Ethernet и TCP/IP уже давно и успешно завоевали мир офисной автоматизации, и в последнее время мы видим практически массовое наступление на распределенные системы управления производством. В качестве основной идеи выступает предложение использовать так называемое "бесшовное" соединение всех уровней классической пирамиды автоматизации: от уровня автоматизации технологических процессов до уровня управления предприятием. Сети на базе этой технологии привлекают низкой стоимостью и простотой реализации. Для воплощения этой идеи и потребовалась серьезная адаптация Ethernet, особенно в плане поддержки реального времени, так же для применения в промышленности пришлось разрабатывать на основе Ethernet специальные прикладные протоколы.
Как мы знаем - Ethernet (от лат. aether - эфир) - это одна из самых распространенных технологий пакетной передачи данных. Родился Ethernet 22 мая 1973 г. ,когда Роберт Меткалф и Дэвид Боггс опубликовали описание экспериментальной сети, построенной ими в Исследовательском центре Xerox. Строилась сеть на толстом коаксиальном кабеле и обеспечивала скорость передачи данных 2,94 Мбит/с. Новая технология получила имя Ethernet (эфирная сеть), в честь радиосети Гавайского университета ALOHA, в которой был использован схожий механизм разделения среды передачи (радиоэфира).
А к концу 70-х годов под технологию была подведена солидная теоретическая база. Так в феврале 1980 года фирма Xerox, совместно с DEC и Intel, представила разработку IEEE, которая спустя три года утвердила ее в качестве стандарта IEEE 802.3.
Industrial Ethernet (промышленный Ethernet) был разработан и стандартизирован для применения в сфере промышленности. И постепенно Industrial Ethernet начиная с конца 90-х гг., постепенно вытеснял или дополнял унаследованные протоколы полевых шин, такие как Modbus или Profibus, используемые в задачах управления и автоматизации заменяя собой коммуникационные потребности последних.
Industrial Ethernet (промышленный Ethernet) - стандартизованный (IEEE 802.3 и 802.11) вариант Ethernet для применения в промышленности. Industrial Ethernet обычно используется для обмена данными между программируемыми контроллерами и системами человеко-машинного интерфейса, обмена данных между контроллерами, подключения к контроллерам удаленного оборудования (датчиков и исполнительных устройств).
В этой статье мы постараемся рассмотреть отличия Industrial Ethernet от Ethernet.
Физические отличия оборудования
Отсутствие вентиляторов Одной из причин выхода из строя компьютерного оборудования является неисправность систем охлаждения. Вентилятор, принудительного охлаждения, вышедший из строя приводит к нестабильной работе коммутатора и как следствие к его зависанию. Работа оборудования с вентиляторами накладывает требования и на чистоту воздуха в помещении.
В отличие от офисной, оборудование Industrial Ethernet не использует вентиляторов, что позволяет использовать их в запыленных помещениях с ограниченным доступом для профилактического обслуживания. Отсутствие движущихся частей, промышленного Industrial Ethernet оборудования увеличивает время наработки на отказ (MTBF не менее 15 лет).
Температурный диапазон Обычное офисное оборудование, работает при температурах (от +5C до +40C), в то время, как промышленные котроллеры (PLC) работают при температурах от 0C до +60C. Очень часто системы автоматизации распологаются в неотапливаемых помещениях или на улице, что требует еще более широкого температурного диапазона от -40C до +70C, который и обеспечивает оборудование Industrial Ethernet. Видно, что офисное оборудование не удовлетворяет стандартным промышленным требованиям к температурному диапазону работы.
Надежное крепление (монтаж) Промышленные устройства автоматизации и управления, как правило, крепятся на DIN-рельсе (DIN-Rail) монтируемом на специальных панелях устанавливаемых в соответствующие шкафы. Крепление устройств на DIN-рельс делает легким их установку и предоставляет возможность быстрой замены.
Офисное оборудование предназначено для установки на столах или 19'' шкафу в результате чего отсутствует возможность надежной установки офисного оборудования вне стен офиса.
Размеры DIN-рельса, Пример крепления устройств на Din-рельсе
Низковольтное электропитание Промышленные системы подключаются к сети электропитания с помощью низковольтного преобразователя напряжения (например из 220VAC в 24VDC). Так и оборудование Industrial Ethernet должно удовлетворять работе в широком диапазоне входных напряжений переменного или постоянного тока. Это реализуется наличием широкодиапазонного блока питания DC-DC, который может работать в условиях нестабильного электропитания благодаря наличию входного конденсатора большой емкости, и, позволяет выдерживать кратковременные перепады напряжения. Так же, оборудование Industrial Ethernet предусматривает резервирование источников питания.
Подключение токоведущих частей на оборудовании Industrial Ethernet, осуществляется с помощью винтовых зажимов (клеммных колодок), что гарантирует от случайного выключения и обеспечивает устойчивость к вибрации.
Блок питания SixNet 220V->24V
Резервирование В большинстве случаях офисного применения, выход из строя компьютерной сети на несколько минут или даже часов, не является критичным. Однако, для промышленного применения такие случаи недопустимы, так как это может привести к авариям, экологическим бедствиям, случаям воровства и вандализма… потери, даже от одной минуты простоя, могут вызвать необратимые последствия.
Именно поэтому производители оборудования Industrial Ethernet используют высокоскоростные технологии восстановления работоспособности (HIPER-Ring, eRSTP, Super-Ring и т.д.) которые многократно превосходят по скорости офисный Spanning-Tree (STP) и RSTP.
Резервирование от Hirschmann Hiper-Ring
Дополнительные интерфейсы В целях большей интеграции с системами управления производством, промышленные коммутаторы имеют «сигнальный контакт» с помощью которого возможно информирование (сигнализация) систем АСУТП о частичной неисправности коммутатора или сети (потеря резервного электропитания, обрыв линии связи).
Дополнительное программное обеспечение (OPC) позволяет получить доступ к SNMP настройкам коммутатора из различных SCADA систем.
Нормативные требования Офисное Ethernet оборудование не отвечает требованиям промышленной автоматизации. Более того, требования по сертификации промышленного оборудования, зачастую являются уникальными и имеют свои "отраслевые" особенности.
Industrial Ethernet оборудование обязательно должно пройти тесты на электромагнитную совместимость (EMC) согласно требованиям IEC 61000-4, IEEE C37.90. Тесты на вибрацию IEC 60255-21 и защиту от попадания влаги или посторонних частиц IEC 60529, NEMA 6 (IP67) и т.д.
Среди отраслевых стандартов и сертификатов стоит отметить требование на соотвествие стандарту IEC 61850-3 (Сети и системы связи на подстанциях МЭК 61850-3), сертификат Germanischer Lloyd (GL) или DNV, стандарты на взрывобезопасность UL1604 (ATEX) и многие другие.
Увеличенный жизненный цикл
Стоит отметить, что большая часть офисного Ethernet оборудования расчитана на цикл 3-5 лет, после чего де-факто подразумевается его замена на более современные модели, естественно срок 5 лет не подходит для объектов с длительным периодом окупаемости, таких как линии по производству продукции, автомагистрали, нефте- и газопроводы.
Профессиональная техническая поддержка Промышленные Industrial Ethernet сети предоставляют заказчику множество возможностей, позволяющих оптимизировать процессы передачи данных, обеспечить бесперебойное функционирование и непрерывность технологического процесса, что позволяет более экономично расходовать финансовые средства. Однако инженеры работавшие только с офисным оборудованием и не знакомые с промышленными Ethernet сетями, зачастую при проектировании таких сетей или их обслуживании настолько запутывают все процессы, что возникает вероятность нарушения работоспособности всей системы. Именно по этой причине очень важно что бы оборудование Industrial Ethernet было обеспечено круглосуточной профессиональной технической поддержкой.
