Архитектура и топология промышленных компьютерных сетей

В 1994 г. появилась ассоциацияFieldbusFoundation, обеспечивающая поддержку сети FoundationFieldbus (FF) ипродвигающая её на рынке. Внешний вид схемы ее работы показан на рис. 1.На нижнем уровне в качестве физической среды передачи данных за основу взят стандарт IEC 61158-2, который позволяет использовать сеть FF на взрывоопасных производствах с возможностью запитки датчиков непосредственно от канала связи. Скорость передачи информации на нижнем уровне составляет 31,5 Кбит/с.На верхнем уровне в настоящее время, как правило, используется FF HSE (High Speed Ethernet), основанный, как видно по названию, на сети Ethernet со скоростью 100 Мбит/с. Особенностью стандарта FF является то, что в нем определен дополнительный пользовательский уровень (User Layer), позволяющий, применяя предопределенные функциональные блоки, строить промышленные сети с распределенным интеллектом.Рисунок 1 – Цифровые заводские сети нижнего уровня на базе Foundation Fieldbus2.2 АрхитектураFoundation Fieldbus имеет двухуровневую архитектуру: H1 - нижний уровень – шина, которая соединяет полевые устройства вместе, а H2 - верхний уровень – шина, соединяющая различные сегменты шины H1. Первый работает на скорости 31,25 кбит / с, а второй - 100 Мбит / с. Двухуровневая архитектура Foundation Fieldbus показана на рис. 2[18].Архитектура поддерживает управление полевыми устройствами, например, управление, позиционер клапана и полевые приборы. Он поддерживает полный контроль в полевых условиях (полевые устройства) без оборудования диспетчерской. Он также поддерживает каскадное управление, связывающее полевые устройства и контуры управления в выделенных контроллерах.Рисунок 2 – Архитектура Foundation FieldbusИ H1, и H2 работают по одному и тому же протоколу и выполняют идентичные службы. Однако их физический уровень и уровень передачи данных сильно различаются. Двухуровневая архитектура Foundation Fieldbus стала возможной благодаря реализации пользовательского уровня, иногда называемого «уровнем 8». Строительный блок пользовательского уровня находится в «функциональном блоке».2.3 Промышленный ETHERNETПервоначально Ethernet был введен для передачи данных в офисной среде. Архитектура с коммутацией Ethernet - наиболее разумный выбор при применении Ethernet в промышленных установках. Несколько пользователей могут одновременно отправлять информацию по сети через коммутаторы, не замедляя друг друга.Промышленный Ethernet отличается от стандартного Ethernet приоритизацией трафика, надежным оборудованием, аппаратными средствами и компонентами промышленного уровня, хотя оба используют одну и ту же традиционную технологию Ethernet. Промышленный Ethernet должен будет противостоять суровым промышленным условиям в виде высокой температуры, агрессивной среды, пыли, вибрации и ударов. Они также различаются требованиями к источникам питания и нуждаются в отказоустойчивой сети. Industrial Ethernet применяет стандарты Ethernet, разработанные для передачи данных в промышленные сети управления, и может лучше справляться с конфликтами данных на уровне цеха. Кабели и соединители для таких сетей имеют более прочный характер.Обычно общение между производителем и потребителем является нормой в отраслях, т. Е. Данные (или информация), производимые устройством, потребляются многими устройствами параллельно. Таким образом, он носит многоадресный характер. Традиционная сеть Ethernet больше полагается на эффективное использование полосы пропускания, в то время как ее промышленный родственник больше фокусируется на синхронной передаче данных и доступе. Таким образом, чтобы установить приоритет многоадресной передачи данных, необходимы интеллектуальные функции и функции качества обслуживания (QoS). Промышленная сеть Ethernet должна обладать такими характеристиками, как надежность, сетевая безопасность и детерминизм.ЗаключениеПромышленные компьютерные сети требуют дополнительных усилий для обеспечения «уверенности в результате». Владельцы или конечные пользователи, подрядчики и поставщики должны быть готовы приложить эти усилия. Традиционных методов проектирования и исполнения недостаточно. Чтобы добиться успеха, необходимо мыслить нестандартно, но при этом необходимо придерживаться однажды установленных правил.Раннее выявление и внедрение элементов, требующих дополнительных усилий, окупятся в долгосрочной перспективе. Внимание к топологии, правильной конфигурации промышленной сети и ее протоколов позволяет избежать затрат и поздних измененийконструкции таких сетей, что повышает их продуктивность.В данной работе достигнута основная цель и решены все поставленные задачи. Также при написании этой работы использовалась современная и классическая литература, а также источники, расположенные в глобальной сети Интернет.Список использованной литературыПопов М.А. Первичные преобразователи автоматизированных систем подвижного состава железных дорог. Учебное пособие для студентов, обучающихся специальности 190303 "Электрический транспорт железных дорог". – Хабаровск : Изд-во ДВГУПС, 2010. – 165 с.Денисенко В.В. Компьютерное управление технологическим процессом, экспериментом, оборудованием. М.: Горячаялиния-Телеком, 2013. — 606 с. (промышленные интерфейсы и сети)Туляков В.С. Элементы промышленной автоматики. Учебное пособие. — Владимир: Владимирский государственный университет им. А.Г. и Н.Г. Столетовых (ВлГУ), 2021. — 252 с.IDC Technologies. Industrial Automation. IDC Technologies, 2012. - 205p. (Industrial Data Communications and Wireless)Kim D.-S., Tran-Dang H. Industrial Sensors and Controls in Communication Networks: From Wired Technologies to Cloud Computing and the Internet of Things. Springer, 2019. — 291 p. (An Overview on Industrial Control Networks)Sen S.K. Fieldbus and Networking in Process Automation. CRC Press, Taylor & Francis Group, 2014. – 461 p. (Network Topology)Дятлова Е.П., Новиков А.И. Вычислительные сети в системах управления. СПб.: ВШТЭ СПбГУПТД, 2017. — 84 с. (Топологии сетей.)Tomal D.R., Agajanian A. Electronic Troubleshooting. 4th edition. — New York: McGrow Hill, 2014. — 512 p. (Network Topologies)Sobh T., ElleithyK.,·Mahmood A. (eds.) Novel Algorithms and Techniques in Telecommunications and Networking. Springer, 2010. — 502.Cao Bin et al. Wireless Blockchain: Principles, Technologies and Applications. ao Bin, Zhang Lei, Peng Mugen, Imran Muhammad Ali. — John Wiley & Sons Ltd., 2022. — 331 p.Fidanova S. (ed.) Recent Advances in Computational Optimization. New York: Springer, 2019. — 239 p.ГОСТ Р 59387-2021. Кабели монтажные для использования в электроустановках во взрывоопасных зонах, в том числе для подземных выработок. Общие технические условия. Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии Российской Федерации. — Москва, 2021. — 46 с.Дятлова Е.П., Новиков А.И. Вычислительные сети в системах управления. СПб.: ВШТЭ СПбГУПТД, 2017. — 84 с.Sen Sunit Kumar. Fieldbus and Networking in Process Automation. 2nd edition. — CRC Press, 2021. — 401 p.Kuphaldt Tony R. Lessons In Industrial Instrumentation. Version 1.22 – Last update January 8, 2012. – 2613 с. (FOUNDATION Fieldbus instrumentation)