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.

Industrial Ethernet для промышленных информационных систем

В статье рассматривается оборудование для Industrial Ethernet производства компании «Симанитрон» – от хост-компьютерных и одноуровневых супервизоров до распределенных многоуровневых супервизоров. Приводятся технические характеристики описываемых продуктов.

Компания «Симанитрон», г. Москва

Symanitron.png

Компания «Симанитрон» была создана в 2008 году на базе многовендорной компании «Символ-Автоматика». Компания нацелена на создание защищенных средств передачи данных, способных работать в сетях промышленных предприятий и офиса, сетях контроля за транспортным потоком и т.п. при агрессивных условиях окружающей среды. Эти условия подразумевают защиту от экстремальных температур и влажности, ударов, пыли и грязи, ЭМИ и радиочастотных наводок, коррозии и газов. 

Перечень групп технических средств, выпускаемых «Симанитроном», дан на сайтах www.s-avt.ru и www.symanitron.ru [2]. Ниже эти группы будут проанализированы в контексте отдельных разновидностей ПрИС. 

Вариант хост-компьютерной (НС) ПрИС с использованием интерфейса PCI приведен на рис. 1.

pic1.jpg


Рис. 1. Промышленная информационная система с использованием интерфейса PCI


Преобразователь интерфейса PCI в интерфейс RS-485 обычно использует стандарт RS-485 и промышленный протокол Modbus/RS‑485 (или /ASCII). Последовательная передача данных осуществляется при скорости передачи до 921 Кбит/с.

Протокол Modbus изначально использовался для подключения ПЛК. Но в настоящее время сфера его применения существенно расширена и включает работу с интеллектуальными датчиками, устройствами в сети TCP/IP и беспроводных сетях. Характерной особенностью подключаемого к сети терминала по протоколу Modbus являются возможность одновременной коммуникации его с несколькими терминалами, соединяемыми по различным интерфейсам. 

Имеются режимы передачи данных: Modbus/RTU и Modbus/ASCII. Функциональный код в Modbus определяет тип сообщения и тип действия, требуемого ведомым узлом. В RTU он задается одним байтом, в ASCII – двумя шестнадцатеричными символами.

В настоящее время на универсальной плате преобразователя интерфейса PCI каждый порт может отдельно настраиваться на соответствие стандартам RS-232, RS-422 или RS-485. Используются ОС Windows 2003/XP/2000, Linux, Unix. Выбор типа интерфейса каждого порта осуществляется DIP-переключателями, расположенными на плате.

«Классическая» host-computer система может быть, в частности, реализована на основе моделей МС 1210/1310 компании «Симанитрон». Эти модели осуществляют преобразование интерфейса USB в последовательный интерфейс со скоростями передачи данных от 300 Бит/с до 115,2 Кбит/с. Электропитание обеспечивается от шины USB.

Медиаконверторы MC‑1112-I (преобразование RS-232 в RS‑422/485) и МС-1212-I (репитер RS-422/485) этой компании расширяют функциональные возможности «классической» host-computer системы. Скорости передачи данных до 115,2 Кбит/с. Технические характеристики упомянутых продуктов приведены в табл. 1.

Таблица 1

tabl1.jpg

Разработка и производство коммуникационных карт (плат) серии SWC компании «Симанитрон» положило начало переходу от «классической» host-computer системы к «современной» автономной или в составе многоуровневой распределенной ПрИС на базе стандарта Industrial Ethernet. Характерной особенностью последней является децентрализация средств вычислительной техники. При этом компьютер с интерфейсом PCI, подключаемый к сети Industrial Ethernet, может функционировать совместно с управляемыми коммутаторами, промышленными серверами последовательных устройств, беспроводными точками доступа, медиаконверторами и другими продуктами компании «Симанитрон». Подобная структура на базе сети Industrial Ethernet кольцевой топологии рассмотрена в [1]. 

Серия SWC разработана в соответствии со спецификацией на шину PCI-bus:Rev.2.2 PCI (32 бита/33 МГц) bus master architecture и обеспечивает резервирование питания. Карты поддерживают порты 10/100 BaseTX и допускают простое конфигурирование под WEB interface/утилитой Windows. Кроме того, учитывается необходимость работы в режимах полный дуплекс/полудуплекс, а также возможность автоматического распознавания скорости и определения полярности портов. MTBF серии не менее 200 000 часов. Реализовано оповещение о событиях посредством e-mail, SYSLOG, по протоколу SMNP TRAP, а также путем замыкания контактов реле (опционально).

В дальнейшем тенденция использования «современных НС-систем» трансформировалась в применение промышленных серверов последовательных устройств. К их числу относятся серверы серии DS1 и DS4 компании «Симанитрон», допускающие подключение от 1 до 4 устройств с интерфейсами RS-232/422/485 к сети Industrial Ethernet или к беспроводной сети Wi-Fi по стандарту IEEE802.11в. Последняя рассчитана на дальность передачи данных до 300 м и скорость передачи до 54 Мбит/c. Технические характеристики серверов приведены в табл. 2.

Таблица 2

tabl2.jpg

DS1, DS4 поддерживают порты 10/100BaseTX, оптический порт 100 BaseFX, технологию восстановления работоспособности сети с кольцевой топологией Redundant Dual Ethernet за время меньше 10 мсек. Серверы работают в режимах Virtual Com, Serial Tunnel, «сервер ТСР», «клиент ТСР», UDP.

Развитием промышленных серверов последовательных устройств является использование в них Modbus-шлюзов. С их помощью объединяется оборудование, функционирующее по протоколу Modbus/RTU (или ASCII) в линиях связи RS-232/422/485, с Ethernet оборудованием по протоколу Modbus/TCP. Шлюз, который, по существу представляет собой отдельный компьютер, должен поддерживать обе сетевые архитектуры. Для каждой из этих сетей шлюз выглядит как один из узлов сети.

В шлюзе должны быть предусмотрены аппаратные интерфейсы и ПО для сети каждого типа. В данном случае это:
- шлюзы форматов – преобразование форматов данных (RTU, ASCII в TCP/IP);
- туннельные шлюзы, использующие для передачи данных через несовместимые области сети относительно несложную методику туннелирования (tunneling). Пакеты данных инкапсулируются в кадры, распознаваемые сетью, через которую планируется организовать передачу. При этом сохраняются первоначальный формат и разбиение на кадры. На стороне получателя данные восстанавливаются в исходном формате с «отсечением» служебной информации.

Как правило, Modbus-шлюз характеризуется:
- программным выбором интерфейса RS-232, RS-422 или RS-485;
- поддержкой Modbus-мастера как со стороны последовательного интерфейса, так и со стороны Ethernet;
- возможностью работы в режиме multimaster: опросом одного устройства Modbus/serial slave сразу несколькими контроллерами Modbus/TCP-мастер;
- функцией маршрутизации: опросом одного устройства Modbus/serial slave одновременно контроллерами Modbus/ТСР и Modbus/serial.

Пример многоуровневой распределенной ПрИС на компонентах, производимых компанией «Симанитрон», дан на рис. 2.

pic2.jpg

Рис. 2. Многоуровневая распределенная ПрИС

В системе наряду со сбором данных о процессе обеспечивается диагностика правильности функционирования производственного оборудования с помощью системы беспроводного мониторинга СБМ по стандарту IEEE 801.11b/g, видеонаблюдение для целей безопасности (VoIP), резервное подключение к Internet (с помощью модемов ADSL и HSDPA). 

На среднем уровне используется кольцевая топология по технологии SY-Ring (с ранее упомянутым временем восстановления кольца при обрыве менее 10 мсек).

Контроль производства выполняется с помощью диспетчерского пункта на основе продукта SY-View. В сети Ethernet питание отдельных устройств осуществляется с использованием технологии PoE.

Перечень сетевых продуктов, необходимых для реализации ПрИС на рис. 2, дан в табл. 3.

Таблица 3

tabl3.jpg


Литература

1. Гришин А.В. Промышленный Ethernet. Современное состояние и перспективы развития // Connect. 2009. № 6.
2. Каталог продукции // Компания Symanitron : [сайт]. URL: www.s-avt.ru/www.symanitron.ru (дата обращения: 2009).

Статья опубликована в журнале «ИСУП», № 4(24)_2009

А.В. Гришин, 
компания «Симанитрон», г. Москва,
тел./факс: +7 (495) 988-84-01,