SCADA, АСУ ТП, контроллеры – основная тематика журнала «ИСУП»
Журнал «Информатизация и Системы Управления в Промышленности» публикует тематические материалы посвященные SCADA, АСУ ТП, контроллерам, автоматизации в промышленности.

Технический анализ LON-протокола

LONMARK ®International

Несколько лет назад на рынке стала всё больше усиливаться потребность в разработке такой концепции архитектуры для сетей управления, которая обеспечивала бы честную конкуренцию для всех системных уровней на протяжении всего жизненного цикла системы. В ответ на это требование были разработаны LON и другие сетевые протоколы, такие как  BacNet, ModBus и Zigbee. В то же время новые правила и создание новой структуры для сотрудничества предоставляли конкурирующим между собой производителям возможность объединить свои усилия для оптимизации всей области автоматизации. Движущей силой этого сложного процесса стало стремление увеличить рынок автоматизации, обеспечив вместе с тем равные условия конкуренции независимо от размера той или иной компании или от лидерства на рынке.

Наличие общего «языка» даёт разработчикам возможность сконцентрироваться только на их продукции и значительно сократить время разработки новых продуктов. Кроме того, благодаря общему «языку» гораздо проще обеспечить совместимость продуктов, слаженную работу самых различных систем управления в рамках одной общей системы. Появилась также возможность интегрировать в единый графический интерфейс такие функции, как отопление/вентиляция/кондиционирование (HVAC), освещение, контроль доступа, безопасность, контроль энергопотребления, поддержка качества воздуха, увлажнение воздуха, управление лифтами и др. без вынужденного ограничения одним единственным поставщиком.  Это был ответ на стремление рынка к большей свободе выбора, к более открытым конкурентным отношениям и большей интеллектуальности систем управления.

Но из всех известных протоколов ни один не охватывает так много сфер применений как LON. Со времени своего утверждения, в начале 90-х гг., LON-протокол не изменился. Это означает, что созданный в те годы прибор может работать в одной и той же сети с приборами, созданными сегодня. Официальное наименование протокола – ANSI CEA 709.1 или EN-14908. Контроль протокола находится в ведении американских и европейских организаций стандартизации. Основное правило заключается в том, что протокол должен быть установлен в соответствии со спецификацией целиком и полностью. Нет «опциональных» элементов, из-за которых устройства различных разработчиков могли бы оказаться несовместимыми друг с другом. Некоторые из присутствующих на рынке стандартов оставляют установку опциональных элементов на усмотрение разработчиков, что создаёт проблемы для интегратора, когда он пытается согласовать, какие приборы каких производителей могут работать вместе. С протоколом LON возникновение такой проблемы маловероятно. 

С технической точки зрения стандарт LON выполняет требования всех семи уровней эталоновой модели OSI, начиная с физических интерфейсов (таких как, например, кабельная прокладка, силовая электросеть, радиоканал или Интернет) вплоть до прикладного уровня, включая абсолютно все уровни между ними. Основное отличие протокола LON от других протоколов, например, от BacNet, ModBus и Zigbee состоит в том, что LON в основе своей был разработан как коммуникационная платформа. LON не ограничивается конкретными областями применения, такими как автоматизация зданий или автоматизация систем HVAC. В своём применении LON охватывает автоматизацию зданий, автоматизацию промышленных комплексов, ресторанов быстрого питания, частных домов или квартир, контроль энергопотребления объектов недвижимости, автоматизацию в области транспорта, розничной торговли, уличного освещения, а также в области военного применения. Всё это обеспечивает технологии LON большой потенциал для расширения сферы применения. Концепция LON позволяет заметно снизить расходы на устройства за счёт того, что сокращается время, которое обычно уходит на разработку «достройки» коммуникационных протоколов каждым отдельным производителем, и в то же время она предоставляет объёмный пакет услуг для самых разных применений и различные возможности для физического соединения с сетью.

Международная ассоциация LONMARK International определяет правила для интерпретации данных в сети, ссылаясь на основные типы данных, как например типы стандартных сетевых переменных (SNVT) или типы стандартных конфигурационных свойств (SCPT), которые предоставляют функциональный язык и определения, используемые устройствами для коммуникации друг с другом. Комбинация разных SNVT определяет объекты устройств (температура, влажность и т.д.), а комбинация объектов – профили устройств. В основном один профиль представляет один тип устройств и даёт одно общее определение для интерфейсов этого устройства. Так, например, устройство, созданное в соответствии с профилем регулятора объёмного потока (VAV), может быть заменено любым другим устройством, использующим тот же самый профиль.  Благодаря унифицированности интерфейсов система на такую замену отреагирует правильно. Интерфейс не определяет внутренние функции устройства регулирования или внутренние алгоритмы в его программном обеспечении. Таким образом, соединяются преимущества двух миров: с одной стороны, унифицированный интерфейс облегчает системную интеграцию, с другой стороны, у производителей сохраняется возможность установки особых внутренних алгоритмов и функций аппаратного обеспечения, что даёт им необходимую гибкость при разработке устройств.

Использование SNVT и SCPT также упрощает сетевой менеджмент в системе и предоставляет стандартный механизм обработки данных и объектных типов. Приведём пример: без установленного определения температуры одни производители могут указывать температуру в градусах Цельсия с разрешением 0,1 градуса, другие – в Фаренгейтах с разрешением 0,01 градуса. Внутренний перевод и масштабирование этих разных типов данных значительно повышает издержки и увеличивает время разработки системы, не говоря уж о риске возникновения ошибок. В мире LON этого не произойдёт. Существует более 160 SNVT, определяющих практически все используемые в мире типы данных. Добавить SNVT не представляет сложностей, каждый год по мере надобности определяются новые SNVT. Список всех SNVT и SCPT можно найти в рубрике «Technical Resources» (Resource Files) на странице ассоциации LONMARK International www.lonmark.org.

Все части протокола LON предоставлены производителям для открытого пользования. LONMARK International оказывает поддержку всем интересующимся разработками и реализацией новых LON-продуктов.  Ассоциация сотрудничает со многими организациями и компаниями, оказывая им содействие в разработке новой продукции и следя за соблюдением протокола и правил совместимости. На данный момент ассоциация LONMARK International работает над установлением ISO-стандартов для различных аспектов протокола. Это – важный шаг в развитии LON. Как только протокол LON станет ISO-стандартом, вполне вероятно, что вскоре он будет контролироваться Международной организацией по стандартизации ISO (Integrated Standards Organization). Но и после этого ассоциация LONMARK International будет продолжать активно сотрудничать с ISO, чтобы и дальше продвигать и расширять применение LON.

Общий язык протокола позволяет поставщикам приборов, программного обеспечения, инструментов, интерфейсов и т.д. сконцентрироваться на своей ключевой специализации, а не создавать все компоненты системы. Было бы ошибочно ожидать, что специалист по управлению HVAC-установками также будет экспертом и в сетевом менеджменте или безопасности. 

Появится ли когда-нибудь единый протокол, по которому будет осуществляться коммуникация всех систем друг с другом? Возможно. Самым вероятным кандидатом для этого было бы какое-нибудь IT-решение, но на сегодняшний день на рынке мало признаков наличия чистого IT-решения по автоматизации здания. Но использование IP имеет большое число недостатков, таких как, в частности, расходы на прокладку кабелей, на техобслуживание и высокие расходы на аппаратное обеспечение в простых устройствах (например, в переключателях освещения, датчиках присутствия или термостатах). В недалёком будущем, вероятно, появится коммуникационная магистральная шина с соединением с IT-платформой для графических пользовательских интерфейсов и других применений.

Уже сегодня имеются в наличии высокоразвитые открытые системы автоматизации зданий. Использование открытых протоколов даёт производителям целый ряд преимуществ при усовершенствовании функциональных возможностей их продуктов. Мы всё дальше уходим от ограничения в выборе устройств. Особенно это заметно в области применения LON, где интеграторы и поставщики могут дополнить свои системы любым LON-продуктом любого производителя. И т.к. открытые системы становятся стандартом де-факто, появляется возможность полностью реализовать все преимущества интеллектуального управления.

Рон Бернстин, коммерческий директор LONMARK International