Промышленная сеть

Промышленная сеть—сеть передачи данных,связывающая различныедатчики,исполнительные механизмы,промышленные контроллерыи используемая в промышленнойавтоматизации.Термин употребляется преимущественно вавтоматизированных системах управления технологическими процессами (АСУТП).Описывается стандартомIEC 61158.

Устройства используют сеть для:

• передачи данных между датчиками,контроллерамии исполнительными механизмами;
• диагностики и удалённого конфигурирования датчиков и исполнительных механизмов;
• калибровки датчиков;
• питания датчиков и исполнительных механизмов;
• связи между датчиками, исполнительными механизмами,ПЛКиАСУ ТПверхнего уровня.

В промышленных сетях для передачи данных применяют:

• электрические линии;
• волоконно-оптические линии;
• беспроводную связь (радиомодемыиWi-Fi).

Промышленные сети могут взаимодействовать с обычнымикомпьютерными сетями,в частности использовать глобальную сетьInternet.

Терминполевая шинаявляется дословным переводом английского терминаfieldbus.Терминпромышленная сетьявляется более точным переводом и в настоящее время именно он используется в профессиональной технической литературе.

Достоинства

В сравнении с подключением периферийного оборудования к контроллеру отдельными проводами промышленная сеть имеет следующие достоинства:

• в несколько раз снижается расход на кабель и его прокладку;
• увеличивается допустимое расстояние до подключаемых датчиков и исполнительных устройств;
• упрощается управление сетью датчиков и исполнительных механизмов;
• упрощается модификация системы при изменении типа датчиков, используемого протокола взаимодействия, добавлении устройств ввода-вывода;
• позволяют дистанционно настраивать датчики и проводить их диагностику.

Недостатки

• При обрыве кабеля теряется возможность получать данные и управлять не одним, а несколькими устройствами (в зависимости от места обрыва и топологии сети остаётся возможность автономного функционирования сегмента сети и схемы управления).
• Для повышения надёжности приходится резервировать каналы связи или использовать кольцевуютопологию сети.

Виды промышленных сетей

• Физический уровень на базеасинхронного интерфейса:
  • Modbus— один из самых известных открытых стандартов промышленных сетей.
  • P-NET— Электрическая спецификация P-NET основана на стандартеRS-485.
  • LIN— интерфейс для автомобильных систем.
  • HART— стандарт передачи данных черезтоковую петлю 4-20мА.

• Физический уровень на базепромышленного Ethernet:
  • Profinet
  • Foundation Fieldbus HSE (High Speed Ethernet)(FF H2) — вариант промышленного Ethernet, разработанныйFoundation Fieldbus(FF)
  • EtherCAT
  • Ethernet Powerlink
  • Ethernet/IP
  • SERCOS III
  • MODBUS TCP— разновидность известного стандарта для TCP/IP сетей.
  • LAN eXtensions for Instrumentation— заменаGPIBдля измерительных приборов.

• FF H1— полевой протокол, аналогProfiBus PA,разработанныйFoundation Fieldbus(FF)
• AS-Interface— дешёвая и помехозащищённая сеть для дискретных датчиков малой производительности
• CC-Link— семейство промышленных сетей (СС-Link, CC-Link LT, CC-Link IE), созданных при участии корпорации Mitsubishi Electric. В настоящее время развитием этого семейства сетей занимается международный консорциум CLPA.

• CAN— спецификация физического и транспортного уровней промышленной сети для автоматизации транспорта и машиностроения. К нему существуют множество дополнений, уточняющих и дополняющих стандарт для определённых задач:
  • CANbus
  • CANopen
  • DeviceNet
  • SDS
  • J1939

• ProfiBus— промышленная сеть, международный стандарт, созданный с активным участием фирмыSiemens AG,содержащий ряд профилей, например:
  • ProfiBus DP
  • ProfiBus FMS
  • ProfiBus PA

Промышленные сети для автоматизации зданий

• LonWorks
• BACnet
• EIB

Малораспространённые в России промышленные сети автомобилей

• FlexRay— сетевой протокол для автомобилей

Сравнительная таблица промышленных протоколов (на июнь 2012)

Характеристики	BACnet	CAN-based (SDS, DeviceNet)	KNX (EIB)	Fieldbus (SP-50, FoundationInitiative)	Lonworks
Область применения	Автоматизация здания	Стандарт автоматизации (J1850, J1939) • Дискретная автоматизация (SDS, DeviceNet)	Автоматизация жилища • Автоматизация зданий • Задачи мониторинга	Промышленные станки и приборы	Автоматизация зданий • Управления производством • Автоматизация предприятий • Транспорт • Автоматизация жилища
Уровни OSI/ISO	1-2-3-×-×-×-7	1-2-×-×-×-×-7	1-2-3-4-5-6-7	1-2-×-×-×-×-7	1-2-3-4-5-6-7
Поддерживаемые среды передачи	Витая пара • Коаксиальный кабель • Оптоволокно	Витая пара (SDS, DeviceNet) • Альтернативные решения на основе оптоволокна для сетей CAN	Силовые электрические линии (FCC) • Витая пара 0,75 • Ethernet KNX/IP • RF	Витая пара H1, H2 (1) • Коаксиальный кабель H2 (2,5) • Характерная безопасность передачи данных на скорости 31.25 Kbps и 1 Mbps	Витая пара со свободной топологией с возможностью подачи питания • Характерная безопасность витой пары • Линии электропитания, совместимые со стандартом FCC и CENELIC • Оптоволокно • Коаксиальный кабель • RF (несколько диапазонов)
Схема доступа к среде передачи	CSMA/CD • MS-TP • Удаленный доступ через модем	CSMA/CR	CSMA/CA	Предопределенный централизованный планировщик с возможностью делегирования токена	P-персистетный CSMA/CD • Дополнительный CSMA/CR • Возможность включения системы приоритетов
Скорость передачи данных	10 Mbps	1 Mbps (CAN)• 1 Mbps (SDS)• 500 Kbps (DeviceNet)	9600 TP, 1200 PL	31,25 Kbps (H1) • 1 Mbps (H2(1)) • 2,5 Mbps (H2(2,5))	до 1,25 Mbps
Максимальное адресное пространство	24^8	128 (SDC) • 64 (DeviceNet) • 2^11 (CAN1) • 2^29 (CAN2)	57000	127 узлов в сегменте, 64 сегмента	32000 узлов в домене, 2^48 доменов
Поддержка маршрутизаторов сетевого уровня	ДА	НЕТ	ДА	ДА, поддержка различных скоростей маршрутизации	ДА, Самообучающиеся или конфигурируемые маршрутизаторы, реализация физических и логических репиторов
Аутентификация	ДА	НЕТ	НЕТ	НЕТ	ДА
Поддержка совместимости сети	Определены объекты высокого уровня • Службы управления сетью не определены	Определены объекты высокого уровня (SDS, DeviceNet) • Служба управления сетью определена (SDS, DeviceNet) • Не существует реализация теста на совместимость с DeviceNet • Сертификационный план определен для SDS и определяется для DeviceNet	Определены объекты высокого уровня и стандартные конфигурируемые параметры • Определена и реализована служба управления сетью • Тест на совместимость определен • Сертификационная программа определена	10 функциональных блоков определено, ещё 20 определяется • Поддерживается соответствие с применяемым стеком протоколов • Сертификационный план до сих пор не определен	Определены объекты высокого уровня и стандартные конфигурируемые параметры • Определена и реализована служба управления сетью • Тест на совместимость определен • Сертификационная программа определена

Ссылки

• Вольфганг Эйзенбарт. Промышленные шины для систем автоматизации (журнал «Мир компьютерной автоматизации»)
• Выбор промышленной сети