Архитектура промышленной сети BitBus (стр. 4 из 23)

Рисунки 1.3., 1.4. и 1.5. показывают возможные стадии развития системной архитектуры от иерархической к одноуровневой.

Система, показанная на рисунке 1.3. похожа на большинство промышленных систем. На заводе каждая ячейка может состоять из множества подсистем, выполняющих управление различными функциями передвижения, монтажа, штамповки и другими действиями. Продукт передвигается от ячейки к ячейке по конвейерной линии в течение монтажного процесса. Каждая ячейка может быть оснащена PLC, встроенным PC, индустриальными компьютерами и т.д., управляющими неинтеллектуальными сенсорами и вводом/выводом. Традиционные системы автоматизации зданий и других систем могут быть сегментированы подобным образом.

Рисунок 1.4. показывает систему промежуточной архитектуры, состоящую из нескольких неинтеллектуальных сенсоров (S) и приводов (A), управляемых центральным контроллером, связанным с распределенными подсистемами, использующими интеллектуальные сенсоры (IS) и приводы (IA). Эти интеллектуальные сенсоры передают контрольные сигналы через одноуровневые соединения.

Рисунок 1.5. состоит только из интеллектуальных сенсоров и приводов. Распределенная система логически сегментирована по функциям для обеспечения модульной реализации. Сегментация с использованием маршрутизаторов локализует передачу информации для избежания ненужных взаимодействий устройств, позволяя ячейкам общаться между собой.

Такая распределенная система работает корректно при условии:

- достаточного адресного пространства;

- наличия логической сегментации системы, реализуемой посредством адресации и фильтрации трафика;

- производительность компьютеров, скорость обмена данными и размер пакета масштабируемы для каждого узла в зависимости от решаемой задачи управления.

Рисунок 1.3. Традиционная иерархическая система.

Рисунок 1.4. Переходная система с иерархическими и равноправными элементами.

Рисунок 1.5. Распределенная система одноуровневой архитектуры.

Уровень OSI/ISO	Цель		Важные Особенности	Выгода
1	2	3		4	5
7	Прикладной уровень	Совместимость приложения, сенсора/привода		1. Высокоуровневые определения объектов интерфейса.2. Стандартные конфигурируемые параметры.	1. Представление любого сенсора/привода или интерфейса контроллера как совокупности объектов высокого уровня.2. Совместимость со стандартными интерфейсами сенсоров.
6	Уровень представления данных	Интерпретация данных		Стандартные типы данных.	Возможность обмениваться и интерпретировать стандартные данные вне зависимости от приложения.
5	Сеансовый уровень	Удаленные действия		1. Запрос/Ответ.2. Аутентификация.	1. Надежность для обеспечения подтверждения действия и подлинности отправителя.
4	Транспортный уровень	Надежность передачи		1. Передача сообщений без подтверждения с/без повторов.2. Передача с подтверждениями.3. Множественные сообщения с/без подтверждения от каждого узла по выбору.4. Обнаружение повторов.	1. Оптимальная связь с большим числом устройств и с устройствами, не подтверждающими прием. Улучшение надежности работы сети.2. Надежная доставка сообщений.3. Производительность и надежность. 4. Устранение лишних повторных сообщений, пришедших окольным путем, что возможно вследствие свободной топологии.
3	Сетевой уровень	1. Маршрутизация, адресация		1. Поддержка маршрутизаторов.	1. Размер и взаимосвязь-поддержка больших сетей.2. Надежность-фильтрация сообщений, сегментация сети на логические ячейки с возможностью их связи.3. Легкость установки и надежность, благодаря поддержке различных типов связи. 4. Надежность связи – создание дополнительных связей между узлами, пользуясь правилом свободной топологии.
2	Уровень линии передачи данных		Доступ к среде передачи и кадрирование.	Демократическая схема доступа к среде передачи + система приоритетов.	1. Короткий период ожидания для важных узлов и демократический доступ для всех остальных.2. Поддержка передачи дискретной и аналоговой, так же как конфигурационной и диагностической информации без потери производительности.
1	Физический уровень		Электрическое соединение.	Поддержка различных сред передачи.	1. Установка.2. Производительность.3. Надежность.

Таблица 1.8.

1.7 Обзор протоколов передачи

Таблица 1.8. содержит информацию о важных сервисных протоколах для шины сенсоров/приводов, полученных в ходе дискуссии на тему системных требований. Для классификации используется семиуровневая модель OSI/ISO.

Семиуровневая модель OSI./ISO

1. Физический уровень - фактическая передача битов по передающей среде, связан с аппаратурой - разъемами, сетевыми платами.

2. Уровень линии передачи данных - обеспечивает связь с фактическим потоком битов на физическом уровне, осуществляет сборку и разборку потока битов на кадры.

3. Сетевой уровень - определяет фактический путь данных между узлами сети, обеспечивает адресацию и маршрутизацию пакетов.

4. Транспортный уровень - организует связь сетевого и сеансового уровня, выполняет сборку и разборку сегментов передачи.

5. Сеансовый уровень-управление сеансом главного компьютера.

6. Уровень представления данных - кодировка и декодировка фактических данных.

7. Прикладной уровень-организация взаимодействия с пользователем.

1.8 Обзор возможных решений

Соглашение о терминологии. Один из факторов, скрывающих тот факт, что обычные платформы могут работать в различных областях производства является вавилонской башней имен этих сетей. Термины “fieldbus”, сеть сенсоров/приводов, сенсорная сеть, управляющая сеть, существовали и раньше, а термин “приборная сеть” появился недавно.

В чем отличие “fieldbus” от управляющей сети (control network)? “Field” инструментарий является более совершенным средством, чем аналоговые сенсоры или составные сенсоры, так же как рабочие станции более совершенны, чем персональные компьютеры. Следует заметить, что на каждый “field instrument” (полевой инструмент) приходится порядка 10 датчиков. Таким образом, для подключения этих устройств к общей сети в стиле “control network”, необходимо использовать “fieldbus”. Если мы используем разнородные устройства, то необходимо использовать разнородные способы подключения. Общая шина, обеспечивающая потребности “field instruments” (полевых инструментов) в вычислительных ресурсах и данных, а также потребности недорогих датчиков, решает обе проблемы.

Приборная сеть определяется как сеть, которая в первую очередь включает в себя дискретные сенсоры. Таким образом, промышленные клиенты сталкиваются с тремя названиями: “fieldbus”, управляющая сеть и приборная сеть.

В независимости от названий, производственные группы работают над выработкой стандарта для шины, соединяющей сенсоры и приводы в промышленной автоматизации, автоматизации зданий, на транспорте и в медицинских системах. В некоторых случаях еще остались группы, занимающиеся удовлетворением требований подсистем в этих областях. Например, в области автоматизации зданий специалисты ASHRAE недавно занялись проблемами управления освещением, пожарной сигнализации, контроля доступа, начав с нужд систем кондиционирования и вентиляции. Прилагаются усилия для выработки решений в области транспортных систем, в том числе метро, железных дорог, локомотивов, сигнальных систем, самолетов, кораблей, подводных лодок, машин, автобусов и грузовиков.

Подобная независимая инициатива была проявлена в Интеллектуальных Авто Дорожных Системах (IVHS) для автоматизации сбора оплаты, создания интеллектуальных перекрестков и других, более футуристических интеллектуальных систем управления движением, таких как караваны машин с автоматическим управлением. Все эти проекты связаны с одними конечными устройствами - сенсорами и приводами. С точки зрения связи приложений, конфигурирования и диагностики, существует несколько сходных и различных требований. Уникальные требования могут быть удовлетворены различными дополнениями к основной технологии.

Понятно, что сначала промышленность выиграет от определения основной марки: сеть сенсоров или управляющая сеть. Термин управляющая сеть предпочтительнее, чем сеть сенсоров, т.к. сенсоры и приводы есть в обеих сетях, и контрольные функции могут осуществляться централизованной управляющей системой или распределенной управляющей системой.

Если на практике требования окажутся однородными, то отпадет необходимость в использовании различной терминологии. В случае существования четких различий, наилучшим решением станет использование управляющей сети для автоматизации производства, зданий и заводов.

Некоторые варианты. Вопрос о необходимости определения единого протокола для управляющих сетей “Один Мир - Один Протокол” остается без ответа до настоящего времени. Основными доступными сейчас и в будущем вариантами являются:

- Решения, основанные на CAN, такие как CAN автоматизация, DeviceNet, J1850 и SDS;

- Шины простых сенсоров Seriplex и Bitbus;

- Технология LonWorks;

- CEBus;

- BACnet;

- Инструментальные шины IEEE488;

- Производственные решения MAP и ARCnet;