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.

Построение промышленных коммуникаций на базе оборудования Korenix

В статье рассматриваются аспекты построения единой информационной системы предприятия. Приводятся примеры возникающих задач и методы их решения с использованием оборудования фирмы Korenix.

ООО «ПЛКСистемы», г. Москва

plc_site.gif

В промышленной автоматизации в последнее время все большее внимание уделяется системам передачи информации. Задачи построения надежного информационного пространства возникают везде, где возникают задачи автоматизации. Построение сетей передачи данных, связь с датчиками и исполнительными механизмами, системы передачи данных на транспорте, системы  видеонаблюдения — список можно продолжать бесконечно. 

Рассмотрим некоторую абстрактную задачу построения информационной системы. На рис. 1 представлена примерная структура сети для промышленного объекта. Действительно, какой бы объект мы не рассматривали, основой для получения информации являются различные сенсоры и местные устройства управления. Это могут быть системы телеметрии на месторождениях, датчики на промышленном производстве, устройства контроля климата, видеонаблюдение в здании и так далее. В настоящее время сети датчиков в основном работают с использованием последовательных протоколов, Ethernet на этом уровне представлен слабо. Отдельно надо сказать о сетях LON, широко используемых в автоматизации зданий, хотя и здесь Ethernet и по- следовательные интерфейсы находят свое применение.

pic1.jpg
Рис. 1. Типовая структура сети промышленного предприятия

Следующий уровень — это сети устройств ввода/вывода и управляющих контроллеров. Здесь соотношение начинает меняться в пользу Ethernet, хотя последовательные интерфейсы по-прежнему используются для связи контроллеров между собой. Получение информации от нижнего уровня в основном происходит по последовательным протоколам (аналоговые датчики в данной статье не рассматриваются). Еще выше находятся сети станций человеко-машинного интерфейса, здесь уже повсеместно используется Ethernet, как и в общезаводских сетях.

С данной моделью можно соглашаться или нет, но в любом случае Ethernet и последовательные интерфейсы являются наиболее широко распространенными в объектах автоматизации.    

Основные проблемы, возникающие при построении сетей передачи информации, можно разделить на две части — надежность оборудования и каналов передачи данных и совместимость различного оборудования, сред и протоколов. 

На большинстве производств системный интегратор рискует столкнуться с несколькими установленными ранее сетями, построенными на оборудовании различных производителей, зачастую несовместимыми.

Возникает вопрос: «Что делать?» Естественно, вырисовываются два решения: первое — это построить сеть заново, заменив  существующий «винегрет» на оборудование одного вендора; второе — попытаться интегрировать существующие сети  в создаваемую информационную систему. 

И то и другое решение требует оборудования, которое может решить задачи по совместимости, обеспечивая при этом заданную степень надежности. И в этом случае большинство промышленных предприятий неохотно тратят деньги на дорогое сетевое оборудование, предпочитая бюджетное решение. 

Вырисовывается некоторый идеал вендора сетевого оборудования, который должен иметь широкий модельный ряд устройств для решения различных задач, при этом оборудование должно обладать высокой надежностью, иметь возможности резервирования, быть совместимым с оборудованием других производителей и иметь бюджетную цену. На первый взгляд звучит как утопия. Большинство компаний либо предлагают ограниченный функционал, например только коммутаторы, либо не обеспечивают необходимого качества. 

У большинства людей в голове сформировался стереотип: дешево значит некачественно. В основном этот стереотип возник благодаря азиатским компаниям, в последнее время массово предлагающим коммуникационное оборудование сомнительного качества. Однако, благодаря им же, этот стереотип начинает ломаться. Яркий пример — компания «Korenix» (Тайвань), официальным дистрибутором которой на территории РФ является ООО «ПЛКСистемы».

Рассмотрим оборудование Korenix в рамках портрета идеального вендора, нарисованного выше и применительно к модели сети предприятия,  представленной на рис. 1.   

 
Датчики и исполнительные механизмы

Для связи в единую сеть устройств с последовательными интерфейсами и передачи информации как между ними, так и на верхние уровни по сетям Ethernet компания Korenix имеет в своем ассортименте несколько серий серверов последовательных устройств под общим названием JetPort. Основное их достоинство заключается в возможности подключения последовательных устройств, сколь угодно удаленных друг от друга, через сеть Ethernet. Сервера JetPort поддерживают туннелирование, что позволяет им связывать последовательные устройства между собой.  

Таким образом, решается не только проблема подключения удаленных устройств, но и подключение последовательных устройств в сеть Ethernet. В серии JetPort представлены несколько моделей на различное количество портов, с поддержкой оптического Ethernet, WiFi, наличием дискретных входов/выходов. Серверы последовательных устройств семейства JetPort поддерживают самую высокую скорость обмена информацией по последовательному интерфейсу (460,8 Кбит/с).    

Все модели имеют промышленное исполнение, предполагающее использование в тяжелых условиях с повышенным уровнем вибрации, низкими температурами и высоким уровнем влажности. Старшие модели оснащены  дискретными входами/выходами, оптической изоляцией портов, системами резервирования связи и системами оповещения о неисправностях.

В случае когда построение последовательных сетей не требуется и речь идет только о преобразовании RS в Ethernet или совместимости различных последовательных протоколов, Korenix предлагает серию преобразователей JetCon. 

Преобразователи  интерфейсов JetCon предназначены для работы в системах, где требуется подключение и согласование между собой устройств, оснащенных разными типами интерфейсов, а также в качестве удлинителей линий связи. 

Так, конвертеры JetCon 2101 и JetCon 2101i служат непосредственно для преобразования интерфейсов RS-232 в RS-422/485, причем модель с литерой i оптически изолирована. Повторитель JetCon 2101ir позволяет увеличить максимальную длину линии связи на 1200 м. С помощью JetCon также решается задача совместимости различных сред передачи данных Ethernet. JetCon 2301-m и JetCon 2301-s преобразуют электрический Ethernet в многомодовое или одномодовое оптоволокно соответственно.

Как и JetPort, JetCon имеют промышленное исполнение с возможностью работы при низких температурах.

Отдельного внимания заслуживает серия устройств JetCard, представляющая собой серию мультипортовых плат расширения последовательных интерфейсов персонального компьютера. Платы производятся на базе высокопроизводительного микрочипа Oxford (OX16PCI954, OX16C954), что позволяет обеспечить скорость передачи до 921,6 Кбит/с, а автоматический аппаратный контроль потока и встроенный буфер типа FIFO емкостью 128 байт на каждый порт позволяют максимально снизить нагрузку на центральный процессор компьютера. Все платы JetCard оборудованы защитой от статического электричества (до 15 киловольт), а модели с символом i в маркировке — еще и оптической изоляцией каждого порта. JetCard рассчитаны на нормальную работу при температурах от –10... +70 °C, а платы с литерой w предназначены для работы в еще более жестких температурных условиях —  от –40 до +80 °C.


Контроллеры и операторские станции 

На этом уровне наиболее распространенной технологией является Ethernet. Соответственно, основным оборудованием будут являться коммутаторы. Korenix предлагает несколько линеек промышленных коммутаторов под общим названием JetNet. 

JetNet 2005 — пятипортовый неуправляемый коммутатор — бюджетное решение для применения в небольших сетях. Возможно исполнение с четырьмя портами BASE TX и одним FX.

JetNet 3000 — серия неуправляемых коммутаторов, поддерживаются технологии кольца Super Ring (JetNet 3505, JetNet 3508), Gigabit Ethernet (JetNet 3010G) имеют встроенные релейные выходы. В серию входят 5- и 8-портовые коммутаторы.   В моделях с индексом f  вместо одного порта  BASE TX встроен порт FX.

JetNet 4000 — серия управляемых коммутаторов с поддержкой SNMP, RMON, QoS, VLan, IGMP, имеющие встроенную систему протоколирования событий и оповещения, в том числе по e-mail, а также релейные выходы сигнализации о нештатной работе. Коммутаторы JetNet 4000 поддерживают патентованные технологии резервирования Korenix Super Ring и Dual Homing. В серию входят 5- и  8-портовые коммутаторы. Так же, как и в младших сериях, в моделях с индексом f один порт BASE TX замещается на FX.  В 8-портовом коммутаторе  JetNet 4008 f  замещаются два порта.

JetNet 5010G — старшая модель в серии коммутаторов JetNet. Эта модель появилась на рынке не так давно и полностью отвечает современным требованиям, поддерживая все самые современные технологии. Семь портов 10/100ТХ и три порта 10/100/1000SFP, поддержка технологий резервирования Rapid Super Ring со временем восстановления связи менее 5 мс и Dual Homing II, поддержка SNMP, Web Browser, Telnet, Console Management, зеркалирование портов, поддержка VLan, IGMP, отправки е-mail, журнала событий — вот основные отличительные черты устройств такого уровня. Коммутаторы JetNet 5010G также имеют два дискретных входа, два выхода реле сухого контакта.

Таким образом, из представленных коммутаторов можно построить сеть для любых задач. Если не требуются управление и настройка, не нужно резервирование каналов, тогда оптимально использовать бюджетные серии 2000 и 3000. Если необходимы управляемые коммутаторы, требуются возможности администрирования — все это обеспечит 4000 серия. Для сложных задач построения сетей передачи данных, критических ко времени восстановления при сбоях, с гибкими возможностями управления и высокими скоростями используется JetNet 5010G.

При этом  все коммутаторы  имеют промышленное исполнение, стойкость к пыли и вибрациям. Во всех сериях предлагаются и модели, работающие в широкотемпературном диапазоне.

Вернемся теперь к проблеме надежности передачи данных. Естественно, в первую очередь надежным должно быть само оборудование. Korenix уделяет большое внимание надежности своих изделий — в настоящий момент гарантия на их оборудование, осуществляемая компанией «ПЛКСистемы», составляет  5 лет. Это стало возможным благодаря наличию у Korenix специализированной тестовой лаборатории, деятельность которой направлена на анализ и повышение надежности разрабатываемого оборудования. Например, устройства серии JetNet проходят испытания на защиту от электрических сбоев и на стойкость к вибрациям.

Поддержка защиты от электрических сбоев между портами:
- до 1200 В у JetNet 5010 G 3010 G 4508;
- до 1500 В у JetNet 2005 1301.

Испытание на вибрации:
- 5~100Гц/Амплитуда 1 мм, 0.7 G /90мин. X.Y.Z. 6 осей;
- 3~50Гц/Амплитуда 3.5 мм, 1.0 G/90 мин. X.Y.Z. 6 осей;
- 50 G, продолжительность 11 мс, X,Y,Z, 3 удара на ось (шок).

Сертификаты:
- IEC 61000-2-32;
- EN50155;
- IEC 61850-3; 
- IEEE 1613;
- UL1604 Class I Div 2.

Для защиты от потери информации Korenix предлагает несколько технологий резервирования. Кольцевые топологии Super Ring и Rapid Super Ring c рекордно быстрым временем восстановления, резервированное соединение колец Dual Homing II, Link Aggregation — повышение пропускной способности и резервирование каналов между коммутаторами за счет соединения по нескольким портам.

Незатронутым остался вопрос совместимости с оборудованием других производителей и вот тут в бочку меда добавится небольшая ложка дегтя. Отсутствие единых стандартов на оборудование промышленного Ethernet привело к тому, что большинство производителей используют свои технологии при построении кольцевых топологий. Говорить о совместимости тут очень тяжело. Тем не менее Korenix в отличие от других производителей все-таки обладает некоторыми преимуществами. Коммутаторы Korenix могут работать под управлением оборудования Cisco, также существует возможность работы в сетях Hiper-Ring компании «Hirschmann», правда, последняя возможность официально недокументированна, хотя и встречается в пресс-релизах Korenix.

На рис. 2 показан пример сети предприятия, построенной на базе оборудования Korenix.

pic2.jpg

Рис. 2. Структура сети предприятия

Данный пример призван продемонстрировать возможность решения различных задач на базе оборудования Korenix. Как видно из рисунка, оборудование обеспечивает связь последовательных устройств, их прямое подключение к местным станциям управления, передачу информации по сетям Ethernet, преобразование электрической среды передачи данных в  оптическую, последовательных интерфейсов — в Ethernet, а также различные технологии резервирования.

Еще одним моментом, на котором хотелось бы заострить внимание, является внимание компании «Korenix» к новейшим разработкам в сетевых технологиях. Так, Korenix одним из первых представил на рынке коммутаторы c поддержкой PoE. В настоящий момент в линейке PoE коммутаторов представлено четыре модели как управляемых, так и неуправляемых коммутаторов, отличительной особенностью которых является возможность подключать по технологии PoE устройства мощностью до 30 Вт. Стандартно представленные на рынке PoE коммутаторы ограничивают подключаемые устрой-ства мощностью в 15,4 Вт.  

Новым продуктом также является серия JetBox, представляющая собой компактные промышленные компьютеры, для решения как отдельных вычислительных задач, так и задач управления сетью.

Последней инновацией, анонсированной буквально на днях, являются Ethernet модули ввода/вывода. Модули построены на основе RISC-процессора и в своей номенклатуре имеют аналоговый и дискретный ввод/вывод, ввод с датчиков измерения температуры и предназначены для работы по протоколу Modus/TCP в локальных LAN-сетях или через Internet. 

Модули JetI/O 6500 в сети Ethernet одновременно могут проходить настройку (при помощи HTTP, Telnet, утилит Windows) и заниматься сбором данных и управлением в режиме реального времени. Наличие встроенного OPC-сервера с поддержкой протокола Modbus/TCP позволяет пользователю легко интегрировать JetI/O 6500 с любым OPC Modbus/TCP клиентом,  к примеру HMI/SCADA сторонних производителей.


Заключение

Вернемся к началу, где мы пытались нарисовать портрет идеального вендора, и посмотрим  насколько оборудование Korenix ему соответствует. Как видно из вышесказанного, проблема совместимости и надежности оборудования с успехом решается, остается лишь вопрос цены. И вот тут Korenix  оказывается позади конкурентов, правда, в хорошем смысле этого слова. Цены Korenix на рынке промышленных коммутаторов одни из самых низких. Если же сравнивать Korenix только с серьезными компаниями, предлагающими аналогичную номенклатуру изделий, то единственным конкурентом останется MOXA. Здесь стоит сказать, что Korenix — молодая компания, и образована она людьми, ранее работавшими именно в MOXA. Другой вопрос, что за последние годы Korenix разработал множество своих решений, позволивших ему во многих областях опередить оборудование конкурентов, а также учел те или иные недостатки, имеющиеся в знакомом по прежнему месту работы его специалистов оборудованию. Цены же, изначально державшиеся на низком уровне из-за высокой конкуренции, по-прежнему остаются ниже аналогичных у оборудования MOXA.

Оборудование Korenix получило международное признание. Так, с 2006 года компания является членом ODVA. Ассоциация EtherCAT признала конверторы JetCon самыми быстрыми конверторами в мире, коммутаторы JetNet получили награду «лучший выбор» на выставке Computex 2007.


Статья опубликована в журнале «ИСУП», № 1(17)_2008

Д.В. Бочарников, В.С. Шауро, 
ООО «ПЛКСистемы», г. Москва,
тел.: (495) 925-77-98, факс: (495) 490-24-62,  
е-mail: info@plcsystems.ru, www.plcsystems.ru