Андрій Любашин
Проникнення комп'ютерів і мікропроцесорів в наше життя стає всеосяжним. Сама назва "інтелектуальне пристрій" однозначно говорить про присутність в ньому мікропроцесора. Сьогодні вже цілком реально будувати системи автоматизації за участю колись абсолютно пасивних, а нині здатних до "спілкування" різноманітних механічних клапанів і засувок.
Відкриття міждержавних, і перш за все економічних кордонів дало можливість вітчизняним фахівцям не тільки познайомитися з найсучаснішими технологіями в області побудови систем комплексної автоматизації, а й активно їх використовувати. Сам по собі цікавий той факт, що зараз в середовищі фахівців від автоматизації ведуться суперечки не про те, на яких мікросхемах побудована пам'ять або яка використана елементна база, немає. Суперечки точаться насамперед про те, використання яких технологій сьогодні дасть хороший результат завтра.
Основна мета побудови розподілених систем автоматизації - здешевлення та спрощення технологій виробництва та експлуатації системи автоматизації за рахунок, зокрема, забезпечення наскрізного мережевого доступу: від потужних супервизорного комп'ютерів і багатофункціональних контролерів до інтелектуальних пасивних елементів (датчики, регулятори і т. П.). При цьому такий зв'язок має задовольняти всім сучасним вимогам по функціональності, надійності та відкритості.
На Заході комунікаційна технологія побудови єдиної інформаційної мережі, що об'єднує інтелектуальні контролери, датчики і виконавчі механізми, визначається одним терміном fieldbus (польова шина, або промислова мережа).
Fieldbus - це, по-перше, якийсь фізичний спосіб об'єднання пристроїв (наприклад, RS485 або оптоволокно) і, по-друге, програмно-логічний протокол їх взаємодії. Причому "ваговий коефіцієнт" програмно-логічних протоколів по відношенню до фізичної середовищі, в загальному розумінні такого терміна, як fieldbus, становить не менше 95%. Дуже часто на нашому внутрішньому ринку, навіть в середовищі професіоналів, на жаль, можна зустріти "фахівців", котрі тлумачать поняття fieldbus тільки як якусь фізичну RS485-середу. Це глибока помилка і нерозуміння суті питання.
Через насиченість ринку пропозиціями в цій області надзвичайно актуальною можна вважати саму проблему вибору деякого fieldbus-рішення. Дійсно, коли на ринку пропозицій обертаються близько 50 fieldbus-систем, то без чітко сформульованих критеріїв складно віддати перевагу будь-якій з них. Перший і, може бути, головне питання, на який необхідно отримати відповідь: що краще використовувати - частнофірменное рішення від однієї компанії або рішення, що спирається на стандарти, підтримувані великим числом фірм? Відповідь тут далеко не такий однозначний, як здається.
Стандартні і приватні рішення
Об'єднання в одну цифрову мережу декількох пристроїв - це тільки початковий крок до організації їх ефективного і надійного взаємодії. Там, де комунікаційні системи гомогенні, т. Е. Всі пристрої від одного виробника, апаратно-програмні проблеми, як правило, вирішені. Але коли мова йде про побудову систем з використанням пристроїв різних виробників, то неминуче виникають проблеми їх сумісності.
Унікальні системи (одна компанія виробляє і підтримує), що працюють за унікальними протоколам зв'язку, отримали назву закритих систем. Більшість таких систем зародилося в часи, коли проблема інтеграції виробів різних виробників не вважалася актуальною.
Однак тільки використання принципів відкритих систем дозволяє успішно вирішувати проблеми, пов'язані з інтеграцією виробів різних виробників в єдину систему.
Стосовно до промислових мереж приватні рішення є інтелектуальною власністю окремих компаній і використання таких технологій обмежується необхідністю отримання ліцензії на право користування. Інша справа - відкриті системи, відкриті технології, відкриті мережі.
Відкриті мережі, як мінімум, характеризуються такими параметрами:
- наявністю опублікованих повних специфікацій і можливістю їх придбання за розумні гроші;
- наявністю критичного мінімуму доступних компонентів (інтерфейсні кристали і готові вироби) ряду незалежних постачальників;
- організацією добре певного процесу ратифікації можливих доповнень до стандартів і специфікаціям.
Коротше це можна сформулювати так: кожен бажаючий має можливість використовувати те, що вже напрацьовано, або робити власні розробки, в тому числі такі, які можуть бути застосовані іншими.
Якщо деяка fieldbus-технологія відноситься до відкритих систем, то вона повинна мати наступні принциповими якостями:
- включаемость (interconnectivity) - пристрої від різних виробників повинні без перешкод вільно включатися в загальну мережу;
- взаємодією (interoperability) - компоненти від різних постачальників повинні використовувати однакові протоколи, щоб "розуміти" один одного;
- взаємозамінністю (interchangeability) - можливістю замінювати пристрої аналогічними пристроями інших виробників.
Очевидно, що кінцевою метою створення відкритої промислової мережі є досягнення саме взаємозамінності окремих її компонентів. Це можливо, якщо специфікації протоколів повні і існує налагоджена система тестування і сертифікації нових виробів. У загальному сенсі поняття "відкритості / стандартності" промислової мережі повністю тотожне цим поняттям для, скажімо, LAN-технологій.
Результати досліджень ринку промислових мереж, надані незалежними маркетинговими компаніями, переконливо свідчать про постійне зростання відкритих fieldbus-систем: близько 20% в рік.
Що таке fieldbus?
Поняття fieldbus містить в собі слово field, т. Е. Область, сфера, місце для вкладання. Рівень застосування промислових мереж (fieldbuses) включає пристрої, які обслуговують реальний процес виробництва і переробки матеріалів. Вихід в системи подання (візуалізації) даних, комерційні та адміністративні системи організовується, як правило, за допомогою стандартних офісних мереж типу Ethernet з протоколом TCP / IP.
Fieldbus - це загальний термін, що визначає деяку цифрову мережу, покликану замінити широко використовувалася раніше централізовану аналогову 4-20mA - технологію. Така мережа є цифровий, двобічної, многоточечной, послідовної комунікаційною мережею, використовуваної для зв'язку ізольованих один від одного (за функцією) пристроїв, таких, як контролери, датчики, силові приводи і т. П. Кожне field-пристрій існує самостійним обчислювальним ресурсом, що дозволяє відносити його до розряду інтелектуальних (smart fieldbus device). Кожне таке пристрій здатний самостійно виконувати ряд функцій по самодіагностики, контролю і обслуговування функцій двобічної зв'язку. Доступ до нього можливий не тільки з боку інженерної станції, але і з боку таких же, як і вона сама, пристроїв. Тому технологія fieldbus - це щось більше, ніж просто заміна 4-20mA - технології.
Fieldbus - це мережа для промислового застосування, логічно дуже схожа на LAN-мережі, що застосовуються в офісних додатках. Однак промислові мережі повинні відповідати специфічного набору вимог:
- жорстка детермінованість поведінки;
- забезпечення функцій реального часу;
- робота на довгих лініях з використанням недорогих фізичних середовищ (наприклад, кручена пара);
- підвищена надійність фізичного і канального рівнів передачі даних для роботи в промисловому середовищі (при високому рівні електромагнітних завад);
- наявність спеціальних високонадійних механічних сполучних компонентів.
Ключова вимога тут - детермінованість поведінки, що припускає, що всі можливі події в мережі можуть бути заздалегідь чітко визначені, і підвищена надійність передачі даних.
Мал. 1. Загальне зниження витрат при переході на цифрові мережі -до 40%
Перехід на fieldbus-технологію обіцяє зниження витрат на розробку кінцевої системи та підвищення її якості та ефективності. Ці обіцянки засновані на тому факті, що приймається або передається інформація кодується в цифровому вигляді. Кожен пристрій може виконувати функції управління, обслуговування та діагностики. В результаті воно може повідомляти про виникаючі помилки і забезпечувати функції самонастроювання. Це істотно збільшує ефективність системи в цілому і знижує витрати по її супроводу (рис. 1). Серйозний цінової виграш виходить за рахунок скорочення числа провідників і процесу монтажу: аналогова технологія зв'язку вимагає, щоб кожне пристрій мав власний набір проводів і власну точку з'єднання. Fieldbus усуває цю необхідність, так як використовує всього одну виту пару провідників для об'єднання всіх активних (контролери) та пасивних (датчики) пристроїв (рис. 2).
Мал. 2. Дві технології підключення пристроїв
Крім того, загальне зменшення кількості обладнання і числа з'єднань робить всю систему не тільки простіше в експлуатації, але і надійніше за рахунок зменшення потенційних апаратних відмов.
біографія fieldbus
Хоча fieldbus-технології з'явилися вже більше десяти років тому, проте абсолютно домінуючими вони ще не стали. Основна причина цього - відсутність єдиного міжнародного стандарту на протокол промислової мережі, який міг би гарантувати повну (умовно, звичайно) взаємозамінність і сумісність виробів різних виробників.
У своєму розвитку fieldbus-технології пройшли кілька ключових етапів.
Перший етап. У 1984 р Міжнародна електротехнічна комісія (МЕК, IEC) почала процес розробки єдиного універсального стандарту промислової мережі. Були визначені вимоги для відкритої промислової мережі, пристроїв віддаленого вводу-виводу, контролерів, узгоджувальних пристроїв і т. Д. При цьому дана універсальна мережа повинна була забезпечити комунікаційні запити на всіх поверхах багаторівневої системи автоматизації. Починалося все чудово. По ходу цієї роботи була висунута маса ініціатив і пропозицій, створювалися різні асоціації та комітети. А в підсумку ...
В результаті пройшло 14 років і тільки в нинішньому році IEC випустила IEC61158 - чорнову специфікацію, запропоновану в якості кандидата на універсальну мережу. Фахівці відразу відзначили, що це рішення вже сильно застаріло і немає ніякого сенсу продовжувати роботу над ним. Голосування за цим проектом, закінчене 30 вересня цього року, дало очікуваний негативний результат. Що буде з цим проектом далі, поки невідомо.
Другий етап. У 1987 р Німецьке Федеральне Міністерство з питань досліджень і технологій ініціював проект під назвою Field Bus. Група з 13 компаній і 5 інститутів спільно працювала над специфікацією відкритої промислової мережі, що отримала назву PROFIBUS (PROcess FIeld BUS), на основі описової моделі міжмережевоговзаємодії ISO / OSI.
Значний успіх був досягнутий в квітні 1991 року, коли PROFIBUS отримала німецьку "прописку" і статус національного стандарту DIN19245. В цьому ж році на ринок вийшов перший PROFIBUS-продукт.
Третій етап. Починаючи з 1992 р до робіт зі створення єдиного стандарту незалежно підключилися дві групи з Північної Америки: WorldFIP і ISP-Foundation. У 1994 р вони об'єдналися і створили асоціацію Fieldbus Foundation (FF), результатом роботи якої став вихід на ринок промислової мережі Foundation Fieldbus (1996 г.). FF-протокол використовує модифікацію стандарту IEC1158-2 для фізичного рівня і концепцію проекту ISP / PROFIBUS для прикладного рівня. Таким чином, FF протокол став дуже схожий на PROFIBUS-PA.
Четвертий етап. До цього моменту МЕК вже 12 років розробляла стандарт для промислової мережі. На цьому тлі європейської спільноти споживачів і виробників fieldbus-систем пішло по шляху створення єдиного європейського стандарту. По ряду критеріїв була визначена група "претендентів", і 15 березня 1996 року в Брюсселі було підбито підсумки проведеного напередодні голосування щодо схвалення проекту EN50170 як європейського стандарту промислової мережі (European Fieldbus Standard).
EN50170 включив в себе (без змін) три національні стандарти в галузі промислових мереж: PROFIBUS (Німеччина), FIP (Франція) і P-NET (Данія). Всі ці рішення підтверджені відповідними національними стандартами.
CAN, LON, PROFIBUS, Interbus-S, FIP, FF, DeviceNET, SDS, ASI, HART, ControlNet і ще кілька десятків протоколів - це сьогоднішня ситуація на ринку промислових мереж. Всі вони мають свої особливості і області застосування (рис. 3), а єдиний міжнародний стандарт промислового мережі відсутня. Це призводить до того, що кожна технологія розвивається самостійно в умовах неминучої конкуренції. Цілком природно, що з часом визначиться провідна, наприклад, п'ятірка технологій, на якій буде зосереджено основну увагу користувачів і бізнес-незалежних виробників. Таким центром кристалізації де-факто можна вважати сьогодні європейський стандарт EN50170. З боку Європейського комітету зі стандартизації CENELEC надійшли пропозиції щодо розширення EN50170 за рахунок промислових мереж Foundation Fieldbus і ControlNet. Якщо така пропозиція буде прийнято, тоді EN50170 реально перетвориться в міжнародний стандарт, кожна окрема частина якого буде визначати окрему fieldbus-технологію.
Мал. 3. Ієрархія промислових мереж
З автором статті можна зв'язатися за телефоном: (095) 742-6828.
Далі буде
Версія для друку
Тільки зареєстровані користувачі можуть залишати коментарі.
Що таке fieldbus?