Источник статьи

Промышленные коммуникации

Автор: Затеев А.С.

Аннотация:

В статье рассматриваются примеры применения специализированного коммуникационного оборудования в промышленных условиях.

Отличие промышленных информационных сетей от сетей офисных, главным образом, состоит в требованиях к их отказоустойчивости. Последствия потери на несколько минут соединения между компьютерами в офисе может привести разве что к недовольству руководства и лишению премии системного администратора. На производственных же или добывающих предприятиях кратковременный разрыв связи может стать причиной огромных убытков или возникновения опасности для жизни людей. Усугубляет ситуацию и то, что промышленные сети зачастую прокладываются и работают в сложных технологических условиях, где оборудование подвергается воздействию повышенных температур, высокой влажности, регулярным вибрационным и значительным механическим нагрузкам. Очевидно, что офисное оборудование совершенно не применимо в этой области. Нужен абсолютно другой подход как к аппаратной, так и к логической части вопроса. В данной статье мы рассмотрим применение специализированного коммуникационного оборудования в промышленных условиях. В качестве примера будем использовать оборудование, производимое компанией “Korenix”.

Промышленные Ethernet-сети

Этот тип сетей представляет собой децентрализованный подход к построению коммуникаций, в том смысле, что нет одного ведущего устройства, а таких устройств множество. Сеть состоит из отдельных узлов, таких как компьютеры, ПЛК, датчики и пр., объединенных с помощью коммутаторов. Отсутствие единого управляющего центра позволяет легко создавать большие распределенные сети в масштабах предприятия и условно разбивать их на отдельные сегменты в масштабах цехов или отделов. Очень важным в таких сетях является использование широко распространенных протоколов стека TCP/IP и доступность целого спектра возможностей удаленного опроса и управления устройствами.

В больших распределенных сетях обычно применяются управляемые коммутаторы, отличающиеся богатым набором сервисных функций. Для уменьшения паразитного трафика в таких коммутаторах используется протокол управления группами пользователей (IGMP), благодаря которому все члены сети могут посмотреть, какие хосты в настоящий момент объединены в группы и к каким группам они принадлежат и поэтому знают, кто может получить передаваемую ими информацию. Разграничение доступа осуществляется путем создания виртуальных сетей (VLAN), с их помощью цеха или отделы предприятия логически отделяются друг от друга. Доступ к данным, хранящимся и передаваемым в одной сети, будет предоставлен пользователю другой только при соответствующей авторизации. Создается эффект их нахождения в различных локальных сетях. Своевременность доставки наиболее критичных данных обеспечивается заданием уровней качества обслуживания (QoS) для каждого порта коммутатора.

Пакеты с наивысшим приоритетом будут доставляться сетью в первую очередь, в то время как менее важные данные будут ожидать своей очереди в буфере. Применение протокола управления сетевыми устройствами (SNMP) позволяет администратору сети удаленно управлять коммутаторами и получать от них необходимую информацию о состоянии из административной базы данных (MIB) устройства. В то же время при помощи расширения RMON можно выявлять наиболее загруженные трафиком участки сети, не загромождая линии связи большим количеством служебной информации. Эти средства позволяют выявить проблемные участки сети и предпринять необходимые действия до окончательного отказа оборудования. При возникновении нештатных ситуаций обслуживающий персонал должен немедленно информироваться. Для этого используется релейный выход коммутатора, замыкающийся при обрыве линии или выходе из строя порта. Кроме того, используя протокол SMTP, администратор сети может быть оповещен о случившемся по электронной почте.

Управляемые коммутаторы Korenix серии JetNet 4500 и JetNet 4000 оснащены блоками DIP-переключателей, позволяющими в случае выхода из строя одного или нескольких портов, отключить их. Оставшиеся же порты продолжают нормально функционировать. Два резервированных силовых входа гарантируют работу коммутатора даже при выходе из строя одного из блоков питания. Технология Super Ring обеспечивает механизм самовосстановления сети при обрыве или отключении сетевого кабеля. Суть технологии заключается в наличии у коммутатора основного и резервного подключения к сети. В случае отказа основного соединения коммутатор автоматически, менее чем за 300 мс, перенастраивается на работу по резервному подключению, предотвращая сбой работы сети в целом.

В небольших сетях большинство описанных выше функций не востребованы. В них обычно применяются неуправляемые коммутаторы, лишеные части интеллектуальных свойств, более дешевые. Здесь актуальны младшие модели коммутаторов Korenix серии JetNet 3000 и JetNet 3500, позиционируемые как коммутаторы начального уровня, и из всего вышеперечисленного оснащенные только дублированными входами питания, а JetNet 3500 еще и релейным выходом и поддержкой технологии резервирования соединения Super Ring. Повышенные требования к механической прочности коммутаторы Korenix удовлетворяют применением армированных ударопрочных алюминиевых корпусов со степенью защиты IP30. Также в них предусмотрена возможность монтажа на стену и на DIN-рейку.

Сети последовательных устройств

Это централизованные сети, имеющие мастер-устройство и подключенные к нему сервисные узлы. Широкое применение такие сети получили в логистике, где для учета товара или сырья используются сканеры штрих-кодов и соответствующая маркировка. Однако есть и масса других сфер их использования.

Для построения последовательных сетей, управляемых персональным компьютером, используются платы. Условно, по типу интерфейса, последовательные устройства можно разделить на RS-232 и RS-422/RS-485, отличающиеся, в частности, дальностью связи и количеством подключаемых узлов. При использовании большого количества последовательных портов необходимо как можно больше снизить нагрузку на центральный процессор компьютера. Этого добиваются использованием буфера и контроля потока. Для работы с RS-232 подойдет серия плат JetCard 1200, для RS-485 - JetCard 1400 все той же Korenix. Платы производятся на базе чипа Oxford OXmPCI95x, обеспечивающего скорость передачи до 921,6 Кбит/с, автоматический аппаратный контроль потока и встроенный буфер типа FIFO емкостью 128 байт на каждый порт. Все платы JetCard оборудованы 15 КВ защитой, а модели с символом "i" в маркировке - еще и оптической изоляцией.

В качестве интерфейса с компьютером использована 32-битная шина Universal PCI, допускающая установку как в разъем с питанием 3.3 В, так и 5 В. При необходимости использования платы в более широком, нежели штатный, диапазоне температур, производитель предлагает их серию с рабочим температурным диапазоном от -40°С до +80°С. Их отличает символ “w” в конце маркировки. Для взаимодействия с устройствами, имеющими интерфейс RS-232, RS-422 или RS-485, посредством сети Ethernet, существуют серверы последовательных устройств. Они предлагаются как альтернатива мультипортовым платам, предоставляя пользователю увеличенную длину соединения, возможность удаленного администрирования и доступа к узлам из любого места сети, то есть децентрализацию соединения. У Korenix 1-, 2-, 4-, 8- и 16-портовые серверы образуют серию JetPort 5600. Первые три модели способны работать со всеми тремя последовательными интерфейсами, программно настраивая каждый из портов.

Поддерживаемая ими широковещательная рассылка UDP сообщений позволяет администратору отправлять данные сразу на несколько устройств. Удаленный доступ к серверам может осуществляться через SSH v2 по Telnet или через SSL v3 по HTTPS протоколу. При необходимости преобразования интерфейсов или для увеличения длины линии связи, компанией “Korenix” предлагается серия конвертеров JetCon. Последовательные 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 увеличивает максимальную длину линии связи на 1200 м. Для Ethernet-сетей также есть свои преобразователи. Медиа-конвертеры JetCon 2301-m и JetCon 2301-s преобразуют электрический Ethernet в многомодовое или одномодовое оптоволокно соответственно. Различие типов оптического волокна заключается в принципе передачи волны в световой жиле.

Так, в многомодовом волокне сравнительно большой диаметр жилы (50-60 мкм) позволяет передавать одновременно множество лучей или мод. Такое волокно удобно монтировать, на него рассчитаны самые дешевые излучатели, но затухание волн достаточно велико, что сказывается на максимальном расстоянии передачи информации без ретрансляции (до 2 км). Одномодовое же волокно обладает гораздо меньшим диаметром жилы, соизмеримым с длиной световой волны, и распространяться по нему может только одна мода, причем затухание волны в таком случае гораздо меньше, и дальность соединения достигает 30 км. Однако стоимость как монтажа, так и оборудования для работы с одномодовым волокном гораздо выше, чем для многомодового.

Как видно, компания “Korenix” предлагает внушительный перечень промышленного коммуникационного оборудования. Наиболее близко по номенклатуре и функциональности оно к оборудованию Moxa, что и неудивительно, если учесть, что многие руководящие сотрудники и ведущие технические специалисты Korenix ранее работали в компании “Moxa”. При этом стоит заметить, что Korenix, являясь менее известным пока производителем, предлагает свою продукцию по более низкой цене, обеспечивая аналогичную или даже большую функциональность. Захватив прочные позиции в Азии, Восточной и Западной Европе, Korenix начинает осваивать и Российский рынок с помощью компании “ПЛКСистемы”, являющейся ее эксклюзивным дистрибьютором на территории РФ.