Структура сетей

Средства коммуникаций обеспечивают создание сетей для обмена данными между различными микропроцессорными средствами автоматизации. К ним относятся модули коммуникационных процессоров для соединения контроллеров «точка—точка» и адаптеров магистральных интерфейсов связи, коаксиальные и оптоволоконные кабели, повторители, интерфейсные мультиплексоры и др. Структура информационных сетей может быть магистральной (линейной), радиальной (типа «звезда»), кольцевой и древовидной. При создании систем отдают предпочтение магистральным структурам, которые по сравнению с другими структурами требуют меньших материальных затрат при прокладке кабелей, легко расширяются и позволяют осуществлять непосредственную коммуникационную связь от абонента к абоненту через единственную линию передачи данных. Как правило, сети делают открытыми для интегрирования компьютерных средств автоматизации различных производителей. С этой целью выпускаются мосты и межсетевые преобразователи для связи различных локальных сетей и интерфейсов.
Из разнообразных типов средств коммуникации можно создавать сети, оптимально приспособленные к топологии технологического комплекса и обеспечивающие требуемые объемы и скорости передачи информации.
Для связи агрегатов в технологическом комплексе, а также для единого управления комплексами на производстве, применяют локальные промышленные сети. В промышленности применяется большое количество сетей. Наиболее известными и часто используемыми являются сети: Industrial Ethernet, Ethway, Mapway, Profibus, Modbus, Modbus plus, Fipio, Unitelwey, Fipway, Masterbus.
Промышленные сети, как правило, имеют трехуровневую структуру построения.
На нижнем уровне обеспечивается взаимодействие между агрегатами (их подключение и обмен информацией между ними), что дает возможность: экономии модулей входов/выходов; простого и быстрого монтажа; электропитания датчиков и исполнительных механизмов через коммуникационные линии; осуществления функций самотестирования и параметрирования; достижения высокой помехозащищенности и др. На этом уровне соединяются датчики и исполнительные механизмы с системой автоматизированного управления. Максимальная длина соединительной линии примерно 100 м без повторителей и примерно 300 м с повторителями.
Средний уровень предназначен для координации работы всех агрегатов, входящих в технологический комплекс, для получения информации от каждого из них, визуализации режимов работы комплекса. Протяженность сети может быть от 1200 м до 100 км в зависимости от физической среды передачи данных и применения повторителей.
Верхний уровень (административный) предназначен для связи с системой управления производством.
К промышленным сетям предъявляют следующие требования:
выполнение разнообразных функций по передаче данных, включая пересылку файлов, поддержку терминалов, обмен с внешними запоминающими устройствами, обработку сообщений, доступ к файлам и базам данных, передачу речевых сообщений;
подключение большого набора стандартных и специальных устройств, в том числе оборудования контроля и управления и др.;
подключение современных и перспективных, а также ранее разработанных устройств с различными программными средствами, архитектурой, принципами работы;
доставка с высокой достоверностью информации адресату;
обеспечение непосредственной взаимосвязи между подключенными устройствами без промежуточного накопления и хранения информации;
простота монтажа, модификации и расширения сети; подключение новых устройств и отключение прежних без нарушения работы сети длительностью более 1 с.
Взаимодействие устройств в сети должно отвечать следующим требованиям:
возможность для каждого устройства связываться и взаимодействовать с любым другим устройством;
обеспечение равноправного доступа к физической среде для всех пользователей;
возможность адресации пакетов информации одному устройству, группе устройств, всем подключенным устройствам.
Информационные требования заключаются в следующем:
должны быть обеспечены «прозрачный» режим обслуживания, а также возможность приема, передачи и обработки любых сочетаний битов, слов и символов;
пропускная способность сети не должна существенно снижаться при достижении полной загрузки.
Требования к надежности и достоверности заключаются в следующем:
отказ или отключение питания подключенного устройства должны вызывать только переходную ошибку;
средства обнаружения ошибок должны выявлять все пакеты, содержащие до четырех искаженных битов. Если же достоверность передачи достаточно высока, сеть не должна сама исправлять обнаруженные ошибки; функции анализа, принятия решения и исправления ошибки должны выполняться подключенными устройствами.
Перечисленные требования обусловливают основные особенности промышленных сетей: возможность размещения их на сравнительно небольшой территории; наличие высокоскоростного общего канала (физической среды); отсутствие применения средств и методов сетей общего пользования без накладывания ограничений на эти сети; соединение в сетях самых разнообразных и независимых устройств (термин «высокоскоростной канал» условен, поскольку скорость передачи оценивается только по отношению к подключенным устройствам).