32570

АСУ ТП на базе промышленных сетей

Доклад

Производство и промышленные технологии

В условиях бурно растущего производства микропроцессорных устройств альтернативным решением стали цифровые промышленные сети Fieldbus состоящие из многих узлов обмен между которыми производится цифровым способом. Использование промышленной сети позволяет расположить узлы в качестве которых выступают контроллеры и интеллектуальные устройства вводавывода максимально приближенно к оконечным устройствам датчикам и исполнительным механизмам благодаря чему длина аналоговых линий сокращается до минимума. Каждый узел промышленной сети...

Русский

2013-09-04

218.52 KB

11 чел.

В течение многих лет системы обмена данными строились по традиционной централизованной схеме, в которой имелось одно мощное вычислительное устройство и огромное количество кабелей, посредством которых осуществлялось подключение датчиков и исполнительных механизмов. Такая структура диктовалась высокой ценой ЭВМ и относительно низким уровнем автоматизации производства. На сегодняшний день у этого подхода практически не осталось приверженцев. Такие недостатки централизованных АСУ ТП, как большие затраты на кабельную сеть и вспомогательное оборудование, сложный монтаж, низкая надежность и сложная реконфигурация, сделали их во многих случаях абсолютно неприемлемыми как экономически, так и технологически.

В условиях бурно растущего производства микропроцессорных устройств альтернативным решением стали цифровые промышленные сети (Fieldbus), состоящие из многих узлов, обмен между которыми производится цифровым способом. На сегодняшний день на рынке представлено около сотни различных типов промышленных сетей, протоколов и интерфейсов, применяемых в системах автоматизации среди которых Modbus, PROFIBUS, Interbus, Bitbus, CAN, LON, Foundation Fieldbus, DH+, Control Net, Device Net, Ethernet и др.

Использование промышленной сети позволяет расположить узлы, в качестве которых выступают контроллеры и интеллектуальные устройства ввода-вывода, максимально приближенно к оконечным устройствам (датчикам и исполнительным механизмам), благодаря чему длина аналоговых линий сокращается до минимума. Каждый узел промышленной сети выполняет несколько функций:

прием команд и данных от других узлов промышленной сети;

считывание данных с подключенных датчиков;

преобразование полученных данных в цифровую форму;

отработка запрограммированного технологического алгоритма;

выдача управляющих воздействий на подключенные исполнительные механизмы по команде другого узла или согласно технологическому алгоритму;

передача накопленной информации на другие узлы сети.

АСУ ТП на базе промышленных сетей по сравнению с традиционными централизованными системами имеют несколько особенностей:

  1.  Существенная экономия кабельной продукции. Вместо километров дорогих кабелей требуется несколько сот метров дешевой витой пары. Также сокращаются расходы на вспомогательное оборудование (кабельные каналы, клеммы, шкафы).
  2.  Повышение надежности системы управления. По надежности
    цифровой метод передачи данных намного превосходит аналоговый.
    Передача в цифровом виде малочувствительна к помехам и гарантирует доставку информации благодаря специальным механизмам, встроенным в протоколы промышленных сетей (контрольные суммы, повтор передачи искаженных пакетов данных). Повышение надежности функционирования и живучести АСУ ТП на базе промышленных сетей также связано с распределением функций контроля и управления по различным узлам сети. Выход из строя одного узла не влияет либо влияет незначительно на отработку технологических алгоритмов в остальных узлах. Для критически важных технологических участков, возможно дублирование линий связи или наличие альтернативных путей передачи информации. Это позволяет сохранить работоспособность системы в случае повреждения кабельной сети.
  3.  Гибкость и модифицируемость. Добавление или удаление отдельных точек ввода-вывода и даже целых узлов требует минимального количества монтажных работ и может производиться без остановки системы автоматизации. Переконфигурация системы осуществляется на уровне программного обеспечения и также занимает минимальное время.
  4.  Использование принципов открытых систем, открытых технологий, что позволяет успешно интегрировать в единую систему изделия от различных производителей.

В 1978 году Международной организацией по стандартизации (ISO) в противовес закрытым сетевым системам и с целью разрешения проблемы взаимодействия открытых систем с различными видами вычислительного оборудования и разными стандартами протоколов была предложена «Описательная модель взаимосвязи открытых систем» (модель ISO/OSI), которая распределяет сетевые функции по семи уровням (физический, канальный, сетевой, транспортный, сеансовый, представления, прикладной).

Иерархия АСУ промышленным предприятием обычно представляется в виде многоэтажной пирамиды (рис. 4), определяющей разные уровни управления:

Уровень управления и планирования предприятием (ERP/MES);

Уровень управления технологическими процессами (SCADA/HMI);

Уровень управления устройствами объекта автоматизации (Control I/O).

В последнее время рассмотренная структура систем управления существенно усложняется, при этом стираются четкие грани между различными уровнями. Это связано с проникновением Internet-технологий в промышленную сферу, значительными успехами промышленного Ethernet, использованием некоторых промышленных сетей Fieldbus во взрывоопасных зонах на предприятиях химической, нефтегазовой и других отраслей промышленности с опасными условиями производства. Кроме того, появление интеллектуальных датчиков и исполнительных механизмов и интерфейсов для связи с ними фактически означает появление самого нижнего уровня АСУ ТП - уровня сети оконечных устройств (рис. 42).

Рис. 42. Структура многоуровневого ПТК

Большое разнообразие открытых промышленных сетей, интерфейсов и протоколов связано с многообразием требований автоматизируемых технологических процессов. Эти требования не могут быть удовлетворены универсальным и экономически оптимальным решением. Сейчас уже очевидно, что ни одна из существующих сетей не станет единственной, похоронив все остальные. Когда обсуждается вопрос о выборе типа промышленной сети, необходимо уточнять, для какого именно уровня автоматизации этот выбор осуществляется. В зависимости от места сети в иерархии промышленного предприятия требования к ее функциональным характеристикам будут различны. Рассмотрим наиболее часто используемые промышленные сети.

AS-интерфейс

PROFIBUS

ETHERNET

HART – протокол

CAN  протокол


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

23061. Загрози національній безпеці України у воєнній сфері та шляхи їх нейтралізації. Воєнна доктрина України 39 KB
  Воєнна доктрина України. Загрози у воєнній сфері та сфері безпеки державного кордону України: поширення зброї масового ураження і засобів її доставки; недостатня ефективність існуючих структур і механізмів забезпечення міжнародної безпеки та глобальної стабільності; нелегальна міграція; можливість втягування України в регіональні збройні конфлікти чи у протистояння з іншими державами; нарощування іншими державами поблизу кордонів України угруповань військ та озброєнь які порушують співвідношення сил що склалося; небезпечне...
23062. Загрози національній безпеці України в екологічній сфері та шляхи їх нейтралізації 24 KB
  Загрози в екологічній сфері: значне антропогенне порушення і техногенна перевантаженість території України зростання ризиків виникнення надзвичайних ситуацій техногенного та природного характерів; нераціональне виснажливе використання мінеральносировинних природних ресурсів як невідновлюваних так і відновлюваних; неподоланність негативних соціальноекологічних наслідків Чорнобильської катастрофи; погіршення екологічного стану водних басейнів загострення проблеми транскордонних забруднень та зниження якості води; загострення...
23063. Чорнобильська катастрофа як загроза екологічній безпеці України 53 KB
  Україну на цій зустрічі представив Міністр з питань надзвичайних ситуацій та у справах захисту населення від наслідків Чорнобильської катастрофи Василь Дурдинець який виступив із промовою. Також він наголосив на основних аспектах Чорнобильської проблематики. Це було сказано Президентом України Леонідом Даниловичем Кучмою у зверненні з нагоди закриття Чорнобильської АЕС 15 грудня 2000 року. За останні десять років коли Україна самостійно фінансує витрати на ліквідацію наслідків Чорнобильської катастрофи питома вага витрат на ці цілі не...
23064. Роль регіонального співробітництва в забезпеченні НБУ 36 KB
  Роль регіонального співробітництва в забезпеченні НБУ. Зміцнюючи двосторонні зв’язки з країнами цих регіонів Україна водночас налагоджує і взаємовигідну співпрацю на багатосторонньому рівні в рамках регіональних організацій співробітництва ЦЄІ ОЧЕС ГУУАМ СНД ЄврАзЕС що надає їй можливість стверджувати себе як впливову регіональну державу. Ідея БалтоЧорноморської системи співробітництва і безпеки: ініційована Президентом Польщі ще в 19921993 роках. Намагалися визначити шляхи розвитку регіонального співробітництва в політичній...
23065. Співробітництво України з регіональними та субрегіональними організаціями в сфері безпеки 35 KB
  Україна – НАТО. Україна не забарилася з приєднанням до Ради Північноатлантичного співробітництва РПАС і залишалась активною учасницею протягом усієї історії існування цього органу. Україна бере активну участь у заходах ПЗМ як у штабквартирі НАТО так і в країнах членах Альянсу і партнерах а також влаштовувала ряд навчань в рамках ПЗМ на своїй території яворівський полігон. Налагодженно співробітництво між НАТО і Україною в галузі інформації створено Центр інформації та документації НАТО в Києві створено Державну міжвідомчу комісію з...
23066. Поняття ядерної держави, роль ядерного та без'ядерного статусу в забезпеченні національної безпеки країни 32 KB
  Безядерний статус мають ті країни які підписали договір ДНЯЗ і зобов’язалися при цьому не виробляти не придбавати ядерну зброю або інші ядерні вибухові пристрої не домагатися і не приймати допомоги у виробництві ЯЗ. Статья II ДНЯЗ: Каждое из государствучастников настоящего Договора не обладающих ядерным оружием обязуется не принимать передачи от кого бы то ни было ядерного оружия или других ядерных взрывных устройств а также контроля над таким оружием или взрывными устройствами ни прямо ни косвенно; не производить и не приобретать...
23068. Нейтральний та позаблоковий статус і їх роль у забезпеченні національної безпеки 32.5 KB
  поняття нейтралітету трохи змінюється Традиційний нейтралітет передбачає необмежене право нейтральної країни на самооборону від збройного нападу. Нейтралітет як надання рівних послуг ніяких гарантій не давав. Головним принципом нейтралітету стає принцип безсторонності. У Гаазі були прийняті дві конвенції де було кодифіковано принципи дотримання нейтралітету.
23069. Міжнародні гарантії безпеки для нейтральної країни. Права та зобов'язання нейтральної країни 20.5 KB
  Права та зобовязання нейтральної країни. Гарантії які надає нейтральний статус: 1 Територія нейтральної країни є недоторканою і не може бути перетворена в театр воєнних дій. 2 Країни відмовляються від розміщення військ на території нейтральної країни своїх військ або військових баз а також використання її повітряного та морського простору у військових цілях.