet/IP с применением серийных компонентов Ethernet и стандартных аппаратных средств передачи данных позволяет сделать заводские цеха «прозрачным» продолжением сети организаций. Такой подход позволяет получить экономичное решение для приложений производственного уровня, используя уже знакомую и понятную инфраструктуру.
Являясь авторизованным системным интегратором Rockwell Automation, компания «Сумма Технологий» успешно использует технологию EtherNet/IP в своих проектах. Применение этой технологии позволяет значительно сократить время разработки и внедрения автоматизированных систем управления, уменьшить материальные затраты, повысить надежность решений. «Сумма Технологий» имеет опыт реализации крупномасштабных проектов в области информационных технологий и автоматизации технологических процессов. Наличие большой базы разработанных решений и высокий уровень компетенции команды позволяют решать поставленные задачи качественно и в короткие сроки.
Статья опубликована в журнале «ИСУП», № 4(34)_2011
ООО «Сумма Технологий», г. Санкт-Петербург,
тел.: (812) 334-7225,
e-mail: info@summatechnology.ru
www.асутп.рф, www.summatechnology.ru
_big.jpg'); "4(106)_small.jpg")