CC BY
17ВЗРЫВОЗАЩИЩЕННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
А. Махмудов, генеральный директор, ООО «Р.ШТАЛЬ»
ETHERNET И REMOTE I/O -БУДУЩЕЕ В АСУ ТП
Современные коммуникационные системы занимают все больше места в автоматизации процессов. Наряду с такими решениями, как полевая шина, как правило, на основе Foundation Fieldbus в эти области вовлекаются сети индустриального Ethernet. Примечательно, что для Ethernet-стратегии пользователей Fieldbus Foundation и Profibus важную роль играет хорошо зарекомендовавшая себя техника Remote I/O.
Особенно на установках, которые занимают большие пространства Ethernet-коммутируемые, зачастую связанные оптическим кабелем, Remote I/O способны обработать большое количество сигналов при небольших затратах. Такие системы доступны в настоящее время и для взрывоопасных зон класса 1. Мы расскажем здесь о построении, предпосылках и перспективах сосуществования Fieldbus, Industrial Ethernet и систем Remote I/O. Ethernet-технология с момента ее возникновения в 1973 году к настоящему времени широко распространилась и доминирует в основном в секторе офисного IT. Промышленное же применение возникло около двадцати лет назад и стало шаг за шагом заменять классические 4-20 мА. Развитие шло быстрее в автоматизации производств,
Рис. 1. Remote I/O, подключенное к искробезопасному оптическому Ethernet
чем в автоматизации процессов. Первые Ethernet решения для автоматизации процессов появились в недалеком прошлом, после таких решений, как HART и полевая шина Profibus или Foundation Fieldbus. Одно из основных преимуществ сквозных Ethernet-сетей лежит в ее вертикальной интеграции: через всю сеть вплоть до верхнего уровня менеджмента предприятия можно иметь связь с датчиком или исполнительным устройством в поле. Для пользователя это не только высокий комфорт, но и функционально новые опции. Прозрачный доступ ко всем уровням благодаря стандартизации технологии возможен без особых усилий. Ethernet обеспечивает высокую скорость обмена данными, даже при большом числе пользователей в сети. К этим замечательным качествам нужно прибавить доступные расходы на железо, так как применяются в основном стандартные промышленные компоненты, которые стали за долгие годы развития технологии очень дешевыми.
НЕПРЕРЫВНОСТЬ И РЕЗЕРВИРОВАНИЕ
То, что развитие передачи данных на основе Ethernet развивается в промышленных установках и машинах значительно медленнее, чем в остальном IT, имеет свои причины. Три основных недостатка стояли долго на пути этой технологии и все еще препятствуют ее развитию. Первое, что требуется от сети, - это жесткий режим реального времени.Сети Ethernet здесь требуется доработка, которая дополняла или заменяла бы медленные и не очень надежные
г:"
Рис. 2. Remote I/O для искробезопасного Profibus DP
протоколы TCP и UDP. Единый стандарт для этого отсутствует. Второе требование - это то, что многие процессы требуют по условиям безопасности сети с резервированием: при неисправностях необходимо мгновенное переключение на альтернативные цепи и резервные приборы. Даже используя последние стандартные Ethernet-доработки, такие как Spanning Tree Protocol и Rapid Spanning Tree Protocol, не удается обеспечить требуемую скорость. Многие производители в нефтяной и газовой индустрии требуют структуры с резервированием со скоростью реакции и переключения между 100 и 500 мсек. В доработках Spanning Tree и Rapid Spanning Tree эти значения находятся в секундном диапазоне.
ВЗРЫВОЗАЩИТА
Важным является то, что на технологических установках в нефтяной и газовой индустрии сеть, ее компоненты и потребители располагаются во взрывоопасных зонах и к ним предъявляются требования по взрывозащите. Возможные решения зависят от применяемого кабеля и, соответственно, от условий
12 \\ ТЕРРИТОРИЯ нефтегаз \\
\\ № 4 \\ апрель \ 2011
\\ ТЕРРИТОРИЯ НЕФТЕГАЗ \\
его прокладки, по возможности должны выполнять определенные требования по эксплуатации - особенно что касается коммутации компонентов установки во время работы, ревизионных операций, замены или добавления оборудования без остановки процесса. Некоторые виды взрывозащиты, применяемые для этих целей, всем хорошо знакомы: это, например, вид защиты «Искробезопас-ная цепь» или «Взрывонепроницаемая оболочка». Другие виды взрывозащиты, такие как «op is» (IEC 60079-28) либо взрывозащита для радиоволн, пока малоизвестны потребителю. Все эти три условия - непрерывность, резервирование и взрывозащита, классическая технология Ethernet не выполняет, да и не требовалось от нее выполнения этих условий для обычного рабочего места в офисе.
эффективный ввод сигналов
Даже на самых новых установках, которые декларируются как образец новейших технологий, вы точно встретите коммуникационные технологии разного поколения и уровня мощности. Большая часть сигналов часто передается по классическим линиям. Системы распределенного ввода вывода во многих случаях, как и раньше, являются самыми эффективными - особенно для простых дискретных сигналов либо для подключения существующих датчиков. Очевидные преимущества систем Remote I/O перед соединением точка-точка с классическими разделителями: меньшие затраты на кабель, система занимает меньше места, гораздо большие возможности для диагностики. Но современный пакет Remote I/O должен предполагать простую интеграцию в современные системы связи. В 1990-е гг. самой распространенной сетью была Profibus DP, которая позволяла пере-
рис. 3. Стандартные модули ввода/ вывода системы IS 1, подключенные к Ethernet CPU+Power
WWW.NEFTEGAS.INFO
рис. 4. интеграция Ethernet, Remote I/O и Foundation Fieldbus от «р. ШтАль»
дачу большого количества данных в приемлемое время.
Для взрывоопасных зон он предлагал возможность построения сетей как на основе медного, так и на основе оптоволоконного кабеля. Все чаще в АСУ ТП требовался взрывозащищенный интерфейс Profibus DP, который компания R.STAHL впервые ввела для взрывоза-щищенных Remote I/O и который был преобразован в 2003 г. в стандарт для организации пользователей Profibus.
REMOTE I/O в СЕТях ETHERNET
Следуя за развитием тренда вертикальной интеграции, от систем Remote I/O все чаще требуется интерфейс Fast Ethernet. Некоторым производителям удалось осуществить соответствующие разработки. Система IS1 предлагает Ethernet Remote I/O с функцией полной «горячей замены» для взрывоопасной зоны класса 1. Модули ввода/вывода для варианта Ethernet точно такие же, как для обычного Profibus или Modbus варианта. Это означает, что для перехода от Profibus-DP версии необходимо замена только блока CPU. Эта система Remote I/O позволяет в случае неисправности переключение на резервные цепи всего за 200 мсек. Скорость передачи данных в системе до 100 Мбит/с, а для надежной связи используется Ethernet-протокол реального времени Modbus TCP, который напрямую поддерживается такими системами, как Centrum CS от Yokogawa или Delta V от Emerson. Конфигурация и диагностика осуществляется с помощью удобного решения DTM, так как для протокола Modbus TCP нет стандартных инструментов. Следующие варианты
№ 4 \\ апрель \ 2011
систем на базе Ethernet будут также иметь возможность связи с более мощными протоколами Foundation Fieldbus HSE или ProfiNet, которые имеют интегрированные функции диагностики и конфигурирования. Для того чтобы создать систему Remote I/O с Ethernet-технологией, связанную оптическими кабелем и разнесенную на многие километры, необходимы соответствующие разделители и коммутаторы. Для этого и существуют компоненты, имеющие вид взрывозащиты «op is», где энергия оптического излучения ограничивается до такой степени, что в случае обрыва кабеля оптическое излучение не сможет нагреть частицы или поверхность до опасных температур. Это также означает, что в оптически искробезопасных цепях можно коммутировать компоненты во время работы системы без ее отключения, это особенно важно для мобильных устройств. Благодаря промышленному Ethernet открываются новые дополнительные возможности для более быстрой и эффективной передачи сигналов. Кроме этого, Ethernet позволяет построение структуры вертикальной интеграции от верхнего уровня для уровня поля. Компания R.STAHL активно участвует в процессе интеграции техники Remote I/O в архитектуры систем управления совместно с крупными международными организациями Profibus International и Fieldbus Foundation. Так, в 2007 г. была создана рабочая группа FF HSE-RIO на базе производства R.STAHL в г. Валь-денбург (Германия), которая занимается исключительно вопросами Fieldbus. Компания R.STAHL производит сегодня весь спектр устройств, необходимых для построения промышленных сетей во взрывоопасных зонах классов 1 и 2 на базе Modbus, Profibus, Foundation Fieldbus и Ethernet.
ооо «р.шталь»
129085, г. Москва, звездный б-р, д. 21, стр. 1, оф. 533 тел./факс: +7 (495) 616-32-52 e-mail: info@stahl.ru.com www.stahl.ru.com
\\ взрывозащищенное оборудование \\ 13
