Внедрение Ethernet: подключение имеющегося оборудования

Современные сети позволяют улучшить систему управления и передачи информации, но полная замена существующей сети является очень дорогим удовольствием. К счастью, известны несколько методов модернизации сетевой инфраструктуры до современного уровня без ее кардинальной переделки.

Технология Ethernet стала стандартом де-факто в промышленной и корпоративной коммуникации по нескольким причинам: распространенность, невысокая стоимость, поддержка нескольких протоколов и совместимость с Интернет. Согласно исследованию рынка Ethernetтехнологий в промышленности, проведенному компанией ARC Advisory Group, ожидается рост продаж сетевых решений на основе Ethernet с 840 тысяч единиц в 2004 году до 6,7 миллиона в 2009 году, при этом совокупный годовой темп роста составит 54%. „Невысокая стоимость позволяет использовать Ethernet на всех уровнях вплоть до ПЛК”, – считает Билл Блэк (Bill Black), менеджер по продажам контроллеров в компании GE Fanuc. Наверное, основным преимуществом оборудования Ethernet является возможность использования нескольких Ethernet-протоколов и некоторых других, в зависимости от задачи.

 

Подключение устройств с последовательными интерфейсами

Сервер FL-COM RS-232 компании Phoenix Contact позволяет подключить к сети 10/100BaseT Ethernet практически любое совместимое с RS-232 устройство

Рис. Сервер FL-COM RS-232 компании Phoenix Contact позволяет подключить к сети 10/100BaseT Ethernet практически любое совместимое с RS-232 устройство

Возможно, проще всего подключать устройства с последовательными интерфейсами к сети Ethernet с помощью специальных серверов (serial device server – SDS). Они предназначены для преобразования данных последовательной шины в TCP/IP и обратно, обеспечивая непосредственное подключение устройства к сети. „Эти серверы часто используются для прямого соединения двух последовательных устройств через Ethernet, – отмечает Грэг Диксон (Greg Dixson), менеджер по маркетингу систем автоматизации компании Phoenix Contact. – В сети организуется своего рода туннель для передачи данных, таким образом снимаются ограничения на максимальную удаленность устройств”.

Некоторые серверы поставляются со специальным программным обеспечением, после установки которого управляющий ПК считает, что последовательное устройство подключено непосредственно к последовательному порту. Эта возможность может оказаться полезной в случае замены ПК более современной моделью, в которой отсутствуют встроенные последовательные порты. К тому же, доступ к удаленному устройству обеспечивается из всей Ethernet-сети предприятия. Многие такие серверы имеют встроенные webсерверы, обеспечивающие доступ к подключенным устройствам через Интернет. Цены на эти серверы различных производителей колеблются от менее ста до нескольких сотен долларов. Некоторые производители предлагают альтернативу серверам последовательного интерфейса, подходящую для нераспределенных систем, в которых необходимо увеличение скорости передачи данных. „Для тех, кто хочет добавить новый последовательный порт, не открывая корпус ПК и не устанавливая дополнительных плат, – утверждает Дэвид Джонсон, менеджер по маркетингу продукции в компании Quatech, – серверы последовательного интерфейса, несомненно, подойдут. Но адаптеры „последовательная шина – USB” (serialto-USB) также очень удобны для решения такого рода задач. Во многих автоматизированных системах используется то или иное решение, в зависимости от удаленности ПК с программой централизованного управления”.

 

Эффективная модернизация

Ethernet и ControlNet в качестве магистральной сети для нескольких подсетей DeviceNet или других подсетей уровня устройств

Рис. Ethernet и ControlNet в качестве магистральной сети для нескольких подсетей DeviceNet или других подсетей уровня устройств

Одиночные устройства могут подключаться к собственным серверам последовательного интерфейса, но большая часть входов и выходов промышленных систем заводится на специальные выделенные устройства ввода/вывода, которые коммутируют множество соединений в один кабель. Как правило, эти устройства состоят из основной части со специальными модулями ввода/вывода и дополнительной платы сетевого интерфейса. Подключая имеющиеся линии ввода/вывода данных к сети Ethernet с помощью замены платы сетевого интерфейса, можно сэкономить существенную часть средств. „Когда заказчики хотят подключить имеющиеся вводы/выводы к Ethernet, – отмечает Бенсон Хоулэнд (Benson Houghland), вице-президент компании Opto 22, – они не хотят заменять все подряд”. Платы серии E1 и E2 компании Opto 22 соответствуют этому требованию. „Они оставляют все устройства ввода/вывода на своих местах – стойки, модули, силовые линии, источники питания – они просто вынимают плату последовательного интерфейса и устанавливают плату Ethernet, – продолжает Хоулэнд, – то есть по очень низкой цене они могут модернизировать систему ввода/вывода двадцатилетней давности до уровня современных Ethernet-технологий”.

 

Беспроводная сеть Ethernet

Наряду с Ethernet, все больше распространение получает беспроводная сеть Ethernet (802.11b, также известная под названием Wi-Fi), и многие компании, производящие серверы последовательного интерфейса, производят также и серверы беспроводного интерфейса. „Если что и мешает еще большему росту популярности беспроводных технологий, – считает Джонсон, – так это аспекты безопасности и технические особенности внедрения беспроводных сетей в жаркой, шумной, полной металла среде”. Несмотря на это, Quatech сделала ставку на беспроводную технологию, объединившись с DPAC Technologies, специализирующейся на беспроводной связи, „потому что мы знаем, что будущее за ней”, – считает Джонсон. Безопасность всегда критична, но многие связанные с ней проблемы могут быть решены простейшими методами, например: не использовать пароль, идущий с оборудованием по умолчанию, не использовать сетевое имя по умолчанию, отключить широковещательную рассылку (broadcast), запретить передачу идентификатора сети, обеспечить доступ к сети только определенным пользователям, используя таблицы управления доступом, и убедиться, что точки доступа соответствуют стандарту IEEE 802.11i.

 

Многоуровневая архитектура

Хотя некоторые сторонники подхода предлагают использовать Ethernet на самом низком уровне, чаще встречается многоуровневый подход. Его можно наблюдать на примере архитектур, основанных на протоколах CIP (Common Industrial Protocol), таких как Ethernet/ IP, DeviceNet, и ControlNet, поддерживаемых независимыми организациями, но изначально разработанных в компании Rockwell Automation. Преимущество Ethernet/IP как протокола уровня приложений состоит в том, что он надстроен над Ethernet, также как TCP, SMTP и IP. Таким образом, по словам Брайана Оултона, менеджера по маркетингу сетей в Rockwell Automation, упрощается расширение уже установленных сетей DeviceNet. „Вместо полной замены, – считает Оултон, – гораздо проще и дешевле установить еще одну сеть, ControlNet или Ethernet/IP, подключить к ней старую сеть и новые устройства”. Оултон предлагает исполь-зовать „Ethernet и ControlNet в качестве магистральной сети для группы небольших сетей DeviceNet” (подробнее см. схему „Многоуровневая архитектура”). По его словам, данная архитектура подходит для систем RS-232 и RS-422. „Она упрощает топологию и установочные работы, так как позволяет использовать удобные длинные соединения” Одним из недостатков, из-за которого Ethernet критикуют уже много лет, является ее недетерминированность по времени: устройства управления CSMA/CD не могут гарантировать точного времени отклика – это еще один довод в пользу многоуровневого подхода. Идея, лежащая в основе многоуровневой архитектуры, как раз и состоит в том, чтобы на низшем уровне продолжалось использование протоколов реального времени, а уровень Ethernet работал бы с большими файлами данных и выполнял другие, не критичные по времени, операции. Существуют также детерминированные по времени Ethernet-протоколы.


Стандарт 4-20 мА

Самым доступным способом расширения функциональности аналоговых приборов стандарта 4-20мА остается использование преобразователей HART (Highway Addressable Remote Transducer). „Преимущества использования HART заключается в удобстве диагностики и предоставлении преобразователем служебной информации”, – утверждает Билл Блэк, компания GE Fanuc. Другое преимущество HART – при использовании уже установленных соединений контура 4-20 мА, нет необходимости в дополнительной установке шины Fieldbus.

Датчики влажности: переход на Ethernet

Компания Applied Instrumentation (Concord, CA) производит и устанавливает специальное электронное оборудование для сельского хозяйства. Основной деятельностью компании является разработка устройств управления и контроля для сушилок, включая линейку патентованных низкочастотных радиодатчиков влажности, измеряющих влагосодержание продуктов, находящихся в контейнерах, кузовах или силосных бункерах. В Большой Калифорнийской долине эти устройства используются, в основном, для контроля процесса сушки грецких и фисташковых орехов, фундука и миндаля.

По словам Дональда Озиаса (Donald Osias), владельца и управляющего компании, для контроля процесса сушки многие небольшие предприятия используют переносные измерительные приборы. Оператор вынужден подходить к каждому контейнеру и подключать к его датчику прибор. Крупные предприятия, как правило, имеют более совершенное оборудование, „и для них мы производим системы, которые измеряют влажность одновременно во всех контейнерах предприятия, выводят показания на CRT- монитор старого компьютера сушилки и сохраняют эти данные”, – отмечает Озиас.

На большинстве предприятий, с которыми сотрудничает Applied Instruments, установлено на удивление мало кабельных соединений для ввода/вывода данных, и это на большом заводе, где порядка 50 измерительных точек расположено равномерно по всему зданию. Первоначально, для подключения к датчикам своих клиентов компания использовала приборы Optomux I/O производства Opto 22. „Они предоставляли данные в виде простого ASCII-текста и имели приемлемую стоимость”, – объясняет Озиас. Но в последние годы появилась проблема: в новых компьютерах нет удобной поддержки последовательной шины, для нее все труднее доставать поддерживаемые производителем библиотеки на С и компиляторы.

Озиас планирует отказаться от использования соединений RS-485 и 422 и при очередной установке оборудования перейти на Ethernet. Надеясь на дальнейшее использование основных частей Optomux I/O, год назад Озиас узнавал у Opto 22 о возможности подключения Optomux к сети Ethernet. На тот момент интерфейсные Ethernet-платы серии E1 и E2 находились в разработке. Представленные в июне прошлого года, они устанавливаются вместо оригинальных плат B1, предназначенных для соединения по последовательной шине RS-485. Серия E1 для цифровых данных и E2 для аналоговых линий поддерживают стандарт 10/100 Mbps Ethernet, связь по последовательной шине RS-422/485 и одновременное использование нескольких протоколов.

Озиасу пришлась по душе такая двойная функциональность, так как с ее помощью клиенты могут сохранить основные части Optomux I/O и имеющиеся кабельные соединения. Недавно он установил плату E1 в основную часть Optomux, расположенную ближе всего к центральному контроллеру клиента, и использовал эту же самую плату в качестве внешнего сервера последовательной шины для подключения других устройств Optomux к контроллеру. „Я установил туда новый контроллер с новым процессором, чтобы обеспечить больше возможностей мониторинга; все создано на базе Ethernet, но мы можем сохранить и старые платы B1 для работы с последовательной шиной”, – поясняет он.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *