Услуги

Будущее АСУТП за Remote I/O и Ethernet

Системы коммуникации занимают все больше места в автоматизации процессов, с которыми неразрывно связано такое понятие, как полевая шина, изготовленная на основе Fieldbus Foundation.

Работоспособность системы зависит от качества кабеля Remote I/O, и чем выше его способность обработки сигнала, тем эффективнее функционирует система.

Небольшой экскурс в историю Ethernet и Remote I/O. Технология Ethernet появилась в 1973 году и с того момента распространилась и укрепилась в сфере офисного IT.

В промышленности эти технологии применяются недавно, первые технологии Ethernet начали использоваться в этой сфере приблизительно 20 лет назад. В производстве долгое время существовал парадокс: автоматизация производства не успевала за технологиями автоматизации.

Первые попытки автоматизировать производство неразрывно связаны с технологиями:

HART, полевая шина Profibus (иногда ее еще называют Feildbus Foundation). Ethernet-технологии работают по принципу вертикальной интеграции.

Это означает, что оператор верхнего уровня может получить в любую секунду доступ к датчику или устройству низшего уровня.

Таким образом, можно выделить основные достоинства этих технологий: высокая скорость обмена данными (независимо от числа пользователей), функциональность, экономность (технология Ethernet и Remote I/O работает на дешевом железе).

В промышленной сфере технологии, основанные на Ethernet, развиваются медленнее, чем в остальных сферах IT. Можно выделить три сдерживающих фактора:

1. Режим реального времени требует доработки. Дело в том, что промышленные протоколы TCPи UDP медленные и не очень надежные.

2. Слабая безопасность. Когда на промышленных объектах возникают неисправности, то необходимо мгновенное переключение на альтернативные цепи и резервные приборы. Для того, что бы это происходило необходимо полное или частичное резервирование.

3. Недостаточная скорость реакции. Как показывает практика, самые большие потери времени происходят при работе на отсталом оборудовании UDP и протоколах TCPu. Это оборудование не позволяет достаточно быстро переключиться на альтернативные цепи и в результате теряется огромное количество данных. Устранить эту проблему не получилось даже при помощи таких современных технологий, как Spanning Tree Protocol (STP) или Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP). Потери несут нефтяные компании из-за недостаточной скорости переключения. Нормальная скорость переключения, при которой не теряются данные, составляет 100-400 мс. На практике же, большие предприятия переключаются в секундном диапазоне.

Защита технологий Ethernet от взрывов

Нефтяная и газовая индустрия считается зоной повышенной опасности. Ведь при малейшем сбое работоспособности, системы защиты могут дать сбой и все запасы нефти и газа окажутся в зоне риска. Поэтому требования к безопасности на таких объектах повышенной опасности очень жесткие.

Итак, в зависимости от типа кабеля Ethernet и Remote I/O, а также от метода его укладки, используют разные технологии.

Например, классической системой защиты от взрыва считается «Взрывонепроницаемая оболочка» или «Искробезопасная цепь». Другие технологии, типа «opis» пока не используются на постсоветском пространстве. Если же кабель Ethernet протягивают в офисе, то, он, естественно, не обладает специальной защитой от высокой температуры или взрывов.

Как обеспечивается эффективный вывод сигналов Ethernet и Remote I/O?

Даже в самых современных офисах и промышленных объектах по сей день встречаются технологии разных поколений и мощности. Большинство сигналов передается по классической схеме. Время показало, что самым эффективным способом вывода и ввода считается распределенная система. Особенно хорошо она работает с простыми дискретными сигналами.

Таким образом, можно выделить очевидные преимущества этой технологии: они не занимают много пространства, не требует дополнительных расходов на кабель, а также отличается широкими возможностями диагностики. Например, на некоторых предприятиях и в офисах до сегодня использую технологии 1990 годов (речь идет о сети Profibus DP, которая обеспечивает передачу больших объемов информации за короткое время).

На объектах, где существует риск взрыва или возгорания традиционно используют кабели для прокладки сети на основе оптоволокна. В 2003 году от компании R. STAHL появились первые такие кабели, имеющие интерфейс Profibus DP. Этот тип кабеля единственный в своем роде, который отвечает всем требованиям АСУ ТП по защите от взрывов и возгораний сетей Ethernet и Remote I/O.

Место Remote I/O в сети Ethernet

Технологии вертикальной синхронизации постоянно развиваются и с их ростом увеличиваются требования к системам Remote I/O. Передовые офисы и промышленные объекты уже давно перешли на интерфейс Fast Ethernet. Параллельно с этими технологиями развиваются и другие, например, система IS1 работает по принципу «горячей замены».

Ее разрабатывали специально для объектов, где риск возгорания или взрыва особенно высокий. Эта технология состоит из тех же модулей ввода/вывода, что и Ethernet и Remote I/O, но отличается лучшими показателями надежности и скорости.

Для перехода на новую технологию достаточно лишь заменить блок CPU. Когда возникает неисправность или возгорание, то система переключается на резервные цепи за 200 мс. Даже на резервных цепях система способна поддерживать высокую скорость передачи данных – до 100 Мбит/сек.

Все виды связей работают на Ethernet и Remote I/O в протоколе реального времени. Это стало возможным благодаря технологиям от компании Emerson, которая представляет системы Centrum CS и Delta V. Технология очень легко настраивается при помощи DTM и не требует дополнительных протоколов в виде Modbus TCH, не работающих без дополнительных инструментов.

Другие типы систем, работающие на базе Ethernet, также могут интегрироваться в мощные протоколы, например, в Fieldsbus Foundation или Profi Net, которые на производстве оснащаются дополнительной конфигурацией и интегрированными функциями диагностики. Чтобы провести систему Ethernet и Remote I/O к центру контроля, предпринимателю понадобится несколько километров кабеля и соответствующие коммутаторы и разделители. Специально для таких целей и разработан кабель «opis», имеющий дополнительную защиту от взрывов и возгораний. Даже в случае разрыва кабеля, высокая температура не нанесет значительного вреда материалу, который может аккумулировать внешнюю энергию, сводя ее на «нет». Таким образом, оптически искробезопасные цепи могут коммутировать элементы системыи работать с ними даже в случае ее отключения. Эту технологию используют в мобильных устройствах.

Промышленные технологии Ethernet и Remote I/O открывают дополнительные возможности в увеличении скорости передачи и усилении сигнала. Кроме этого, они позволяют выстраивать все взаимодействие по принципу вертикальной интеграции, обеспечивая мгновенный доступ к информации от высшего уровня к низшему.

Компания R. STAHL поддерживает технологии Fieldbus Foundation и Profibus International. Они работают над интегрированием Ethernet и Remote I/O в системы управления разных уровней. Например, в 2009 году они создали рабочую группу FFSHE-RIO в г. Вальденбруг. Группа специализируется на вопросах работы Fieldbus.

На современном этапе компания R. STAHL производит все типы устройств, предназначенных для промышленных сетей всех уровней взрывоопасности. Их продукция соответствует всем требованиям АСУ ТП, а также изготавливается на базе технологий Profibus,Modbus и Foundation Feildbus.

Юсуф Булгари