CC BY
22
Принципы организации сетевого взаимодействия в системах
промышленной автоматизации
Попов С.Н., Попов А.С.
Московский государственный институт электроники и математики
Современные системы промышленной автоматизации имеют двух или трехуровневую иерархическую структуру. Первый уровень представлен, как правило, рядом контроллеров и (или) интеллектуальных подсистем сбора данных (ИПСД). Контроллеры предназначены для работы в жестком промышленном диапазоне температур (-40С - +85С) и расположены в «поле», в непосредственной близости от объектов автоматизации. Программное обеспечение контроллеров реализует функции сбора и предварительной обработки сигналов, поступающих с датчиков. ИПСД имеют практически ту же архитектуру, что и контроллеры, однако работают под управлением программы сбора данных, поставляемой производителем ИПСД и управляемой командами, поступающими от компьютера.
Второй уровень автоматизации представлен рабочими станциями (обычно имеют архитектуру IBM PC). На программное обеспечение рабочих станций возложены функции диагностики, визуализации хода технологического процесса, оперативное архивирование данных и управление работой контроллеров и ИПСД. Здесь же расположены инженерные рабочие станции (ИРС), решающие задачи загрузки ПО и параметризации контроллеров.
На третьем уровне иерархии находятся рабочие станции диспетчерского управления и серверы баз данных.
При построении сетевого взаимодействия всех перечисленных средств необходимо удовлетворить ряд противоречивых требований, а именно:
- обеспечение высокой помехозащищенности коммуникаций между 1 и 2 уровнем
- обеспечение детерминированного характера обмена данными на 1 уровне
- обеспечение высокой надежности каналов связи на 1 уровне
- обеспечение значительной длины (до 500 м) каналов связи между 1 и 2 уровнем
- обеспечение безопасности сетевого обмена на 1 и 2 уровне автоматизации
- обеспечение высокой скорости обмена на 2 уровне и между 2 и 3 уровнями автоматизации.
Для реализации указанных требований предложена следующая структура сетевого взаимодействия. Все контроллеры и ИПСД имеют помехозащищенный промышленный интерфейс RS-422 и по топологической схеме «звезда» подключаются к блоку ETHERNET сервера. Данный сервер выполняет функции преобразования интерфейса RS-422 в интерфейс ETHERNET. ETHERNET сервер может функционировать как в режиме виртуальных COM-портов, так и в режиме TCP-сервера для клиентских приложений выполняющихся на рабочих станциях. Любая рабочая станция второго уровня может иметь доступ к данным всех контроллеров и ИСПД.
Все рабочие станции второго уровня имеют по 2 сетевых адаптера ETHERNET 10/100 TP. Первый адаптер подключен к выделенному сегменту ETHERNET, по которому ведется обмен данными с контроллерами и ИПСД. Второй адаптер подключен к общей сети АСУТП и позволяет вести обмен данными как между рабочими станциями второго уровня, так и между вторым и третьим уровнем автоматизации.
Предложенная схема сетевого взаимодействия реализована в комплексе систем автоматизации «Кристаллизатор», предназначенного для управления ходом непрерывной разливки стали. Пять таких комплексов в течении года эксплуатируются на предприятии «Северсталь» (г. Череповец).
