Sieci przemysłowe w praktyce, cz.1.pdf

A U T O M A T Y K A

Sieci przemys³owe w praktyce, czêœæ 1

Cz³owiek by³ zawsze leniwy. W†ce-

lu u³atwienia sobie øycia tak podpo-

rz¹dkowywa³ otoczenie, aby nigdy nie

by³o mu pod gÛrkÍ. PracÍ organizowa³

sobie tak, by by³a jak najmniej mÍ-

cz¹ca. Istotnym elementem, jaki bra³

pod uwagÍ przy projektowaniu coraz

to doskonalszego jej usprawnienia, by³

czas . Cz³owiek zauwaøy³, øe o†wiele

szybciej moøna przekazaÊ informacjÍ

za pomoc¹ znakÛw úwietlnych niø

goÒcem. Z†biegiem czasu znaki úwiet-

lne zmieni³y formÍ na impulsy elekt-

ryczne, a†teraz rozmawia siÍ z†innymi

za pomoc¹ fal radiowych. Rozmowy te

s¹ moøliwe dziÍki sieci radiowej ìroz-

³oøonejî na danym terenie.

Inn¹ form¹ u³atwiania sobie øycia

by³o wyrÍczanie siÍ maszynami. Kie-

dyú maszyny by³y proste, pÛüniej na-

desz³a epoka pary, elektrycznoúci

i†nagle w†fabrykach pojawi³y siÍ szafy

z†mnÛstwem przekaünikÛw. By³y to

pierwsze prÛby automatyzacji proce-

sÛw za pomoc¹ elektrycznoúci. System

taki by³ bardzo skomplikowany i†za-

wodny, a†takøe stosunkowo ha³aúliwy.

RozwÛj elektroniki cyfrowej, a†wraz

z†ni¹ procesorÛw, pozwoli³ na zbudo-

wanie sterownikÛw przemys³owych

(PLC - Programmable Logic Controller ).

DziÍki ich niezawodnoúci i†nieduøej

cenie rozpoczÍto stosowanie tego typu

sterownikÛw†w†coraz rozleglejszych

systemach. Rozproszenie sterownikÛw

po fabryce narodzi³o potrzebÍ ³¹czenia

ich w†jednolity system wymiany infor-

macji. Na te potrzeby opracowane zo-

sta³y sieci przemys³owe. DziÍki nim

operator nawet z†odleg³ego miejsca mo-

øe wp³ywaÊ na proces technologiczny.

Z†biegiem czasu sieci rozwija³y siÍ,

wypieraj¹c gorsze rozwi¹zania. NiektÛ-

re typy prostych sieci, ze wzglÍdu na

powszechne zastosowanie, przetrwa³y

do dziú. Umoøliwia³y one nie tylko

przes³anie informacji, lecz rÛwnieø

Z†sieciami s³uø¹cymi do przesy³ania danych spotka³ siÍ

z†pewnoúci¹ kaødy z†nas. Ich kable wisz¹ na s³upach, s¹

zakopane w†ziemi. Moøna je tworzyÊ teø bez kabli, w eterze.

S¹ rÛwnieø sieci p³ywaj¹ce na statkach, lecz s³uø¹ one do

innych celÛw. W†ramach cyklu kilku artyku³Ûw bÍdziemy chcieli

zapoznaÊ czytelnikÛw z funkcj¹ i znaczeniem sieci w†przemyúle.

skonfigurowanie odleg³ego urz¹dzenia

pomiarowego.

Jednym z†przyk³adÛw takiej trans-

misji jest protokÛ³ HART ( Highway

Addressable Remote Transducer ),

w†ktÛrym wykorzystano istniej¹c¹ liniÍ

miÍdzy urz¹dzeniem pomiarowym a†re-

jestruj¹cym te dane. Lini¹ t¹ jest ana-

logowa pÍtla pr¹dowa. Przesy³anie da-

nych realizuje siÍ w†niej przez modu-

lowanie pr¹du duøymi czÍstotliwoúcia-

mi. Zalet¹ takiego rozwi¹zania jest to,

øe ìwpinaj¹c siÍî w†pÍtlÍ pr¹dow¹,

moøemy skonfigurowaÊ urz¹dzenie nie

zak³Ûcaj¹c samego pomiaru.

Tak samo jak wielkoúÊ sieci rÛw-

nieø wielkoúÊ interfejsu zaleøy od

skomplikowania systemu. Bardzo duøe

sieci s¹ wielopoziomowe i†posiadaj¹

podzia³ logiczny i†funkcjonalny. Przy-

k³adem systemu rozleg³ego jest sieÊ ze

sterownikiem PLC, do ktÛrego jest

pod³¹czona sieÊ czujnikÛw oraz ele-

mentÛw wykonawczych ( rys. 2 ), roz-

mieszczonych na duøym obszarze.

Podstawow¹ korzyúci¹ wynikaj¹c¹

z†zastosowania sieci jest zminimalizo-

wanie liczby przewodÛw niezbÍdnych

do po³¹czenia elementÛw systemu. Ma

to szczegÛlne znaczenie przy duøej

liczbie oprzyrz¹dowania. CzÍsto z†tego

powodu stosuje siÍ wiÍcej mniejszych

sterownikÛw PLC, mog¹cych wymie-

niaÊ informacje miÍdzy sob¹ ( rys. 3 ).

Rozmiary sieci

WielkoúÊ architektury sieciowej za-

leøy od stopnia skomplikowania syste-

mu sterowania. Najprostsze nie wyma-

gaj¹ jej wcale. W†przypadku, gdy

w†systemie s¹ dwa elementy, ktÛre ko-

rzystaj¹ ze wspÛlnych zasobÛw lub

stan jednego wp³ywa na drugi, moøna

je po³¹czyÊ sieci¹.

Najlepszym przyk³adem pary urz¹-

dzeÒ jest sterownik PLC oraz interfejs

operatora linii lub procesu. W†celu

zmniejszenia bariery psychologicznej

operatorÛw, w†ma³ych systemach (ma-

³ych urz¹dzeniach) stosuje siÍ panele

operatorskie montowane obok urz¹dze-

nia lub bezpoúrednio na nim ( rys. 1 ).

Panele takie s¹ coraz lepsze i†oferuj¹

coraz wiÍcej moøliwoúci, jednak pe³ne

spektrum moøliwoúci oferuje obecnie

jedynie komputer klasy PC z†systemem

wizualizacji i†sterowania.

Sieci nadrzÍdne

W†praktyce czÍsto zdarza siÍ po-

trzeba po³¹czenia maszyn, ktÛre maj¹

w³asne ma³e sieci, w†jeden system.

Z†pomoc¹ przychodz¹ sieci nadrzÍdne

( rys. 4 ). DziÍki nim, bez znacz¹cej in-

gerencji w†sieÊ lokaln¹, moøna stwo-

rzyÊ jedn¹ duø¹ strukturÍ umoøliwia-

j¹c¹ sterowanie wszystkimi maszynami

z†jednego miejsca. Poniewaø tymi

sieciami s¹ przesy³ane ogromne iloúci

informacji, charakteryzuj¹ siÍ wiÍc

duø¹ wydajnoúci¹.

Rys. 1

Rys. 2

Elektronika Praktyczna 2/2004

135

A U T O M A T Y K A

Rys. 3

Zalety wynikaj¹ce ze

stosowania sieci

Do najwaøniejszych zalet stosowa-

nia sieci w†systemach przemys³owych

moøna zaliczyÊ:

a) prostsze projektowanie systemÛw

ze wzglÍdu na moøliwoúÊ rozpro-

szenia systemu sterowania,

b) zwiÍkszon¹ przejrzystoúÊ systemu,

c) ³atwiejsz¹ obs³ugÍ dziÍki moøliwoú-

ci do³¹czenia interfejsÛw uøytkow-

nika,

d) moøliwoúÊ ³¹czenia urz¹dzeÒ rÛø-

nych producentÛw,

e) moøliwoúÊ centralizowania zarz¹-

dzania procesem,

f) elastycznoúÊ pod wzglÍdem rozbu-

dowy,

g) dostÍpnoúÊ wszystkich urz¹dzeÒ

z†dowolnego miejsca w†sieci,

h) zmniejszenie nak³adÛw na okablo-

wanie obiektowe.

Rys. 4

Standardy w†sieciach

przemys³owych

WiÍkszoúÊ producentÛw systemÛw

sterowania przemys³owego produkuje

dla swoich sieci odpowiednie urz¹dze-

nia i†implementuje w³asne protoko³y.

Wskutek tego powsta³o wiele rÛønych

typÛw sieci, podobnych, lecz rÛø-

ni¹cych siÍ w†szczegÛ³ach. WiÍkszoúÊ

sieci jest oparta na zmodyfikowanych

interfejsach transmisji szeregowej, tj.:

RS232, RS485, RS422, szeroko stoso-

wane w†systemach monitoringu i ste-

rowania z komputermai PC.

Niestety do standaryzacji sieci jest

jeszcze stosunkowo daleko. WidaÊ jed-

nak pierwsze jaskÛ³ki - systemy siecio-

we stosowane szczegÛlnie chÍtnie

przez producentÛw osprzÍtu i†urz¹dzeÒ

pomiarowych. CzÍúÊ z†nich zostanie

przedstawiona w†ramach tego cyklu

artyku³Ûw.

Adam Bieñkowski

Czujniki, sterowniki, system nad-

rzÍdny dla sterownikÛw oraz sieÊ kom-

puterowa mog¹ tworzyÊ bardzo rozbu-

dowany system regulacji i/lub sterowa-

nia ( rys. 5 ). Wykorzystuje siÍ w nim

kilka rÛønych protoko³Ûw i†mediÛw.

Moøe wykorzystywaÊ istniej¹c¹ zak³a-

dow¹ sieÊ komputerow¹. Moøna w†tym

systemie zdalnie sterowaÊ nadzorowa-

nym procesem przez Internet, czyli

z†dowolnego miejsca na úwiecie. Sys-

temy takie potrafi¹ obecnie zadzwoniÊ

do domu operatora i†g³osem powiado-

miÊ o†awarii lub innym waønym zda-

rzeniu w†systemie. Potrafi¹ rÛwnieø

wys³aÊ e-maila z†wiadomoúci¹ tekstow¹

tworzon¹ stosownie do okolicznoúci.

PrÍdkoúci w†sieciach

PrÍdkoúÊ transmisji w†sieci przemys-

³owej podlega tym samym regu³om co

w†sieciach komputerowych (np. w†zaleø-

noúci od iloúci danych jakie chcemy

przes³aÊ). Pewnym kryterium okreúlaj¹-

cym (w przybliøony sposÛb) wymagan¹

prÍdkoúÊ jest tzw. czas odpowiedzi.

Okreúla on czas, jaki up³ynie miÍdzy

wydaniem polecenia przez operatora

a†odpowiedzi¹†systemu sterowania. Prze-

waønie im szybszy lub waøniejszy pro-

ces jest kontrolowany, czasy te s¹ krÛt-

sze, a†sieÊ musi byÊ szybsza. Najmniej-

sze prÍdkoúci stosowane w†przemyúle to

1200 bd, najwiÍksze to nawet 100 Mbd

dla sieci ethernetowych.

NiezawodnoúÊ sieci

W†przypadku, gdy informacje prze-

sy³ane w†sieci s¹ szczegÛlnie waøne,

stosuje siÍ powielanie po³¹czeÒ siecio-

wych (redundancjÍ - nadmiarowoúÊ).

Awaria ktÛrejkolwiek z†ga³Ízi sieci po-

woduje, øe informacje przesy³ane s¹

ga³Ízi¹ sprawn¹. Zarz¹dzanie tak¹

transmisj¹ jest osobnym skomplikowa-

nym zagadnieniem. Stosuje siÍ tu

rÛøne podejúcia w†zaleønoúci od apli-

kacji. W†przypadku duøych odleg³oúci

moøliwe jest obecnie zastosowanie ra-

diolinii, ³¹cznoúci satelitarnej (np. te-

lefonia komÛrkowa) oraz úwiat³owo-

dÛw. Taki w³aúnie przypadek zosta³

przedstawiony na rys 5. Informacje

z†systemu sterownikowego zbierane s¹

w†dwÛch komputerach. Awaria jedne-

go z†nich powoduje przejÍcie kontroli

przez drugi.

Rys. 5

136

Elektronika Praktyczna 2/2004

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: