Тема с обложки: единые сети

ОБЗОР • Выбор масштаба сети • Простота настройки • Прозрачность взаимодействия • Ведущие производители

Благодаря новым стандартам и программному обеспечению различные типы сетей автоматизации производства максимально приблизились друг к другу. Глобальная совместимость сетей приводит к экономии средств и времени на установку оборудования.

Кейт Джонс (Keith Jones), президент компании по интеграции систем автоматизации Prism Systems Inc (Мо-биль, Алабама, США), считает, что каждый человек должен быть на своем месте. Это означает, что не для каждой задачи необходима самая мощная и функциональная сеть, как, например, Profibus или ControlNet. Иногда гораздо более простая ASi подойдет намного лучше.

"Да, продвинутые сети предоставляют большую пропускную способность, — говорит Джонс. — Иногда она даже действительно необходима, но сети низшего ценового диапазона подкупают своей простотой. Поэтому часто мы останавливаемся на структуре из нескольких таких сетей".

Мнение производителей

Неудивительно, что сторонники различных стандартов считают, что именно их система может служить таким связующим стержнем предприятия. Заместитель директора Profibus Trade Organization, Карл Хеннинг (Carl Henning) отмечает, что Profibus включает в себя программные службы (прокси) для связи разнородных сетей и приборов. Они действуют как трансляторы, благодаря чему кажется, что оборудование различных производителей работает одинаково с различными приложениями. Это особенно важно для пользователей, которым необходимо наладить взаимодействие двух разных приборов.

"Однако, — добавляет он, — почти всегда есть одна основная сеть, связывающая все предприятие”. Соответственно, она должна поддерживать различные протоколы взаимодействия и обеспечивать их безопасность на всех уровнях, начиная с производственного. Большинство автоматизированного оборудования и сетевые стандарты в своей основе создаются с учетом этой потребности. В результате упрощается установка сети, экономятся значительные средства и возрастают возможности.

"Вам не нужно знать, какой там стоит контроллер, шина или другие особенности прибора. Вся структура абсолютно прозрачна, согласованием занимается программа-посредник. Вот в чем основное удобство применения нашей системы для пользователя," — утверждает Хеннинг.

Производители оборудования создают и внедряют в приборы поддержку прокси, что представляет собой XML файлы, содержащие входные и выходные данные и всю дополнительную информацию. В тестовых лабораториях специалисты Profibus проверяют прок-си на соответствие стандартам. Различные приборы представляются в виде графических объектов, которые нужно связать между собой. "Мы избавились от сложного программирования, — утверждает Хеннинг, — и процесс автоматизации стал гораздо экономичнее".

В то время как различные протоколы продолжают функционировать, трех или четырехуровневая модель промышленной сети является более универсальной и проще настраиваемой с помощью новых средств

Дэвид Гланцер (David Glanzer), директор по технологическому развитию компании Fieldbus Foundation, считает, что по возможностям интеграции различных сетей FOUNDATION fieldbus не имеет себе равных. Связь осуществляется по сети Ethernet через маршрутизаторы, которые направляют данные по определенному адресу, а не транслируют их на всю сеть. Архитектура предназначена для управления по сетям со скоростью 31,25 килобита в секунду, H1 и высокоскоростным 100 Мбит/с Ethernet (HSE). Управление осуществляется рядом связанных друг с другом серверов по протоколу OPC.

Интеграция различных приборов в одну сеть осуществляется с помощью гибкой блочной модели приложений, которая существует как в HSE, так и в H1. Благодаря такому подходу множество разнородных узлов ничем не выделяются с точки зрения связанных приборов. Гланцер отметил, что эта концепция постоянно расширяется: "мы разрабатываем единый интерфейс взаимодействия программных средств".

Исполнительный директор ODVA, Катрин Восс (Katherine Voss) отмечает достоинства Общего промышленного протокола (Common Industrial Protocol (CIP)) — это платформа, которая не зависит от среды связи. При таком подходе модель объекта отделена от низших сетевых уровней. CIP поддерживает Ethernet и другие стандарты, предлагает всевозможные расширения для конкретных приложений: обеспечения безопасности, управления движением и других. Для удобства пользователей ODVA обеспечивает в CIP поддержку сторонних сетевых стандартов и оборудования. "CIP обеспечивает возможность интеграции устройств ввода/ вывода, настроек приборов и сбора данных в единую структуру на основе множества сетей," — утверждает Восс.

Директор OPC Foundation, Томас Бурке (Thomas Burke), утверждает, что тесное взаимодействие и поддержка всех сетевых стандартов — основной приоритет компании. OPC принимает участие в разработке усовершенствованного стандарта DDL — Enhanced DDL (EDDL), который предоставит пользователям возможность проводить диагностику, настраивать и оперативно получать данные от более чем 15 миллионов приборов и устройств всевозможных производителей. OPC также принимает активное участие по внедрению стандарта OPC Unified Architecture (OPC-UA).

Основная цель работ — заставить серверы OPC общаться с физическими приборами, которые собирают информацию, и обеспечить простой и стандартизованный доступ к этим данным. Производителям придется внедрить поддержку этого протокола в своей продукции. После окончательного внедрения OPC-UA позволит единообразно просматривать и обрабатывать множество сложной информации. Будет обеспечена возможность обмена данными как между приборами, так и приложениями высокого уровня.

Бурке отмечает, что пользователи не хотят тратить время на создание программ для управления этой информацией. "Ключ к единому взаимодействию — это прозрачность. Покупая оборудование различных производителей, пользователи надеются, что им не придется писать программное обеспечение, чтобы обеспечить обмен данными".

Делаем свою работу

Производители с готовностью откликаются на эти требования пользователей. Тим Свит (Tim Sweet), управляющий по маркетингу устройств ввода/вывода и Experion control в корпорации Honeywell, уверен в необходимости такой работы: "Каждая сеть оптимизирована под определенную задачу, требования которой могут быть взаимоисключающими с другими".

Например, Profibus идеально работает при высокой скорости управления и обеспечивает быстрый обмен небольшими структурами данных. FOUNDATION fieldbus отличается более сложными структурами передаваемых данных и протоколами управления, но и более низкой скоростью. С точки зрения Свита, у такой специализации много достоинств: лучше, чтобы было несколько сетей, которые отлично выполняют каждая свою задачу, а не одна всеобъемлющая сеть, менее производительная в каждой конкретной области.

Существует две задачи, которые приходится решать таким производителям систем, как, Honeywell. Первая — разработать надежную и защищенную передачу данных. Вторая — обеспечить интуитивно понятные средства настройки. В каждом современном стандарте обе эти проблемы должны быть решены.

"Ключ к единому взаимодействию — это прозрачность. Покупая оборудование различных производителей, пользователи надеются, что им не придется писать программное обеспечение, чтобы обеспечить обмен данными". Томас Бурке, OPC Foundation. "CIP обеспечивает настройку и работу устройств ввода/вывода, а также сбор данных в разнородных сетях". Катрин Восс, ODVA. "Интеграция различных приборов в одну сеть осуществляется с помощью гибкой блочной модели, уникальной для каждого приложения. Благодаря такому подходу множество разнородных узлов ничем не выделяются с точки зрения взаимодействующих приборов". Дэвид Глацер, Fieldbus Foundation. "Profi net включает в себя прокси службы для связи разнородных сетей и приборов. Они действуют как трансляторы, благодаря чему оборудование разных производителей работает в одной сети". Карл Хеннинг, Profi bus Trade Organization.

Свит отмечает, что эти задачи выполнять стало гораздо проще. С одной стороны, разработано множество средств для взаимодействия различных сетей. Сторонние производители обеспечивают более надежный и защищенный обмен данными. Усилия по разработке таких стандартов, как EDDL, также не прошли даром: новые средства унифицируют язык общения систем с разными приборами в разных сетях. Взаимодействие сетей еще больше упрощается благодаря усилиям FDT.

Возможность тесного взаимодействия различных сетей появилась относительно недавно, например, EDDL анонсирована всего два года назад. Необходимо поддерживать цену на низком уровне, поэтому иногда новые технологии внедряются через большое время после разработки.

Директор отдела разработки системных архитектур для управляющих систем компании Invensys, Алекс Джонсон (Alex Johnson), согласен, что различные сетевые протоколы лучше всего работают в своей области, у каждого есть свои достоинства и недостатки. К тому же не всегда для нового предприятия выбирается самое новое решение. "Заменить существующее оборудование достаточно дорого, это не каждый может себе позволить," — добавляет Джонсон.

Поэтому стратегия Invensys заключается в разработке унифицированных интерфейсов для традиционных и интеллектуальных устройств ввода/вывода, приборов SCADA, а также шин и протоколов связи приборов. Стандартизация передачи данных, сообщений об ошибках и предупреждений, системной диагностики и настройки осуществляется благодаря развитию обоих уровней связи: как физического, так и логического. Таким образом, каждое приложение получает данные в стандартном формате. Также, благодаря технологии FDT, унифицируется программное обеспечение для настройки и системной диагностики. Invensys активно участвует в разработке OPC-UA, которая, в частности, включает веб-компоненты для управления производственным процессом.

Другие производители также участвуют и поддерживают разработки. Например, компании Emerson Process Management и Siemens Automation and Drives недавно анонсировали внедрение технологии, благодаря которой, начиная с 2007 года, приборы компании Siemens будут поддерживать Profinet и FOUNDATION fieldbus. Поддержка будет внедрена на основе стандартов EDDL и OPU-UA. В речи, посвященной началу совместной работы двух компаний, Антон Губер (Anton Huber), член совета по автоматизации и развитию в Siemens, отметил, что результаты этой работы будут наиболее заметны в разнородных сетях. По его словам, "пользователи получат огромный выбор измерительных приборов с интерфейсом связи с системой управления".

Диски, вода и табачная фабрика

Примерами использования единых сетевых технологий и интеграции новейших технологий могут служить три завода: по производству питьевой воды, компакт-дисков и табачная фабрика. На этих трех предприятиях были свои проблемы, но в каждом случае было найдено решение, с одной стороны уникальное, с другой — легко адаптируемое для аналогичных задач.

Фабрика по производству питьевой воды расположена на юго-востоке США, она обеспечивает питьевой водой более 700 тыс. населения на площади 1500 квадратных миль в 200000 точках обслуживания. В связи с возросшим спросом и необходимостью контролировать большее число добавок (около 200 контролировалось до переоборудования) было решено организовать управление и внедрить средства ведения протоколов на базе Invensys DCS и беспроводной сети SCADA. Двадцать три рабочие станции общаются по протоколу Ethernet по линии T1, 8 беспроводных коммутаторов получают сигнал на частоте 900 МГц от 155 удаленных станций на программируемых логических контроллерах (ПЛК) с протоколом modbus.

Джонсон, из компании Invensys, отметил, что компании требовалось управление системой в реальном времени, но без обеспечения избыточной надежности. Критические параметры, например, кислотность или хлорированность, управлялись локально или на насосных станциях, а настройка, ведение отчетов и общая поддержка разделялись между 23 рабочими станциями. При организации общего программного доступа локальные станции ссылались на значения из стандартного приложения DCS или наоборот. Одно из основных достоинств системы — значительное снижение стоимости и времени формирования отчетов и производственных операций.

Хеннинг из PTO рассказывает о компании-производителе компакт-дисков. На ней использовались различные ПЛК производства Omron, Siemens, Sharp, Rockwell Automation и Mitsubishi, связанные шинами Profibus и DeviceNet.

Через систему прокси-серверов контроллеры взаимодействовали друг с другом и сервером OPC, что позволило оперативно передавать информацию о статусе производственного процесса от одной машины к следующей в цикле.

33% экономии

По словам Хеннинга, период разработки уменьшился на 33%, улучшилась система индикации ошибок, время ввода в эксплуатацию свелось к 4 неделям. В результате сэкономлены значительные средства.

Следующий проект Джонс из компании Prism Systems запомнил надолго. Компании в последнюю минуту пришлось спасать автоматизацию скатки табака и производства сигар. Специалисты столкнулись с десятками ПЛК и серьезным лимитом времени. Prism Systems справилась с проблемой, благодаря оборудованию Siemens с поддержкой Profinet. Несколько точек можно было соединить с помощью ASi или других аналогичных простых сетей. Выбор основной сети дал возможность воспользоваться программным обеспечением, которое значительно упростило работу. "Класс прибора повышается, и становится возможным подключить его к общей сети," — объясняет Джонс. Специалисты Prism Systems избавились от необходимости программировать взаимодействие приборов, сэкономили 20% времени и, в результате, уложились в поставленные сроки. Заказчик сразу заметил экономию времени производственного цикла, большую производительность и отличный мониторинг работы, благодаря таг-системе RFID.

Джонс считает, что такое объединение и взаимная поддержка сетевых стандартов разными производителями — это следующий шаг в развитии отдельных сетей. "Это уже свершилось: нет больше сети одного производителя, все объедены в одну целостную структуру. Я считаю, что это правильно," — говорит Джонс.