Читайте в N2 (30) 2008:

  • Основные направления деятельности министерства энергетики и ЖКХ Свердловской области. Интервью с министром энергетики и ЖКХ Свердловской области Ю.П.Шевелевым
  • Правительство Свердловской области О проведении энергетичес- ких обследований в организациях, расположенных на территории Свердловской области. Постанов- ление от 12.10.2007 N1017-ПП
  • Наши комментарии
  • Инженерная Академия проводит обучение
  • Куликов В.М. Современный подход к проведению энергетических обследований предприятий
  • Батуев С.П. Защита теплообмен- ного оборудования от заноса механическими загрязнениями, поступающими с сетевой водой
  • Пермская ярмарка
  • Аэропорт "Кольцово" станет одним из самых энергоэффективных в России
  • Экологический фонд "Вода Евразии"
  • Апарин Е.Л., Золотаревский С.А. Новые дифманометры ДСП-80-РАСКО для контроля состояния приборов учета газа и газовых фильтров
  • Борман А., Хильгенкамп И. Программно-аппаратное обеспечение от Phoenix Contact GmbH and Co. KG для PROFINET
  • Хохлявин С.А. Система энергоменеджмента в проекте будущего стандарта EN 16001
  • Копырин В.С., Гилязов В.Н. Электромагнитная совместимость электрооборудования производства крупногабаритных плит из сплавов алюминия
  • MIRage-N - обладатель премии "Продукт Года 2007"
  • Головатая Е.В., Варченя В.Н., Заголдный И.А., Пашков Е.М., Волосников С.В., Копырин В.С. Нормирование удельного электропотребления кузнечно-прессового производства продукции из сплавов алюминия
  • Системы диагностики и контроля вибрации крупных механизмов с вращательным движением на основе промышленного компьютера ICP DAS
  •  

    Программно-аппаратное обеспечение от Phoenix Contact GmbH and Co. KG для PROFINET"

    Александр Борман, Инго Хильгенкамп, Phoenix Contact GmbH & Co. KG

    На многих предприятиях в России за последние годы производственные линии и участки были децентрализовано автоматизированы на основе разных промышленных сетей, а эффективное управление предприятием в целом требует их постоянного взаимодействия. Решение этой проблемы найдено.


    Сети офисные и промышленные – общность и различия

    Термин промышленный Ethernet в названии может иметь различное толкование. Как правило, имеется в виду промышленная сеть передачи информации, обеспечивающая функционирование системы промышленной автоматизации. Если в мире офисной автоматизации Ethernet (физический уровень)–TCP/IP(логический уровень) уже давно стали стандартом de facto, то в промышленности существует несколько сетевых протоколов, эффективных для различных приложений. Среди них – PROFIBUS, INTERBUS, CAN, Foundation Fieldbus, Modbus, HART и др. Каждая соответствующая сеть требует своей системы программирования для решения задач автоматизации (то есть программирования ПЛК для сбора, обработки, передачи данных, выдачи управляющих воздействий и пр.). Такая система (STEP7-PROFIBUS, PC WORX-INTERBUS) устанавливается на сетевой рабочей станции (например, ПК) и позволяет программировать работу сетевых устройств на основе тех или иных инструментальных программных средств с последующей записью созданной программы в память ПЛК. Если в Ethernet любые сетевые устройства (рабочая станция, сервер, концентратор, коммутатор, маршрутизатор, RAID-массив, принтер) “говорят и слушают” на одном языке, то сегмент INTERBUS “не поймет” запрос от PROFIBUS. То есть программисту необходимо писать специальные приложения или локализовать стандартные. А эта задача актуальна, так как на многих производствах в РФ за последние годы разные производственные линии и участки были децентрализовано автоматизированы на основе разных промышленных сетей, а эффективное управление предприятием в целом требует их постоянного взаимодействия. Когда-то в офисной автоматизации ОС UNIX (протокол IP) и Novell Netware(протокол IPX) тоже не понимали друг друга, но теперь это в далеком прошлом, так как стек протоколов TCP/IP стал практически универсальным. Почему бы не внедрить его в промышленную автоматизацию? И тут возникает проблема “реального времени”.

    По своей сути (алгоритму) изначально стандартный Ethernet не гарантировал детерминированного времени передачи данных между сетевыми устройствами, а значит не мог гарантировать работу в режиме on-line (real-time). В промышленной автоматизации существует два понятия режима реального времени – мягкий и жесткий. В первом случае задержка в передаче данных приводит к снижению производительности системы промышленной автоматизации, во втором – выводит ее из штатного режима эксплуатации. Приложений в промышленности много – это дискретное (машиностроение, пищевая, строительная и др. отрасли) и непрерывное (нефтепереработка, электроэнергетика, нефтехимия, металлургия и др. – process industries) производство, в каждой отрасли свои требования по быстродействию, защите кабелей, коннекторов, коммутаторов от влаги, разности температур, вибрации, электромагнитных наводок и пр. Но и Ethernet изменился.

    Сегодня программно-аппаратные средства и каналы передачи данных (витая пара, ВОЛС, радиолинии) обеспечивают дуплексную связь с производительностью от 100 Mbps до 1 Gbps. Поэтому компании-производители предлагают для промышленной автоматизации различные сетевые решения, основанные на принципах Ethernet-TCP/IP. Важным элементом высокоскоростного Ethernet являются коммутаторы, обеспечивающие фильтрацию и направленную (адресную) передачу пакетов данных.

    Концепция сети PROFINET

    После того как появилась технология быстрого Ethernet, разные производители предложили разные сетевые решения для децентрализованных систем промышленной автоматизации (витая пара–ВОЛС–радиоканал+коммутаторы – все это в промышленном исполнении, с защищенными корпусами, кабелями, разъемами). Но актуальной была и остается задача объединить различные по сетевой технологии (обмена управляющих модулей с устройствами ввода-вывода) распределенные подсистемы промышленной автоматизации в единую децентрализованную систему. Такая система строится на основе объектно-ориентированных компонентов, которыми могут быть производственные линии, участки, станки с ЧПУ и пр. c различными внутренними промышленными сетями/топология-ми/алгоритмами передачи и форматами данных (PROFIBUS, INTERBUS, AS-i, CAN и др.).

    Концепция PROFINET CBA (Component Based Automation) предполагает, что система в целом воспринимает подсистемы (компоненты) как “черные ящики” или “объекты”, которые способны выполнять определенные задачи (сервисы) и обмениваться данными с системой на основе единого стандартного интерфейса. При этом каждый компонент (подсистема) может тестироваться независимо от других и затем встраиваться в уже существующую систему как расширение с использованием инструментов. Система не обязана знать, как именно реализует ту или иную задачу (сервис) отдельный компонент, но все компоненты системы получают задачи на выполнение и передают во внешний мир результаты. Взаимодействие между компонентами происходит на прикладном уровне через механизм RPC/DCOM, а для транспортировки и адресации информации используется протокол TCP(UDP)/IP.

    Таким образом, в состав сети PROFINET CBA могут входить, например, подсистемы на основе PLC, INTERBUS и PROFIBUS (архитектура PLC/PLC). При этом PROFINET CBA нельзя использовать для программирования обмена PLC (master) и устройств IO (slaves) – он не предназначен для реализации внутренних задач компонента. Основное преимущество такой концепции – каждый компонент разрабатывается независимыми командами (фирмами) и лишь на заключительном этапе монтируется в единую систему (как конструктор Lego). Например, один производственный участок на машиностроительном заводе автоматизируется на основе AUTOMATION-WORX(INTERBUS)/PC WORX,PLC Inline, другой – на основе PROFIBUS/STEP 7, PLC Simatic, а общая система управления участками основана на PROFINET CBA. Каждый производственный участок (конвейер, обрабатывающий центр и др.) имеет свой встроенный интеллект-модуль управления, включая механическую, электронную и программную составляющую. Управляющая программа внутри модуля создается, например, на основе PC WORX. Затем она инкапсулируется в формат PROFINET-компонента, который специфицирован в стандарте, а затем связывается с приложением на основе Редактора связей PROFINET.

    Существует и другая, более простая версия PROFINET IO. В этой версии определены следующие классы устройств:
    – I/O-контроллер, это управляющий модуль (PLC или PC-based), на котором запущена программа автоматизации, то есть Master в терминологии полевой шины.
    – I/O-супервизор (инженерная станция), то есть PC или HMI. Станция служит для запуска, кон фигурирования и диагностики, а в штатном режиме (после запуска) может быть отключена.
    – I/O-устройство, то есть Slave в терминологии полевой шины. Это устройства ввода-вывода с входом (съем информации с датчиков для передачи на контроллер) и выходом (передача управляющих данных на объект автоматизации).

    Подсистема включает как минимум один контроллер в/в и несколько устройств в/в.
    PROFINET IO предлагает следующие типы передачи данных:
    Циклическая передача данных в/в, с возможностью хранения этих данных в памяти устройств в/в контроллера.
    Ациклическая передача данных и тревожных сигналов.

    IO-контроллер

    Контроллер IO собирает данные с входов устройств IO и передает команды и данные управления на выходы, программы управления функционируют на базе контроллера IO. Такой контроллер имеет программный буфер для режима CBA. Следующие функции обязательны для контроллера IO:
    – Управление по тревожным (alarm) сигналам.
    – Обмен данными (от устройства IO в область IO-управляющего модуля–host IO area).
    – Концентрация данных.
    – Параметризация и передача начальных (startup) данных, диагностика подключенных устройств IO.
    – Инициализация формирования контекста устройств IO.
    – Присвоение адресов посредством DCP.

    Отношение приложения

    В рассматриваемой концепции для обмена данными в сети формируется отношение приложения (Application Relationship-AR) и отношение коммуникации (Communication Relationship-CR). Используя AR, контроллер IO устанавливает контакт с устройством IO и считывает данные со входов/записывает данные в выходы/получает тревожные сигналы/читает-пишет данные ациклически. При этом устройство IO пассивно, инициатором коммуникаций в сети выступает контроллер или супервизор.

    Каналы TCP/IP
    и реального времени RT

    В PROFINET IO сети предусмотрены два основных канала передачи данных: открытый канал TCP/IP и канал реального времени RT. Физический уровень у этих каналов общий – это Ethernet. IT (non-realtime) приложения (HTTP, SNMP, FTP,...) и PROFINET non-realtime приложения работают со стандартными уровнями TCP/UDP и IP, а приложения PROFINET RT – со специальным каналом RT, обеспечивающим на сетевом уровне детерминированную по времени передачу данных процесса управления и тревожных сигналов, предупреждающих о нештатных ситуациях.

    Присвоение имен устройств
    в PROFINET

    Для динамического присвоения имен IP-адресное пространство должно быть определено для будущих сетевых устройств. Это адресное пространство может быть свободно отобрано системным инженером-планировщиком, оно должно быть максимально большим, чтобы все устройства IO в планируемом проекте могли получить свой собственный IP-адрес. Дополнительно системный инженер имеет опцию предустановки уникального имени для будущих устройств в проекте. Суффикс имени устанавливается для устройств проекта в postfix-домене, который используется как базис для предположения окончательного присвоения устройству в ходе присвоения ему имени. Например, postfix-домен может иметь присвоение “system4” и затем все устройства, с которых считывается информация, будут иметь в окончании имени “.system4”, например FL_IL_BK.system4, с точки зрения конфигурирования. Postfix-домен также является коммуникационным базисом для контроллера внутри операционного приложения.

    Присвоение адресов производится в PROFINET IO с использованием DCP-протокола (Discovery and Configuration Protocol), который интегрирован как стандарт. Все устройства PROFINET IO (контроллер–супервизор–устройство IO) должны поддерживать этот протокол. После присвоения имен каждое полевое устройство имеет: IP-адрес (например, 192.168.8.1)/MAC-адрес (например, 00-A0-45-00-04-71)/Тип устройства (например, IL PN BK)/Имя устройства (например, Cabinet1).

    После запуска системы PROFINET IO, IO-контроллер инициирует процесс идентификации подключенных устройств IO. На основе признания имени устройства и его MAC-адреса контроллер присваивает устройству окончательный IP-адрес. До присвоения такого адреса можно проверить возможность доступа к устройству по сети.

    PROFINET IO использует имена для идентификации устройств в сети, причем они могут произвольно присваиваться пользователем. Контроллер проверяет, нет ли уже устройств с таким именем в сети и если нет – завершает операцию присвоения. Итак, на начальном этапе после запуска каждое устройство в сети PROFINET IO хранит в памяти уникальное имя и IP-адрес.

    Интеграция полевых (промышленных) шин

    PROFINET использует основанный на XML язык GSDML (Generic Station Description Markup Language) для описания сетевых устройств. Все соответствующие данные полевого устройства (спецификации функциональные и коммуникационные) таким образом описываются, чтобы обеспечить адресацию устройства в сети PROFINET.

    Как уже упоминалось, PROFINET позволяет строить разнородные сетевые системы. Подсеть INTERBUS, например, может быть интегрирована в сеть PROFINET через PROFINET IO proxy (INTERBUS proxy/bus coupler). Этот прокси-модуль является шлюзом между основанной на Ethernet PROFINET сети и промышленной сети INTERBUS. Каждое устройство в INTERBUS (ниже INTERBUS прокси) может быть внесено в каталог аппаратных средств PROFINET и описано там соответственно. Таким образом, одно и то же устройство описывается и работает на двух уровнях– INTERBUS и PROFINET.

    Более подробную информацию по данной теме Вы сможете получить на сайте www.phoenixcontact.ru!