- Системная интеграция.
Системная интеграция - это ключевая область, в которой требуется глубокое понимание реализации системной архитектуры, сервисных протоколов, средств разработки и инструментария. Легкость системной интеграции имеет прямое влияние на стоимость установки и текущей эксплуатации. В бытовых условиях это означает, что даже десятилетние дети и пожилые родители могут изменять конфигурацию системы безопасности без вызова специалиста. В случае офисного здания разница стоимости установки системы может достигать 20%, что может составлять от сотен тысяч до нескольких миллионов долларов и достаточна, чтобы возбудить дискуссию с покупателем. На производственном предприятии экономия может составлять до 40%.
Наиболее важным из вышеперечисленных факторов является качество реализации стека протоколов передачи данных. Обзор наиболее качественных решений выделяет различия в целесообразности их применимости. Компьютерный мир предоставляет нам очень поучительный урок. Мир ОС UNIX, содержащий максимально совместимые решения, вынужден сейчас развиваться в сторону DOS, несмотря на неоспоримое техническое превосходство. Даже во время второго раунда, когда UNIX все еще мог предложить большие возможности, нежели Windows NT, последний был более популярен. Мир PC страдает от многочисленных ошибок несовместимости, добиваясь жизнеспособности. 98% компаний, ориентированных на PC выходят из бизнеса, поскольку их продукты вызывают слишком много побочных эффектов для других приложений.
Пользователи, купившие свои PC, мучаются каждый день от необъяснимых аномалий операционной системы. Разработчики программного и аппаратного обеспечения PC хорошо помнят кошмары тестирования системного уровня своего продукта на совместимость с огромным числом других программ. В мире множественных реализаций любого сложного стандарта (операционная система, сетевой протокол) немного решений проходят проверку временем с точки зрения Plug&Play совместимости. Понятие правильной реализации теста обречено быть ограниченным в своей практической годности, поскольку реальные тесты всегда не полны, и не дают полной верификации. Более того, все реализации, точные или нет, являются предметом для личных интерпретаций.
| Функция системы | Реализация архитектуры/протокола |
| Качественный стек протоколов | Единая реализация для всех применений или строгий набор тестов, исключающий несоответствие спецификации. |
| Постоянное поведение уровня приложения | Стандартные интерфейсы уровня, сформулированные в терминах объектов приложений и параметров конфигурации. |
| Инструменты для проведения верификации системного уровня функций, выполняемых проектируемой системой. | Инструменты, решающие все проблемы системного дизайна в интегрировано – разработка узлов, спецификация и верификация соединений, анализ сетевого трафика. |
| Инструменты, позволяющие “прозрачное” превращение системы разработки в готовую рабочую систему. | Качественная системная архитектура. “Лабораторный” и “полевой” инструментарий, который качественен по своей архитектуре. |
Таблица 1.4.
- Установка системы, эксплуатация и диагностика.
Возможно, одним из наиболее неоспоримых и легко понимаемых из вышеперечисленных факторов, является соотношение цены к длине проложенной линии. Прокладывать кабель по существующим коммуникациям может стоить несколько долларов за метр, в то время как раскапывать прилегающий к историческому зданию двор, оживленный перекресток или завод без остановки выпуска продукции – гораздо дороже. Стоимость установки системы может достигать 80% от стоимости контракта. Поэтому вопрос возможности выбора правильной среды передачи очень важен. Основываясь на особенностях индустрии, таблица 1.6. классифицирует требования к среде передачи. Возможность разнородной среды передачи в одной и той же сети предпочтительна для всех видов промышленности, поскольку позволяет провести глобальную оптимизацию путем оптимального локального выбора. Легкость установки является основным фактором выбора среды передачи для любого применения. Однако, многие другие факторы также имеют серьезное влияние, среди них не восприимчивость к EMI, электрическая изоляция, компактность и другие.
| Функция системы | Реализация архитектуры/протокола |
| Установка | Поддержка нескольких возможных сред передачи для каждого приложения.Гибкое разделение. |
| Эксплуатация | Легкость подключения/отключения устройств |
| Диагностика | Удаленный доступКоличество и тип информации, определяемые пользователем.Сетевая диагностика, ошибки связи, причины ошибок, статистика устройств. |
Таблица 1.5.
| Приложение | Связь и конфигурация |
| Промышленная Автоматизация | Использование витой пары >20mA.Свободная топология для подключения и изменений.Длина провода до 2000 м без репитера.Высокая EMI надежность. |
| Автоматизация Зданий | Оптоволокно для крупных линий.Использование ИБП.Малая стоимость установки простого кабеля, свободная топология, Малая стоимость и размеры репитеров. Изоляция от случайного заземления. |
| ТипСвязи | Оптоволокно в для неблагоприятных условий.RF для мобильных систем, связанных со стационарными.Стандартный кабель витая пара. |
| ДомашняяАвтоматизация | Использование RF и витой пары.Свободная топология. |
Таблица 1.6.
- Стоимость эксплуатации и окупаемость.
В среднем по промышленным предприятиям необходимый срок окупаемости нового оборудования снижается. Период переоснастки производственных линий фабрик снизился с 6-10 лет до 3-4 лет. В полупроводниковом производстве линии обновляются каждые 2-3 года. Ресурс вагонеток составляет 5-10 лет. Системы автоматизации зданий могут служить больше, но нуждаются в периодических доработках и модификациях.
| Задачи, решаемые системой | Применяемое решение |
| Приобретение | · Большое количество специализированных СБИС, других компонентов и встраиваемых блоков.· Доступность консультационных служб и сервисов.· Недорогое конструктивное исполнение. |
| Дизайн, разработка и интеграция | · Интегрированный инструментарий системного дизайна, позволяющий упростить разработку, обеспечивающий безошибочное функциональное взаимодействие и короткий срок внедрения.· Архитектура в стиле “Дизайн для совместимости”, средства разработки и верификации готовых блоков на совместимость.· Легко подключаемые встраиваемые блоки, такие как API и другие продукты широкого профиля.· Легкость интеграции в существующую инфраструктуру, само перестраивающиеся продукты. |
| Эксплуатация | · Совместимость· Инструментарий для сопровождения, использующий системную базу данных, совместимую с лабораторной средой разработки.· Поддержка архитектурой гибкой удаленной отладки, легкое удаление/перепрограммирование и замена.· Гибкое быстрое обновление и переконфигурация.· Выделенный диапазон в адресном пространстве, выбор среды передачи и так далее, таким образом, что система не устаревала длительное время. |
Таблица 1.7.
1.6 Системная архитектура
В дополнение к анализу системных аспектов влияющих на особенности управляющих сетей, приведенному выше, давайте также рассмотрим другой важный пункт, который имеет сильное влияние на эти особенности – историю и тенденции развития архитектуры управляющих сетей.
Модели многих компьютерных систем прошлого были иерархическими и состояли из нескольких уровней. IBM-овский SNA и DEC-овский DNA, во времена их расцвета, показали здоровый спектр мэйнфреймов а также больших и малых миниЭВМ, использующих многоуровневую архитектуру с большим количеством вспомогательных персональных компьютеров на низших уровнях. Конечно, разница между таким взглядом и сегодняшней реальностью достаточно очевидна. Современные системы состоят из сети распределенных систем клиент\сервер, связанных посредством маршрутизаторов, мостов и шлюзов. Многие клиентские компьютеры и сервера обладают одинаковой производительностью, лишь небольшое количество их более мощные нежели остальные, включая многочисленные рабочие станции, редкие миниЭВМ и почти вымершие мэйнфреймы.
Устаревшая архитектурная модель состоит из пяти уровней (рис 6). Не смотря на то, что мир контрольных сетей не является настолько продвинутым, как компьютерный, его развитие в этом направлении неизбежно, благодаря преимуществам этой технологии для конечных пользователей. Децентрализация компьютерных систем приносит колоссальные вычислительные мощности туда, где при централизованной системе это было просто невозможно. Распределенное управление, аналогично, позволяет расширить круг управления. Распределенные системы контроля одноуровневой архитектуры установлены в офисных зданиях, жилых домах, гостиницах, на транспорте и др. Индустриальные системы контроля, загроможденные своим установленным оборудованием, задержались на старте, но теперь набирают скорость и развиваются в том же направлении. Системы управления одноуровневой архитектуры работают в газовых хранилищах, очистных сооружениях, заводах, металлургических комбинатах, автоматических производственных линиях, нефтепроводах и др. Микро PLC (Programmable Logical Controller) и сетевые микро PLC наиболее перспективное направление на рынке дискретного управления.