В состав промышленной сети входят линии связи, коммутаторы, сетевые мосты, маршрутизаторы, сетевые контролеры, преобразователи интерфейсов и источники питания. Однако чаще всего резервируются только линии связи как наименее надежные элементы.

Основной характеристикой метода резервирования промышленных сетей является длительность перехода на резерв.

Сети Profibus, Modbus, CAN

Резервирование промышленных сетей выполняется обычно одновременно с резервированием контроллеров. Для этого в каждом ПЛК используют два (реже — три) сетевых порта, к одному из них подключают основную промышленную сеть, к другому — резервную. Каждый контроллер имеет средства контроля работоспособности сети и в случае ее отказа переключает свой порт на резервную сеть. В системах с голосованием резервирование выполняется проще: исходящий поток сообщений посылается во все сети одновременно, а входящие потоки из всех сетей проходят через схему голосования.

Резервированию в промышленных сетях Ethernet с коммутаторами посвящена серия стандартов IEEE. Однако первоначально они были предназначены только для исключения замкнутых контуров в сетях, поэтому требования к быстродействию алгоритмов учтены не были, В связи с резким ростом спроса на промышленный Ethernet (рост около 50 % в год с 2004 г.) возросли требования ко времени переключения на резерв. Поэтому в 2005 г. началась работа над новым стандартом IEC 62439 «High Availability Automation Networks» («Сети промышленной автоматизации с высокой готовностью»), которая была инициирована комитетом IEC по цифровой коммуникации ТС65С.

Основной проблемой при резервирования сетей Ethernet с коммутаторами является устранение замкнутых логических контуров (петель, циклов). Логические петли не допускаются потому, что при их наличии коммуникационные пакеты могли бы вечно путешествовать по сети, ограничивая ее пропускную способность. При возрастании трафика был бы возможен также отказ в обслуживании из-за превышения пропускной способности сети. Кроме того, в таблице МАС-адресов коммутаторов появились бы одни и те же адреса для разных портов.

Для исключения логических петель служит стандартизованный алгоритм STP, который выполняет блокировку портов коммутатора, через которые петли замыкаются. После появления промышленного Ethernet оказалось, что алгоритм STP позволяет искусственно вводить в сеть резервные ветви, которые, однако, не создают логических петель благодаря STP-алгоритму. При отказе некоторых ветвей протокол STP выбирает новые сетевые маршруты, в которых участвуют зарезервированные ранее связи.

Страниц: 1 2

Методы резервирования основанные даже на усовершенствованном протоколе RSTP, имеют слишком большое время переключения на резерв (до 2 с). В то же время ряд приложений требует сокращения этого времени до единиц миллисекунд (как, например, в робототехнике) или до долей секунды (во многих химических технологических процессах). Поэтому некоторые фирмы разработали собственные нестандартные методы резервирования, которых в настоящее время насчитывается более 15.

В основе этих методов лежит использование сети с кольцевой физической топологией. Одна из ветвей сети блокируется, и поэтому в режиме нормального функционирования сеть приобретает логическую шинную топологию, В случае отказа одной из ветвей мастер включает резервный порт. При этом подключается резервная ветвь, и граф сети вновь становится связным, т.е. работоспособность сети оказывается полностью восстановленной.

Существуют два метода обнаружения отказа в сети: циклический опрос и отправка уведомления об отказе.

Страниц: 1 2

Основным фактором, определяющим надежность связи по беспроводным сетям, является замирание электромагнитных волн. Поэтому резервирование приемопередающей аппаратуры не приводит к повышению коэффициента готовности сети.

Как показывают эксперименты, поток ошибок в канале существенно изменяется с течением времени, поэтому беспроводной канал не может гарантировать доставку сообщений в заданный срок, речь может идти только о вероятности такой доставки. Одним из методов повышения вероятности доставки сообщений является резервирование физического канала связи с помощью применения нескольких антенн или нескольких передатчиков с антеннами.

Метод основан на том факте, что у приемной антенны электромагнитная волна представляет собой суперпозицию многих волн, пришедших с разных направлений после отражений, преломлений и дифракции на окружающих предметах. Если две приемные антенны расположены близко, то они принимают одна и тот же сигнал с одинаковыми замираниями. Для того чтобы сигналы в антеннах не были коррелированны, расстояние между ними должно быть больше некоторого расстояния, называемого дистанцией когерентности,

Надежность автоматизированной системы является комплексной характеристикой системы и состоит из нескольких показателей, основными из которых являются безотказность и ремонтопригодность. Безотказность численно характеризуется средней наработкой до отказа (MTTF — Mean Time to Failure), обозначается буквой Т, или интенсивностью отказов A (Average probability of failure per hour), а также вероятностью безотказной работы P(t) в течение заданного времени t.

Ремонтопригодность характеризуется средним временем восстановления после отказа Тв (MTTR — Mean Time То Repair) или вероятностью восстановления в течение заданного времени.

Для расчета показателей надежности сложных систем, состоящих из большого количества элементов, используют метод декомпозиции (расчет надежности по частям).

Страниц: 1 2 3

Современные системы промышленной и лабораторной автоматизации позволяют решать широкий круг задач, которые можно разделить на несколько групп, имеющих свои особенности:

• автоматизация управления технологическими процессами (АСУ ТП);
• взаимодействие системы с диспетчером (оператором);
• автоматизированный контроль и измерения (мониторинг);
• обеспечение безопасности;
• дистанционное управление, измерение, сигнализация (задачи телемеханики).

История развития программных средств автоматизации показала, что все особенности отдельных применений можно учесть путем настройки нескольких универсальных программ на выполнение конкретной задачи. К таким универсальным программам относятся:

Для решения перечисленных выше задач первоначально использовались универсальные языки программирования высокого уровня и команда профессиональных программистов. Однако практика показала крайне низкую эффективность такой разработки. Оказалось, что разработка системы должна выполняться не программистами, а специалистами той предметной области, которая нуждается в автоматизации, т.е. технологами, а также системными интеграторами, которые осуществляют комплексное внедрение системы.

Необходимость в разработке средств программирования, предназначенных специально для систем автоматизации и ориентированных на технологов, была вызвана следующими причинами:

• требованием надежности программного обеспечения. Система, написанная целиком на алгоритмическом языке для конкретного заказа, содержала слишком много программного кода, на тщательную разработку и тестирование которого не хватало времени;

Языки визуального программирования появились в начале 90-х годов и содержат большое число стандартных функций и библиотек, а также готовых средств визуализации. Они позволяют создавать очень удобные и эффектные программы, однако достигается это за счет резкого увеличения объема программного кода. Поэтому языки визуального программирования, как и текстовые, по-прежнему не позволяют модифицировать алгоритмы силами технологов без участия профессиональных программистов.

Настоящую революцию в программировании систем автоматизации сделали языки графического программирования. Одним из первых в этом классе был графический язык среды Simulink, входящей в состав MATLAB (MathWorks Inc), а также языки Lab VIEW (National Instruments) и HP-VEE (Hewlett Packard). Они были предназначены и успешно использовались для сбора данных, моделирования систем автоматизации, автоматического управления, обработки собранных данных и их визуального представления в виде графиков , таблиц, звука, с помощью компьютерной анимации. Графические языки были настолько простыми и естественными, что для их освоения зачастую было достаточно метода проб и ошибок без использования учебников и консультаций. Человек, не знакомый с программированием на алгоритмических языках, пользуясь только логикой и понимая постановку прикладной задачи, мог собрать работающее приложение из готовых компонентов, набрасывая их мышкой на экран монитора и проводя графические связи для указания потоков информации.

Создание графических интерфейсов пользователя на компьютере явилось большим достижением в направлении развития средств диспетчерского управления, Главным эффектом от применения графического интерфейса является существенное снижение количества ошибок, допускаемых оператором (диспетчером) в стрессовых ситуациях при управлении производственными процессами. Проектирование пользовательского интерфейса основано на следующих принципах:

• узнаваемость: назначение элементов экрана должно быть понятно без предварительного обучения, допустимые манипуляции с этими элементами также должны быть понятны интуитивно. Пользовательский интерфейс не должен содержать излишней детализации;
• логичность: пользователь, имеющий опыт работы с одной программой, должен быть способен быстро, практически без обучения, адаптироваться к любой аналогичной программе;
• отсутствие «сюрпризов»: знакомые из прошлого опыта операции с элементами на экране должны вызывать знакомые реакции системы;

Программные средства автоматизации должны удовлетворять требованиям открытости (см, главу 1), Для этого они должны поддерживать:

• стандартные средства программирования МЭК 61131-3;
• стандарт ОРС для связи с физическими устройствами;
• стандартные сетевые протоколы Ethernet, Modbus, Profibus, CAN и др.;
• стандартный интерфейс ODBC для доступа к базам данных с языком запросов SQL;
• наиболее распространенные операционные системы (Windows ХР/СЕ, Linux);
• веб-технологию;
• обмен данными с Microsoft Office.

Перечисленные средства удовлетворяют общепризнанным ИЛИ официальным стандартам, имеются в свободной продаже, разрабатываются несколькими независимыми производителями, конкурирующими между собой (последнее не касается MS Windows и MS Office).