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.

Настоящее и будущее Ethernet-технологий в системах учета энергоресурсов

Рассматривается практика и перспективы использования проводных и беспроводных Ethernet–технологий в системах учета энергоресурсов различного назначения.

ООО «АВИАТЭКС», г. Москва

Aviateks.jpg


Технология Ethernet прочно утвердилась в качестве лидирующего решения для построения корпоративных локальных вычислительных сетей (ЛВС) и для организации коммуникационной инфраструктуры систем промышленной автоматизации. Этому способствуют, во-первых, доступность аппаратных средств, удобство использования, хорошая стандартизация, и как следствие — программная совместимость, а во-вторых, все большая интеграция различных подсистем уровня MES (Production & Performance Management — управление производством и производительностью (понятие, введенное компанией Wonderware [1]) между собой и с системами класса ERP на базе стандартных IT-решений, в т.ч. сети Ethernet.

Развитие коммуникационных технологий в системах учета энергоресурсов происходит в соответствии с этой тенденцией. Поскольку учет электрической и тепловой энергии, воды, газа на современном предприятии не может быть сведен к решению узкой задачи сбора и представления информации в виде специальных отчетных форм, а также передачи этой информации в контролирующие организации, (такие как сетевые и сбытовые компании), системы учета энергоресурсов становятся элементами комплексной системы учета и оперативного диспетчерского управления энергетической инфраструктурой. Связующим звеном такой комплексной системы в подавляющем большинстве случаев является сеть Ethernet.

Существенно расширяет сферу применения решений на безе сети Ethernet в области учета энергоресурсов группа технологий, с известной долей условности обозначаемых понятием «беспроводной Ethernet». Это понятие, как правило, объединяет беспроводные ЛВС (Wireless LAN), уровень управления логическими соединениями (Logical Link Control, LLC — верхний подуровень канального уровня модели OSI) которых соответствует стандарту IEEE 802.2, что обеспечивает возможность прозрачного взаимодействия с сетями типа Ethernet. К таким технологиям относятся прежде всего   Wi-Fi и WiMAX.

Рассматривая беспроводные ЛВС в задачах учета, нельзя не упомянуть о технологиях беспроводной передачи данных по каналам мобильной радиосвязи, таких, как GPRS/EDGE, CDMA2000/EV-DO. Данные технологии совместимы с традиционными сетями Ethernet на уровне протокола IP (и, соответственно, протоколов более высокого уровня, например TCP).

Наконец все более широкое распространение в Ethernet-ориентированных системах учета энергоресурсов получает семейство xDSL-технологий, базирующихся на использовании для передачи данных абонентских линий телефонных сетей общего пользования. Благодаря использованию эффективных линейных кодов и адаптивных методов коррекции искажений линии на основе методов цифровой обработки сигналов появляется возможность с минимальными затратами интегрировать в традиционные сети Ethernet абонентов, не охваченных кабельной инфраструктурой.

Ethernet в задачах практического применения в системах учета энергоресурсов следует рассматривать в широком смысле - совместно с «родственными» технологиями, такими, как, например, Wi-Fi, GPRS и xDSL.

В дальнейшем, если не оговорено иное, Ethernet понимается в широком смысле.

Информация об основных Ethernet-технологиях, находящих применение в системах учета энергоресурсов, приведена в табл. 1.

Таблица 1. Характеристика Ethernet-технологий

pic1.jpg

 

Поддержка Ethernet в приборах учета

Наибольшее распространение в цифровых приборах учета (счетчиках электрической энергии, тепловычислителях, корректорах газа, расходомерах) получили последовательные интерфейсы RS-485 (TIA/EIA-485) и RS-485 (TIA/EIA-422). Данные интерфейсы обеспечивают передачу данных по одной или двум парам проводников с помощью дифференциальных сигналов. К достоинствам интерфейсов RS-485/RS-422 следует отнести хорошую помехозащищенность, возможность построения распределенных систем, большой выбор аппаратуры сопряжения, программную поддержку на большинстве платформ. Однако современным и особенно перспективным требованиям по скоростям обмена данными, универсальности и сервисным функциям эти интерфейсы не удовлетворяют.

Современный прибор учета, такой, как счетчик электроэнергии, является сложным информационно-измерительным прибором, регистрирующим во встроенной базе данных мгновенные и интегральные значения десятков различных величин с глубиной хранения до нескольких лет. Очевидной тенденцией развития таких устройств является все большее использование универсальных технологий и в первую очередь в области коммуникаций. Все большее количество приборов имеет в качестве штатного коммуникационного порта разъем Ethernet.

Приведем несколько характерных примеров.

Счетчики электрической энергии PowerLogic ION8800, ION8600, ION7550/ION7650 производства мирового лидера в области измерений электрической энергии, входящей в состав холдинга «Schneider Electric» канадской компании «Power Measurements», имеют порт 10BASE-T/100BASE-TX или 100BASE-FX с поддержкой протоколов TCP/IP, DNP TCP, ION, Modbus TCP, Modbus RTU, SMTP, EtherGate.

Российские производители приборов учета также осваивают выпуск продукции с поддержкой Ethernet. Например, тепловычислители ТСРВ-023, ТСРВ-024 производства ЗАО «ВЗЛЕТ» (г. Санкт-Петербург) могут поставляться со встроенным портом Ethernet.

Наличие порта Ethernet в приборе учета существенно упрощает его интеграцию в систему. Однако и приборы с традиционными последовательными интерфейсами могут быть с успехом включены в состав Ethernet-ориентированной системы учета.


Ethernet-серверы последовательных устройств

Эффективным решением для ввода в состав системы учета приборов (устройств) с последовательными интерфейсами RS-232/RS-485 является использование Ethernet-серверов последовательных устройств [2].

На российском рынке большую популярность завоевала продукция компании MOXA, одной из первых представившей семейство устройств для адаптации приборов с интерфейсами RS-232/RS-485 в сеть Ethernet (табл. 2) — преобразователи NPort.

Таблица 2. Преобразователи NPort производства компании MOXA

pic2.jpg


Преобразователи NPort позволяют преодолеть ограничения, накладываемые на протяженность линий последовательной связи, и подключать устройства сбора и передачи данных, счетчики, регистраторы и другое оборудование к единой сетевой инфраструктуре TCP/IP.

Опыт эксплуатации преобразователей семейства NPort, накопленный нашей компанией, свидетельствует о высокой надежности этих устройств.

Собственную номенклатуру преобразователей интерфейсов RS-232/RS-485 — Ethernet выпускает компания Advantech (табл. 3).

Таблица 3. Преобразователи ADAM от компании Advantech

pic3.jpg


Существует также аналогичные решения от других компаний, в т.ч. известных производителей измерительных систем и систем автоматизации для поставок комплексных решений под одной торговой маркой. По основным функциональным возможностям и техническим характеристикам такие устройства, как правило, близки к рассмотренным преобразователям семейства NPort.

Недостатком решений на базе преобразователей интерфейсов RS-232/RS-485 — Ethernet является то, что скорость обмена данными ограничена скоростью последовательного порта прибора. Кроме того, буферизация данных в преобразователях неизбежно вносит задержки, которые могут быть критическими для приборов, имеющих малые тайм-ауты обмена данными в сессии (сеансе) связи.


Ethernet в системах учета энергоресурсов

Проекты систем учета с большим количеством точек учета и контроля, например автоматизированных информационно-измерительных систем коммерческого учета электроэнергии (АИИС КУЭ) субъектов оптового рынка электроэнергии (ОРЭ), выполняются с использованием практически всех перечисленных выше сетевых технологий.

pic4.jpg

Рис. 1. Использование сетевых технологий в АИИС КУЭ субъекта ОРЭ

Структурная схема, показывающая использование различных сетевых технологий в АИИС КУЭ субъекта ОРЭ, приведена на рис. 1. Основным интерфейсом обмена данными между уровнями комплекса — уровнем информационно-измерительного комплекса (ИИК) точек учета и уровнем измерительно-вычислительного комплекса электроустановки (ИВКЭ) — является Ethernet. Это соответствует техническим требованиям НП «АТС» [3]. Так, в требованиях к каналам связи между измерительно-вычислительным комплексом (ИВК) и ИАСУ коммерческого учета (КУ) указано, что в качестве основного канала рекомендуется использовать выделенный канал связи до сети провайдера Интернет или канал единой сети связи электроэнергетики. Требования к каналам связи между ИИК и  ИВКЭ содержат рекомендацию использовать промышленную локальную сеть или ее фрагмент, специально выделенный для целей коммерческого учета.

В АИИС КУЭ традиционной структуры функцию интеграции приборов учета в локальную сеть выполняют устройства сбора и передачи данных (УСПД). УСПД содержат, как правило, несколько портов RS-485 и RS-232, к которым подключаются счетчики, и один или несколько портов Ethernet; основным назначением последнего (последних) является обеспечение связи с верхними уровнями системы [4, 5].

Порты RS-485 и RS-232, функционально входящие в состав УСПД, могут быть реализованы и с помощью внешних преобразователей интерфейсов  RS-232/RS-485 — Ethernet. Такой подход использован в ИВК «ЕМЦС-Э» [6], разработанном ООО «АВИАТЭКС» по заказу ЗАО «Шнейдер Электрик» (рис. 2).

pic5.jpg

Рис. 2. Структурная схема ИВК «ЕМЦС-Э»

Центральным компонентом ИВК «ЕМЦС-Э» является УСПД ШЭУ-100. Устройство построено на базе программируемого логического контроллера MODICON TSX Premium производства компании «Шнейдер Электрик». УСПД содержит два порта Ethernet. Первый порт интегрирован в состав процессорного модуля контроллера и использует протокол MODBUS TCP. Этот информационный канал обеспечивает передачу данных либо в общую АСУ электроэнергией EMCS (если таковая установлена) или в базу данных типа Microsoft SQL Server 2005. Второй порт Ethernet, добавленный разработчиками из набора модулей ПЛК Premium, является свободно программируемым и используется для реализации протоколов цифровых счетчиков.

Среди каналообразующей аппаратуры ИВК, к которой относятся различные концентраторы, преобразователи, повторители и модемы, особое место занимают преобразователи интерфейсов RS-232/RS-422/RS-485 — Ethernet, обеспечивающие построение физических каналов связи со счетчиками. В ИВК «ЕМЦС-Э» применяются преобразователи семейства NPort компании «MOXA».

Использование сети Ethernet в качестве основного интерфейса для обмена данными между компонентами комплекса соответствует современным тенденциям развития систем автоматизированного управления и сбора данных, обеспечивает высокую гибкость, а также при необходимости дает возможность непосредственного доступа к данным счетчиков, минуя УСПД.


Технология xDSL в системах учета энергоресурсов

Объединение фрагментов территориально распределенных систем учета может быть эффективно реализовано с помощью технологий xDSL.

Технологии xDSL предоставляют возможность широкополосного доступа к сетевым услугам по существующей медной абонентской телефонной линии. В этом семействе объединены как симметричные, то есть имеющие одинаковую скорость приема и передачи, так и ассиметричные технологии, у которых скорость от абонента существенно ниже потока данных, поступающего к абоненту.


Беспроводные технологии в системах учета энергоресурсов

Технологии беспроводной связи обеспечивают возможность ввода в состав систем учета удаленных точек и объектов, подключение которых к кабельной инфраструктуре затруднено. Организация таких сетей подходит для крупных промышленных предприятий с большим количеством точек учета, садоводческих товариществ и коттеджных поселков, а также многоквартирных жилых домов.

В настоящее время в системах учета получили применение таких технологии, как Wi-Fi, WiMAX, GPRS и CDMA.

Технология Wi-Fi, разработанная консорциумом Wi-Fi Alliance (http://wi-fi.org) на базе стандартов IEEE 802.11, обеспечивает подключение к локальной сети и доступ в Интернет устройств, оснащенных клиентскими приемо-передатчиками Wi-Fi. Подключение осуществляется через так называемые точки доступа.

Технология Wi-Fi на сегодняшний день позволяет достичь скоростей до 108 Мбит/с, что сравнимо со скоростью кабельных сетей, реальная скорость напрямую зависит от среды передачи сигнала. Для улучшения качества сигнала возможно использование внешних дополнительных антенн: узконаправленной для соединения в зоне прямой видимости, либо, когда необходимо, чтобы сигнал распространялся в одном направлении, и всенаправленной, когда необходимо увеличить зону покрытия в помещении.

Достоинствами передачи данных в режиме Wi-Fi являются:
- высокая скорость передачи данных;
- наличие «прозрачного» TCP/IP-канала;
- обеспечение высокого уровня информационной безопасности;
- низкие эксплуатационные расходы;
- постоянное соединение с сетью — не надо дозваниваться до абонента;
- возможность реализации беспроводных сетей типа:
- точка-точка,
- звезда (точка — множество точек), где центральный компьютер осуществляет опрос сети удаленных устройств.

Недостатки передачи данных в режиме Wi-Fi:
- зависимость скорости доступа от среды передачи;
- относительно высокая стоимость оборудования.

Технология WiMAX, развиваемая и продвигаемая консорциумом WiMAX Forum (http://www.wimaxforum.org), базируется на стандарте IEEE 802.16 и позволяет обеспечить связь на площади радиусом до 112,6 километров без прямой видимости с пропускной способностью около 70 Мбит/с. Практически реализуемые сети WiMAX характеризуются следующими показателями: радиус около 5—8 километров, пропускная способность от 500 кбит/с до 2 Мбит/с в зависимости от условий.

По структуре сети стандарта IEEE 802.16 очень похожи на традиционные сети мобильной связи: здесь тоже имеются базовые станции, которые действуют в радиусе до 50 км, при этом их также не обязательно устанавливать на вышках — для них вполне подходят крыши домов, требуется лишь соблюдение условия прямой видимости между станциями. Для соединения базовой станции с пользователем необходимо наличие абонентского оборудования. Далее сигнал может поступать по стандартному Ethernet-кабелю, как непосредственно на конкретный прибор учета (концентратор данных), так и на точку доступа стандарта 802.11 Wi-Fi или в локальную проводную сеть стандарта Ethernet.

Технологии Wi-Fi и WiMAX, получающие все большее распространение в качестве решения «последней мили», представляются эффективным средством включения в состав систем учета абонентских счетчиков электроэнергии, расхода холодной и горячей воды, тепла, газа в многоквартирных жилых домах. Активное внедрение систем учета коммунальных услуг на базе этих технологий сдерживается в настоящее время отсутствием удовлетворяющих по экономическим показателям приборов учета с встроенной поддержкой беспроводных сетей. Системы учета коммунальных услуг, построенные на базе беспроводных технологий, могут без дополнительных затрат на организацию связи интегрироваться с системами типа «интеллектуальное здание». Реформа ЖКХ выводит задачу разработки оборудования и системных решений с поддержкой беспроводных технологий для построения систем учета энергоресурсов в сфере коммунальных услуг в разряд первоочередных.

Технология GPRS (General Packet Radio Service — пакетная радиосвязь общего пользования) — надстройка над технологией мобильной связи GSM, осуществляющая пакетную передачу данных. GPRS дает возможность постоянного подключения абонента к сети, т.е. обеспечивает наличие активного виртуального канала связи. Максимально возможная скорость обмена данными с помощью технологии GPRS теоретически может достигать 171,2 кбит/с. Надстройка над GPRS — технология EDGE (Enhanced Data rates for GSM Evolution) обеспечивает передачу данных со скоростью до 474 кбит/с в режиме пакетной коммутации.

На время передачи пакета данных абоненту предоставляется реальный (физический) радиоканал, который в остальное время используется для передачи пакетов других пользователей сети. Однако, поскольку один канал могут использовать несколько абонентов, возможно возникновение очереди на передачу пакетов и, как следствие, задержка связи. Таким образом, абонент (устройство) не занимает физический канал постоянно, как при режимах CSD (Circuit Switched Data) и HSCSD (High Speed CSD), и поэтому оплачивается только трафик, а не все время сеанса связи. В результате существенно снижается стоимость передачи мегабайта информации. Технология пакетной передачи GPRS использует в качестве механизма доставки пакетов данных протоколы TCP/IP: в процессе установления соединения модем регистрируется на  APN-сервере (Access Point Name) оператора и получает статический или динамический IP-адрес.

Достоинства передачи данных в режиме GPRS:
- высокая скорость передачи данных;
- наличие «прозрачного» TCP/IP-канала;
- низкие эксплуатационные расходы — тарифицируется не трафик, а время соединения;
- постоянное соединение с сетью — не надо дозваниваться до абонента;
- возможность реализации беспроводных сетей типа:
- точка-точка,
- звезда (точка — множество точек), где центральный компьютер осуществляет опрос сети удаленных устройств;
- скорость передачи зависит от загруженности сот GSM-сети — максимальная скорость до 171,2 кбит/с (373 кбит/с при использовании EDGE);
- передача пакетов идет по неиспользуемым слотам голосового канала, которые всегда есть в промежутках между разговорами абонентов (использование для передачи сразу нескольких слотов канала обеспечивает повышение скорости).

Недостатки передачи данных в режиме GPRS:
- низкая стабильность работы (приоритет передачи голоса перед передачей данных);
- зависимость качества связи от количества абонентов, подключенных к соте;
- ограниченное применение для задач оперативного контроля (низкая оперативность получения информации) ввиду отсутствия постоянного канала связи;
- время доставки данных может иметь флуктуации до 15 и более секунд, как следствие, при опросной схеме обмена временные таймауты должны устанавливаться более 30 с;
- необходимо учитывать возможные временные разрывы передачи сообщений, например несколько байт приходит через  2 с после отправки, а оставшаяся часть задерживается на 13 с.

Характерной проблемой использования услуги GPRS/EDGE в системах учета, связанной с низким приоритетом передачи данных перед голосовой связью, являются большие задержки в передаче пакетов информации, разбивка пакетов, нарушение очередности. Указанные обстоятельства могут быть причиной снижения оперативности получения информации или приводить к невозможности непосредственного опроса счетчиков. Особенно часто такие ситуации возникают на объектах, расположенных вне или на периферии населенных пунктов вследствие слабой информационной емкости соты, низкого уровня сигнала и др. Это приводит к невозможности создания АИИС КУЭ при использовании GSM-сети с требуемым коэффициентом готовности 0,95 согласно технических требований НП «АТС».

Сотовая связь стандарта CDMA (Code Division Multiple Access — множественный  доступ с кодовым разделением), предлагаемая оператором Skylink, изначально ориентирована на передачу данных по постоянному каналу (описана стандартом IS-95). Технологии связи CDMA могут использоваться как для решения задач учета, так и для задач решения телемеханики и диспетчеризации в реальном масштабе времени, что обеспечивается высокой скоростью обмена данными. Недостаток сетей CDMA — небольшое по сравнению с GSM распространение и более высокая стоимость оборудования.

При построении системы мобильной связи на основе технологии CDMA2000 1х первая фаза обеспечивает передачу данных со скоростью до 153,6 кбит/с.

В режиме высокоскоростной передачи данных пользователю кроме фундаментального канала (со скоростью 9,6 кбит/с) может быть предоставлен дополнительный канал со скоростью 19,2; 38,4; 76,8 или (максимум) 153,6 кбит/с.

При незначительном объеме запрашиваемого ресурса полноскоростной (153,6 кбит/с) дополнительный канал не предоставляется, а средняя скорость во время сеанса составляет 40…60 кбит/с. Напротив, если запрос обращен к ресурсу объемом несколько мегабайт, то адаптивный алгоритм стремится предоставить такому пользователю полноскоростной дополнительный канал при наличии в системе свободного ресурса. В этом случае средняя скорость передачи данных за сессию у пользователя, как правило, превышает 100 кбит/с (с учетом более низкой скорости при установлении соединения и условий радиоэфира).

Измерения показывают, что средняя скорость передачи данных в сети оператора Skylink составляет 60…70 кбит/с, что превосходит параметры проводного коммутируемого доступа к Интернету и конкурирует по скорости с ADSL-доступом.

Переход к следующей фазе CDMA2000 1x EV-DO (Evolution Data Only или в более поздней трактовке — Data Optimized — эволюционировавшая оптимизированная передача данных с одной несущей) происходит при использовании той же полосы частот 1,23 МГц, скорость передачи — до 2457,6 кбит/с в нисходящем канале (прием) и до   153,6 кбит/с в восходящем канале (передача), что делает эту систему связи отвечающей требованиям 3G.

По характеристикам качества передачи речи параметры CDMA сопоставимы с качеством проводных каналов. Поскольку по каналам CDMA передается не только голос, но и любая другая информация, особую ценность имеет отсутствие помех. Применяемый «код» служит не только для идентификации разговора того или иного пользователя, но и является одновременно своеобразным фильтром, устраняющим искажения и фоновые помехи. Встроенный алгоритм кодирования обеспечивает высокую степень конфиденциальности, обеспечивая защиту от несанкционированного доступа и прослушивания.

Одной из отличительных особенностей передачи данных по технологии CDMA является применение двух протоколов для коррекции и передачи сигнала: радиолинии (Radio Linк Protoсol — RLP) и управления передачей (Transmission Control Protocol — TCP), что значительно повышает безошибочность работы системы.

Достоинства передачи данных в стандарте CDMA:
- высокая скорость передачи данных (до 2457,6/153,6 кбит/с);
- высокая помехоустойчивость;
- наличие постоянного канала связи с протоколами передачи данных TCP/IP («беспроводной Ethernet»), не надо дозваниваться до абонента;
- возможность реализации беспроводных сетей типа:
- точка-точка,
- звезда (точка — множество точек), где центральный компьютер осуществляет опрос сети удаленных устройств;
- обеспечение высокого уровня информационной безопасности (широкополосный шумоподобный сигнал с трудом поддается детектированию и несанкционированной расшифровке);
- низкие эксплуатационные расходы — тарифицируется трафик, а не время соединения (возможно использование безлимитных тарифов);
- малая мощность излучения оборудованием (для обеспечения максимальной емкости сети автоматически поддерживается на минимально необходимом уровне);
- пользователь имеет круглосуточный доступ к оборудованию;
- малые задержки при передаче данных: возможность опроса счетчиков электрической энергии напрямую;
- возможность создания полноценных систем диспетчеризации;
- возможность объединения центра сбора данных и удаленных объектов — источников информации в единую локальную сеть VPN (Virtual Private Network — виртуальная частная сеть).

Недостатки передачи данных в стандарте CDMA:
- малая зона покрытия сети;
- потенциальные проблемы с непрерывностью покрытия заданной территории (возможность появления неожиданных «прорех»);
- сравнительно высокая стоимость оборудования.

pic6.jpg

Рис. 3. Панель управления ПО «ТопИнфо»


Программная поддержка и системная интеграция

Построение Ethernet-ориентированных систем сбора данных требует наличия соответствующей программной поддержки. Современные программные комплексы для учета энергоносителей обеспечивают возможность работы с различными каналами связи и в первую очередь по сети Ethernet.

Например, программный комплекс «ТопИнфо» (ООО «АВИАТЭКС»,  г. Москва) позволяет выполнять опрос приборов учета и измерительных устройств одним или несколькими из следующих способов:
- по сети Ethernet (TCP/IP), построенной на любой физической основе;
- с использованием модемов по выделенным или коммутируемым телефонным линиям;
- с использованием GSM-модемов, CDMA-модемов, xDSL-модемов PLC-модемов и радиомодемов;
- по линиям интерфейсов RS-232 или RS-485/RS-422.

Такая возможность достигнута за счет реализации «прозрачных» коммуникаций. Благодаря этому имеется возможность использования в составе системы как Ethernet-устройства, так и устройства, подключенные через преобразователи Ethernet-RS-232/RS-485. Причем последние могут работать как в режиме виртуального COM-порта, так и в режиме TCP-сервера. Тип канала связи задается при конфигурировании (рис. 3).


Ethernet в комплексных системах учета и оперативного диспетчерского управления 
энергетической инфраструктурой предприятия

Создание единого информационного пространства современного предприятия требует интеграции всех компонентов информационной инфраструктуры во взаимодействующий комплекс дополняющих друг друга систем. Система учета энергоресурсов в составе такого комплекса должна быть связана прежде всего с системой диспетчеризации и управления энергохозяйством [7], а также с системами уровня ERP.

Наличие сети Ethernet в качестве единой сетевой инфраструктуры комплексной информационной системы предприятия обеспечивает возможность совместного использования каналов связи для обеспечения работы различных функциональных подсистем. Например, канал Ethernet/Internet, проложенный в удаленный цех, на трансформаторную подстанцию, в центральный тепловой пункт может совместно использоваться контролерами АСУ ТП, измерительными преобразователями системы телемеханики, а также средствами систем пожарной и охранной сигнализации. При этом способ «прокладки» Ethernet может быть любым — с помощью оптоволоконного или медного кабеля, ADSL-модема, CDMA-роутера или GPRS-модема.

Промышленные сети Ethernet, называемые Industrial Ethernet, строятся на базе оборудования в стандартах IEEE 802.3 (Ethernet, 10 Мбит/с) и IEEE 802.3u (Fast Ethernet, 100 Мбит/с), имеющего конструктивное и климатическое исполнение, соответствующее условиям применения. Используемый сетями этих стандартов метод множественного доступа к среде с контролем несущей и обнаружением коллизий (CSMA/CD, Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) делает невозможным гарантию обмена небольшим количеством информации (единицы байт) с высокой частотой (миллисекундные циклы обмена). Это обстоятельство долгое время было фактором, сдерживающим широкое распространение сетей Ethernet в промышленности. В настоящее время предложены методы построения сетей реального времени на базе Ethernet, например, стандарт PROFINET, дополняющий стек протоколов протоколами, обеспечивающими временную синхронизацию сети.


Опыт, сын ошибок трудных

Практическое применение различных проводных и беспроводных сетевых технологий в системах учета энергоресурсов не обходится без сложностей:
- проблемы совместимости аппаратного и программного обеспечения различных производителей, несмотря на стандартизацию, все же имеют место;
- настройка однотипных устройств различных производителей выполняется по-разному;
- локализация ошибок конфигурирования сетевого оборудования при отсутствии диагностических функций в системе является затруднительной;
- необходимо учитывать возможные задержки при передаче информации;
- для распределенных кабельных структур обязательным компонентом являются устройства грозозащиты и другие средства обеспечения живучести сети (актуальные и для традиционных сетей на базе стандарт а RS-485);
- имеют место проблемы безопасности передачи данных (особенно коммерческой информации) при использовании беспроводных каналов связи;
- уязвимость системы учета к сбоям ЛВС при интеграции в корпоративную сеть усиливается;
- возможность параллельного использования устройства по одному физическому каналу из нескольких систем должна быть согласованной (например, настройка счетчика электроэнергии из штанного ПО и одновременный сбор с него результатов изменений может привести к некорректным результатам измерений);
- функционирование канала связи при использовании радиосетей операторов мобильной связи и кабельных линий телефонных сетей общего пользования зависит от внешних факторов, не управляемых обслуживающим персоналом системы учета (сбои связи, повреждения кабеля и т.п.).

Для удовлетворения требований по надежности, функциональности и защите информации в проекты систем учета закладываются соответствующие организационные и технические решения. В частности, для обеспечения надежности в ответственных системах предусматривают резервные каналы связи, например GSM-модемы с обменом данными по CSD при основном канале Ethernet/ADSL.


Заключение 

Проводные и беспроводные сетевые технологии являются «кровеносной системой» систем учета. В системах разного масштаба находят применение технологии Ethernet/Fast Ethernet/Gigabit Ethernet, Wi-Fi, WiMAX, CDMA, GPRS, xDSL и другие.

Расширяется поддержка Ethernet в приборах учета. Можно с уверенностью предположить, что уже в ближайшем будущем порт Ethernet или беспроводные коммуникационные средства будут иметься в большинстве появляющихся на рынке приборов учета. В качестве логичного продолжения следует ожидать появления поддержки интернет-протоколов, таких, как HTTP и SOAP.

Таким образом, совершенствование сетевого и коммуникационного обеспечения систем учета соответствует основным тенденциям развития этих систем — универсализации стандартизации технологий, а также интеграции компонентов и функциональных подсистем.



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

Д.А. Волокитин, Е.С. Неретин, Ю.О. Резник,  С.Ю. Соловьев, О.Ю. Чубаров,
ООО «АВИАТЭКС», г.Москва,
тел.: (499) 195-94-92,
е-mail: info@aviatex.ru