Главная Пресс-центр Статьи и публикации Восемь открытых промышленных сетей и Industrial Ethetrnet

Восемь открытых промышленных сетей и Industrial Ethetrnet

Перри Синк (Perry Sink), Synergetic Micro Systems, Inc.

  В предлагаемом справочнике приведены сравнительные характеристики и краткое описание сильных и слабых сторон наиболее популярных промышленных сетей Profibus, CAN, DeviceNet, CANopen, Interbus, AS-Interface, ControlNet, Foundation Fieldbus и типовые области их применения. Кроме того, приводится описание технологии Industrial Ethernet и нескольких протоколов прикладного уровня: Modbus/TCP, EtherNet/IP, Foundation Fieldbus HSE, ProfiNet. Данная техническая и прикладная информация предназначена для пользователей и ОЕМ-производителей. Приведены подробные сравнительные таблицы.

 

Соединить все

  Если ваши технические или программные проекты как-либо    соприкасаются с автоматизацией или управлением технологическими процессами, вам наверняка известна тенденция все более широкого распространения различных открытых промышленных сетей (типа DeviceNet или Profibus). По мере роста требований к системам планирования ресурсов предприятия (ERP-системы) и информационно-административным системам предприятия (MIS-системы) на арене все чаще появляется и технология Ethernet.

 
  Роботы, системы транспортировки материалов и деталей, технологические системы управления, сборочные и упаковочные машины могут оснащаться десятками тысяч всевозможных датчиков и интеллектуальных устройств. Существует три способа организации связи подобных устройств друг с другом: а) использование индивидуальных проводных линий связи, б) использование «частных» сетей типа Modbus Plus, Remote I/O и Genius I/O, в) использование сетей с открытой архитектурой.

 
  Применение сети само по себе дает огромные преимущества, причем преимущества эти тем значительнее, чем крупнее система: сокращается время на прокладку связующих кабелей, уменьшается стоимость установки, появляется модульность, создаются потенциальные возможности для проведения мощной диагностики. Подробно останавливаться на преимуществах сетей как таковых в данной публикации мы не будем; большинству специалистов они и так известны, в том числе и из других источников.

 

Преимущества открытой архитектуры

  Преимущества, которые даёт применение сетей с открытой архитектурой, еще более значительны. Действительно, в случае использования таких сетей вы всегда имеете возможность выбора между несколькими поставщиками сходных по своим характеристикам продуктов. Конкуренция между поставщиками заставляет их снижать цены на свои изделия и быть добросовестными; расширенные же возможности сетевых устройств таковы, что внедрение сетевой системы ввода/вывода может явиться единственным способом достижения максимальной эффективности вашей системы в ряду ей подобных.

 

Какая сеть лучше?

  Многих специалистов по автоматизации широта выбора в этой области несколько смущает. Промышленных шин сейчас существует не менее десятка, и потому у пользователей невольно возникает вопрос: какая сеть лучше? когда же эта неразбериха, наконец, закончится?

 
  На самом деле, какая-то единственная шина лучшей никогда не будет, поскольку невозможно удерживать первенство абсолютно во всех областях. Всегда будет существовать множество решений, каждое со своими достоинствами и недостатками. Однако если вам будут хорошо известны все особенности каждого из этих решений, все его «за» и «против», у вас будет возможность сделать обоснованный вывод. Иными словами, вы сможете выбрать одну или две шины, которые окажутся лучшими для вашего конкретного случая.

 
  Кроме того, все обсуждаемые в настоящей публикации шины уже хорошо себя зарекомендовали и не собираются исчезать со сцены в ближайшем будущем. Вы вполне можете рассчитывать на техническую поддержку и наличие требуемых устройств в течение еще длительного времени.

 

Profibus: самая распространённая в мире открытая промышленная сеть

 
  • Происхождение: правительственные органы Германии в сотрудничестве с производителями средств автоматизации, 1989 год.
 
 
  • Интерфейсы реализованы в виде специализированных микросхем (ASIC), которые выпускаются множеством поставщиков. Основывается на спецификации интерфейса RS485 и европейской электрической спецификации EN50170.
 
 
  • Разновидности: Profibus DP (главный/подчиненный), Profibus FMS (несколько главных устройств/одноранговые устройства), Profibus PA (внутренне безопасная шина).
 
 
  • Коннекторы: 9-штырьковый разъем типа D-Shell оконечной нагрузкой импеданса) или 12-миллиметровый быстроразборный разъём IP67.
 
 
  • Максимальное число узлов: 127.
 
 
  • Длина соединения: от 100 м до 24 км ретрансляторами и оптоволоконными кабелями).
 
 
  • Скорость передачи: от 9600 бит/с до 12 Мбит/с.
 
 
  • Размер сообщения: до 244 байт на сообщение для одного узла.
 
 
  • Методы обмена сообщениями: опрос (DP/PA) и одноранговый (FMS).
 
 
  • Поддерживающая организация: Profibus Trade Organization консорциум производителей и пользователей продуктов в стандарте Profibus.
 
  Чаще всего Profibus применяется в крупных сборочных агрегатах, механизмах транспортировки материалов и деталей и в управлении технологическими процессами. Данная шина позволяет осуществлять однокабельное соединение многовходовых блоков датчиков, пневматических вентилей, сложных интеллектуальных устройств, небольших подсетей (типа AS-I) и операторских пультов.

 
  Достоинства: Profibus самый распространенный в мире сетевой стандарт. Эта шина, применяемая в Европе почти повсеместно, весьма популярна в Северной и Южной Америке, а также в некоторых странах Африки и Азии. Версии DP, FMS и PA в целом удовлетворяют требованиям подавляющего большинства систем автоматизации.

 
  Недостатки: относительно высокие накладные расходы при передаче коротких сообщений, отсутствие подачи питания по шине, несколько более высокая по сравнению с другими шинами стоимость. Кроме того, ориентация на продукты европейских компаний и изделия Siemens зачастую негативно оценивается пользователями в Северной Америке.

 
  Хорошая скорость передачи, большая длина соединения и широкие возможности по обработке данных превращают Profibus в одну из лучших шин, предназначенных для систем управления многими технологическими процессами и интенсивной обработки информации. Наиболее часто используемый формат обмена сообщениями Profibus DP представляет собой сеть с опросом узлов (выделенное главное устройство периодически опрашивает состояние каждого узла сети); тем самым обеспечивается постоянный контроль состояния каждого устройства в сети (одно устройство за один цикл опроса может передавать до 244 байт полезной информации). Каждое сообщение содержит 12 дополнительных байт, вследствие чего максимальная длина всего сообщения составляет 256 байт.

 
  Поддержка нескольких главных устройств  
  Протокол Profibus DP допускает наличие в системе нескольких главных устройств; каждое подчиненное устройство при этом выделяется лишь одному главному. Это означает, что читать данные с какого-либо устройства имеют право несколько главных устройств, однако записывать информацию в конкретное подчиненное устройство может лишь одно главное.

 
  Одноранговые устройства  
  Протокол Profibus FMS это формат обмена информацией между одноранговыми устройствами, обеспечивающий взаимодействие главных устройств. Главными устройствами при необходимости могут быть все устройства, подключенные к шине. Данная шина отличается более высокими накладными расходами на передачу сообщений по сравнению с Profibus DP.

 
  Допускается совместное использование FMS и DP в рамках одной и той же сети (режим «COMBI»). В таком режиме, как правило, функционируют системы, в составе которых наряду с программируемыми контроллерами есть персональные компьютеры. Основное главное устройство взаимодействует со вспомогательным главным при помощи FMS, обмен с устройствами ввода/вывода осуществляется по той же сети посредством DP-сообщений.

 
  Расширения Profibus DP V1  
  Старая спецификация FMS стала основой нового подхода: спецификация DP с расширениями V1, ориентированными на новые, более сложные устройства. Консорциум Profibus (Profibus Trade Organization) выпустил новую спецификацию, в которой многие функции Profibus FMS (поддержка нескольких главных устройств, одноранговый обмен) были объединены с Profibus DP (обмен по принципу «главный/подчиненный»), что обеспечило возможность оперативного конфигурирования устройства одновременно с передачей данных ввода/вывода. В прошлом одновременное применение FMS и DP также имело место, однако решаемые с помощью этих двух протоколов задачи были совершенно различны.

 
  Подобная интеграция позволяет технологии Profibus эффективно противостоять своим конкурентам с более развитыми возможностями: DeviceNet и Foundation Fieldbus.

 
  Profibus DP V2 для управления перемещением  
  Последним расширением спецификации Profibus является вариант Profibus DP V2, включающий такие новые возможности, как 1) функция синхронизации, позволяющая нескольким устройствам и осям перемещения зависеть от одного и того же генератора синхроимпульсов, и 2) обмен сообщениями по принципу «издатель/подписчик», позволяющий создавать связи между устройствами типа «один к одному» или «один ко многим». Тем самым обеспечивается согласованная работа синхронизированных осей перемещения.

 
  Внутренняя безопасность  
  Протокол Profibus PA практически идентичен последнему протоколу Profibus DP с диагностическими расширениями V1 за исключением более низких уровней напряжения и тока, соответствующих требованиям обеспечения внутренней безопасности (Класс I разд. II), принятых в обрабатывающей промышленности. Протокол Profibus PA поддерживается большинством плат главных устройств, однако использование данного протокола предполагает наличие развязывающих преобразователей между DP и PA (такие преобразователи поставляются целым рядом компаний). Питание PA-устройств от сети осуществляется с использованием напряжений и токов, гарантирующих внутреннюю безопасность.

 

CAN: недорогая очень надежная основа для нескольких распространенных промышленных шин: DeviceNet, CANopen, SDS и других

  Задавшись целью найти «пуленепробиваемую» технологию для ответственных компонентов заводских сетей, разработчики DeviceNet, CANopen, SDS и прочих сетей на базе CAN в итоге выбрали готовое решение из автомобильной отрасли. Технология CAN была создана в компании Bosch в начале 1980-х годов для упрощения процесса проводки кабелей в автомобилях Мерседес.

 
  Цель разработки CAN заключалась в замене громоздких пучков проводов (до 7,5 сантиметров в диаметре!) единственным кабелем, призванным соединить все основные компоненты управления автомобилем: аварийные и сигнальные огни, подушки безопасности, фары, электроприводы стекол, дверные замки и т.д.

 
  При возникновении в пучке проводов какой-либо неисправности порою дешевле весь автомобиль отправить на свалку, чем искать эту неисправность. В сетевой же системе вся кабельная разводка может быть выполнена в виде программных взаимосвязей; затраты на дополнительные устройства при этом с лихвой окупаются экономией на техобслуживании. То же самое справедливо и в отношении автоматизированного производственного оборудования.

 
  Высшая степень надежности  
  Понятно, что надежность связи в транспортном средстве в буквальном смысле вопрос жизни и смерти. Сбой сети просто-напросто НЕДОПУСТИМ, вне зависимости от его причины. Сеть CAN выживает в самых суровых условиях, причем статистическая вероятность отказа составляет менее одного случая за столетие.

 
  Прикладные программные уровни поверх CAN  
  Сам по себе CAN это всего лишь низкоуровневый арбитражный протокол обмена сообщениями, реализованный в очень дешевых (ценой менее доллара) микросхемах, выпускаемых миллионными партиями самыми разными производителями. Для превращения его в полнофункциональный сетевой протокол необходим дополнительный программный уровень.

 
  Высокоуровневые протоколы типа DeviceNet могут рассматриваться как сложные наборы «макросов» для CAN-сообщений, специально предназначенные для автоматизации. Также базируются на CAN сети автоматизации SDS и CANopen. (Еще один распространенный стандарт, J1939, был разработан обществом автомобильных инженеров SAE. Данный стандарт представляет собой прикладной CAN-уровень, предназначенный для использования в грузовиках и автобусах.)

 

DeviceNet: универсальная шина для заводских сетей нижнего и среднего уровней

 
  • Происхождение: Allen-Bradley, 1994 год.
 
 
  • Основа: технология CAN (Controller Area Nerwork), заимствованная из автомобильной промышленности.
 
 
  • Максимальное число узлов: 64.
 
 
  • Коннекторы: популярные быстроразборные 18-миллиметровые ( «мини-») и 12-миллиметровые ( «микро-») разъемы с гнездами и штекерами в герметичном исполнении и универсальные 5-штырьковые клеммные блоки.
 
 
  • Длина соединения: от 100 до 500 метров.
 
 
  • Скорость передачи данных: 125, 250 и 500 Кбит/с.
 
 
  • Максимальный размер сообщения: 8 байт на сообщение для одного узла.
 
 
  • Типы сообщений: Polling (опрос), Strobing (стробирование), Change-of-State (изменение состояния), Cyclic (циклическое); Explicit (для передачи конфигурационных сведений и значений параметров) и UCMM (для обмена между одноранговыми устройствами). Модель обмена производитель/потребитель (Producer/Consumer).
 
   
 
  • Типичные области применения: в основном сборочные, сварочные и транспортировочные агрегаты. Используется для однокабельного соединения многовходовых блоков датчиков, интеллектуальных датчиков, пневматических вентилей, считывателей штрих-кодов, приводов и операторских пультов. Особенно широкое распространение данная шина получила в автомобильной и полупроводниковой отраслях промышленности.
 
 
  • Достоинства: дешевизна, широкое распространение, высокая надежность, эффективное использование пропускной способности, подача питающего напряжения по сетевому кабелю.
 
 
  • Недостатки: ограниченная пропускная способность, ограниченный размер сообщений, ограниченная длина соединения.
 
  Гибкая, доступная и конкурентоспособная  
  DeviceNet это гибкая промышленная шина общего назначения, удовлетворяющая 80% стандартных требований, предъявляемых к прокладке кабелей внутри промышленных установок и цехов. Поскольку питающее напряжение для устройств автоматики подается по сетевому кабелю, общее число используемых кабелей и сложность разводки минимальны. Протокол DeviceNet поддерживается сотнями разнотипных устройств (от интеллектуальных датчиков до вентилей и операторских пультов) и сотнями различных производителей.

 
  Работать не интенсивнее, а умнее  
  Одним из самых больших достоинств DeviceNet является поддержка нескольких типов обмена сообщениями, что позволяет данной шине работать «с умом». В любой момент времени для обеспечения наиболее оперативной и информативной передачи сообщений в сети одновременно могут использоваться несколько различных методов.

 
  Типы передаваемых сообщений  
 
  • Опрос (Polling): опрашивающее устройство поочередно запрашивает данные из каждого конкретного устройства сети либо посылает данные в это конкретное устройство. Таким образом, каждый узел должен поддерживать как входящие, так и исходящие сообщения. Данный метод является самым совершенным, но, вместе с тем, и самым медленным способом сбора информации.
 
 
  • (Широковещательное) стробирование (Strobing): опрашивающее устройство посылает подчиненным устройствам общий запрос, после чего подчиненные устройства по очереди отсылают главному данные о своем состоянии (первым отвечает узел с номером 1, вторым с номером 2 и т.д.). Меняя порядок нумерации узлов, можно задавать приоритетность сообщений. Опрос и широковещательное стробирование наиболее распространенные способы сбора данных.
 
 
  • Периодическая отсылка (Cyclic): сетевые устройства автоматически с установленной периодичностью передают центральному узлу сведения о своем состоянии. Сообщения данного типа, называемые иногда heartbeat-сообщениями (сообщениями типа «я живой»), нередко используются совместно с сообщениями об изменении состояния (Change of State) для индикации текущей работоспособности устройства.
 
 
  • Изменение состояния (Change of State): отсылка сообщения происходит только по факту изменения состояния устройства. Данный метод отличается наименьшими временными затратами; при этом в крупных сетях его производительность может оказаться выше, чем в сетях с использованием метода опроса и с гораздо более высокой скоростью передачи. Метод Change of State является самым экономичным с точки зрения временных затрат, но, вместе с тем (иногда), и наименее точным, поскольку производительность и время отклика становятся статистическими, т.е. непредсказуемыми величинами.
 
 
  • Явное сообщение (Explicit Messaging): передача сообщения с одновременным указанием способа его интерпретации устройством. Широко используется для связи с такими сложными устройствами, как приводы и контроллеры в целях получения значений параметров, меняющихся не так быстро и часто, как производственная информация. Данный метод представляет собой общее многоцелевое средство обмена информацией между двумя устройствами и обеспечивает выполнение функций типа конфигурирования устройства.
 
 
  • Фрагментированное сообщение (Fragmented Messaging): если размер передаваемого сообщения превышает восемь байт, оно может быть разделено на несколько восьмибайтовых фрагментов с последующим восстановлением сообщения в принимающем устройстве. Отсылка одного большого сообщения требует, таким образом, нескольких операций передачи по шине. Обычно в системе DeviceNet фрагментирование сообщений выполняется автоматически, без вмешательства со стороны пользователя.
 
 
  • UCCM (UnConnected Massage Manager Менеджер однорангового обмена): UCMM-интерфейсы DeviceNet могут непосредственно взаимодействовать друг с другом на одноранговой (peer-to-peer) основе. В отличие от связи типа «главный-подчиненный», любое UCMM-устройство обменивается данными с другим UCMM-устройством напрямую, без предварительной отсылки информации в главное устройство.
 
  UCMM-устройства должны принимать все стандартные CAN-сообщения, пересылая нежелательные или не относящиеся к делу сообщения верхним программным уровням. Требования к объемам ОЗУ и ПЗУ в этом случае выше, чем при обычном обмене типа «главный-подчиненный».

 

DeviceNet Detective

  В ответ на многочисленные жалобы обслуживающего персонала на трудности устранения даже простейших проблем в DeviceNet-системах (подключение к сети портативного компьютера и поиск источника проблемы требовали слишком больших временных затрат) был разработан несложный и удобный сетевой анализатор под названием DeviceNet Detective.

 
  Это быстрое полнофункциональное средство поиска и устранения сетевых проблем, незаменимое не только для обслуживающего персонала, но и для прочих работников, в задачи которых входят запуск и поддержание работоспособности сети.

 
  DeviceNet Detective отслеживает уровни основных сигнальных линий, отображает все необходимые сведения о состоянии и конфигурации каждого узла и ведет «журнал ошибок», где фиксирует все возникающие в течение заданного периода времени сетевые проблемы. Анализатор DeviceNet Detective предоставляет пользователю наиболее важную информацию о состоянии сети в простой и удобной для восприятия форме.

 

CANopen: европейский CANbus

 
  • Происхождение: CAN in Automa-tion, 1993 год.
 
 
  • Базируется на разработанной в автомобильной отрасли технологии CAN и электрических спецификациях RS485.
 
 
  • Максимальное число узлов: 64.
 
 
  • Коннекторы: популярные быстроразборные 18-миллиметровые ( «мини-») и 12-миллиметровые ( «микро-») разъемы с гнездами и штекерами в герметичном исполнении, а также универсальные 5-штырьковые клеммные блоки.
 
 
  • Длина соединения: от 100 до 500 метров.
 
 
  • Скорость передачи данных: 125, 250, 500 и 1000 Кбит/с.
 
 
  • Максимальный размер сообщения: 8 байт на сообщение для одного узла.
 
 
  • Типы сообщений: Polling (опрос), Strobing (избирательное), Change-of-State (изменение состояния), Cyclic (циклическое) и другие.
 
   
 
  • Типичные области применения: в основном в системах управления перемещением, в сборочных, сварочных и транспортировочных агрегатах. Используется для однокабельного соединения многовходовых блоков датчиков, интеллектуальных датчиков, пневматических вентилей, считывателей штрих-кодов, приводов и операторских пультов.
 
 
  • Достоинства: по сравнению с другими сетями на базе шины CAN сеть CANopen в большей степени пригодна для быстродействующих систем управления перемещением и контуров регулирования с обратной связью. Высокая надежность, рациональное использование пропускной способности, подача питающего напряжения по сетевому кабелю.
 
 
  • Недостатки: малая распространенность за пределами Европы, чрезмерная сложность и запутанность протокола с точки зрения разработчиков, а также общие для всех CAN-сетей недостатки (ограниченная пропускная способность, ограниченный размер сообщений, ограниченная длина соединения).
 
  Возможности CANopen  
  CANopen это семейство профилей на базе CAN, протокол более высокого уровня (CAN Application Layer (CAL), а также коммуникационный профиль), снабженный такими дополнительными функциональными возможностями, как стандартизированные коммуникационные объекты для технологической информации, служебных данных, сетевого управления, синхронизации, временной регистрации и аварийных сообщений. Технология CANopen была разработана международным обществом пользователей и производителей CAN in Automation, насчитывающим более 300 участников.

 
  Поскольку CANopen базируется на протоколе CAN, сети CANopen также поддерживают существование нескольких главных устройств и широковещательный обмен данными. Оперативность передачи информации в CANopen достигается несколькими различными способами. Кроме того, в CANopen имеется заранее определенный набор соединений между главными и подчиненными устройствами, что освобождает неопытных пользователей от необходимости распределения идентификаторов (как требуют того решения на основе канального уровня CAN). Одной из важнейших функций является фрагментация длинных сообщений, размер которых превышает 8 байт. В целях обеспечения правильности приема конфигурационной информации транспортный протокол использует услуги с подтверждением. Взаимодействие устройств различных производителей достигается за счет поддержки коммуникационного профиля CANopen.

 
  Основное отличие CANopen от других промышленных шин, ориентированных на соединения типа «главный-подчиненный», заключается в способности каждого узла самостоятельно обращаться к шине и напрямую обмениваться данными с любым другим узлом, минуя главное устройство. Поскольку в основе CANopen лежит протокол CAN, процесс передачи данных в коммуникационном профиле определен как управляемый событиями, что позволяет максимально сократить объем трафика. Для нужд систем управления перемещениями в CANopen имеются операции синхронизации (циклическая и ациклическая).

 
  Объектно-ориентированная технология  
  Сети CANopen, DeviceNet и Smart Distributed System (SDS) это объектно-ориентированные технологии со сходными функциональными возможностями по передаче оперативных данных, конфигурационных параметров и управляющей сетевой информации. Вместе с тем DeviceNet и SDS в большей мере ориентированы на связь, в то время как CANopen на передачу сообщений. Имеются небольшие различия и в способе фрагментации блоков данных большого объема. Все три высокоуровневых CAN-протокола поддерживаются организацией CiA и определяют поведение и функциональные возможности стандартных устройств автоматики типа модулей ввода/вывода, приводов и т.д. с целью обеспечения взаимозаменяемости устройств различных производителей.

 
  Области применения  
  Наряду с системами управления перемещением (текстильная и полиграфическая отрасли, упаковочные линии, опрессовка под давлением и др.), сети CANopen применяются также в роботизированном производстве, медицинском оборудовании типа компьютерных томографов и рентгеновских аппаратов, погрузчиках и подъемных кранах. Среди других областей применения можно назвать общественный транспорт (информационные системы для водителей и пассажиров) и бортовые системы судов. Однако основной областью применения является децентрализованное управление оборудованием.

 

Interbus: высокоскоростная детерминированная европейская промышленная шина

 
  • Происхождение: Phoenix Contact, 1984 год.
 
 
  • Топология на основе быстродействующих сдвиговых регистров.
 
 
  • Максимальное число узлов: 256.
 
 
  • Коннекторы: 9-штырьковые D-Shell- и 23-миллиметровые цилиндрические DIN-разъемы; соединения: витая пара, оптоволоконный канал, контактное кольцо, инфракрасная связь, SMG.
 
 
  • Длина соединения: 400 метров на сегмент, в сумме до 12,8 км.
 
 
  • Скорость передачи: 500 Кбит/с (также возможна скорость 2 Мбит/с).
 
 
  • Размер сообщения: 512 байт данных на узел, число передаваемых блоков не ограничено.
 
 
  • Типы обмена сообщениями: сканирование устройств ввода/вывода, РСР-канал для передачи данных.
 
 
  • Типовые области применения: в основном в сборочных, сварочных и транспортировочных агрегатах. Используется для однокабельного соединения многовходовых блоков датчиков, пневматических вентилей, считывателей штрих-кодов, приводов и операторских пультов. Может применяться вместе с подсетями SensorLoop и AS-I.
 
 
  • Достоинства: существенно упрощающая конфигурирование системы автоадресации, расширенные диагностические возможности, широкая распространенность (особенно в Европе), низкие издержки, малое время отклика, рациональное использование пропускной способности, подача напряжения питания (для устройств ввода) по сетевому кабелю.
 
 
  • Недостатки: сбой любого соединения приводит к отказу всей сети; ограниченные возможности по передаче данных большого объема.
 
  Еще одно достижение в области передачи данных  
  Сеть Interbus одна из самых первых промышленных шин, получивших широкое распространение. Она остается популярной и сегодня благодаря своей гибкости, быстродействию, диагностическим средствам и автоадресации. Физически Interbus напоминает обычную сеть с многоотводными соединениями, однако в действительности представляет собой последовательное кольцо на базе сдвиговых регистров. Каждый подчиненный узел имеет два коннектора: через один коннектор данные принимаются, через другой передаются в следующий узел.

 
  Информация об адресе в протоколе отсутствует; данные в сети пересылаются по кругу, и главное устройство всегда способно определить, из какого узла считывается или в какой узел передается информация по, так сказать, положению этого узла в кольце. Издержки протокола, таким образом, минимальны; в типовых системах с несколькими десятками узлов и (возможно) десятком устройств ввода/вывода на узел немногие шины способны показывать лучшие результаты, чем Interbus.

 
  Самоконфигурирование  
  Благодаря необычной сетевой топологии Interbus имеет два дополнительных преимущества. Во-первых, кольцевая топология дает главному устройству возможность самому себя конфигурировать, причем в некоторых случаях данный процесс не требует вмешательства со стороны пользователя. Таким образом, Interbus вполне может играть роль сети, «защищенной от дурака» (по крайней мере, защищенной в той же степени, в которой может быть «защищена от дурака» любая другая сеть). Во вторых, точность сведений о сетевых отказах и месте их возникновения значительно упрощает процесс их (отказов) поиска и устранения.

 
  Типы данных  
  Сеть Interbus с одинаковой легкостью может работать с устройствами как аналогового, так и цифрового ввода/вывода. Канал РСР представляет собой коммуникационный механизм упаковки в Interbus-протокол конфигурационных параметров и управляющих команд без какого-либо влияния на процесс передачи обычных данных ввода/вывода.

 

AS-I (Actuator Sensor Interface): самая простая (возможно, и самая дешевая) промышленная шина

 
  • Происхождение: консорциум AS-I Consortium, 1993 год.
 
 
  • Максимальное число узлов: 31 подчиненный, 1 главный.
 
 
  • Коннекторы: монтируемые с прорезанием изоляции разъемы для плоского желтого кабеля, двухпозиционные клеммные колодки и 12-миллиметровые быстроразборные ( «микро-») разъемы.
 
 
  • Длина соединения: 100 метров; с ретрансляторами до 300 метров.
 
 
  • Скорость передачи: 167 Кбит/с.
 
 
  • Размер сообщений: 8 бит (4 входящих, 4 исходящих) на сообщение для одного узла.
 
 
  • Метод обмена сообщениями: Strobing (стробирование).
 
   
 
  • Типичные области применения: в основном в сборочных, сварочных и транспортировочных агрегатах. Используется для однокабельного соединения многовходовых блоков датчиков, интеллектуальных датчиков, пневматических вентилей, коммутаторов и индикаторов.
 
 
  • Достоинства: чрезвычайная простота, дешевизна, распространенность, высокое быстродействие, подача питающего напряжения по сетевому кабелю. Превосходное средство для объединения устройств цифрового ввода/вывода.
 
 
  • Недостатки: плохо подходит для объединения устройств аналогового ввода/вывода; ограниченные размеры сети; слабая распространенность в Северной Америке настоящее время).
 
 
  • Примечание: недавно вышедшая новая спецификация AS-I допускает подключение 62 (вместо 31) подчиненных устройств с 4 входами и 3 выходами каждое. В настоящий момент данную спецификацию поддерживает малое число производителей, однако удовлетворяющие ей новые устройства могут использоваться наравне со старыми.
 
  Простота подключения  
  Технология ASI была разработана консорциумом европейских производителей средств автоматизации, осознавшим потребность объединения в сеть простейших устройств на самом нижнем уровне. Сеть ASI дешева и чрезвычайно просто конфигурируется. Чаще всего данная шина используется для подключения датчиков приближения, фотоэлементов, концевых выключателей, вентилей и индикаторов в системах типа упаковочных линий и транспортировщиков материалов.

 
  Шина ASI разрабатывалась для применения в небольших системах с устройствами цифрового ввода/вывода. Сеть допускает объединение до 31 подчиненного устройства с 4 входами и 4 выходами каждое, что в совокупности дает 248 линий ввода/вывода.

 
  Если вы умеете программировать видеомагнитофон, вы умеете программировать и сеть ASI  
  Вне всякого сомнения, ASI самая простая промышленная шина. В технологии ASI реализовано множество сложных и «умных» механизмов, гарантирующих быструю и надежную доставку данных и обеспечивающих дружественность по отношению к пользователю. Все, что необходимо сделать пользователю при конфигурировании сети, это задать адрес каждого узла, а также его (узла) входы и выходы.

 
  Плоский желтый кабель  
  Самая известная особенность шины ASI ее плоский желтый кабель, подключение к которому осуществляется методом монтажа с прорезанием изоляции; тем самым устраняется необходимость в дорогих тройниках и применении сложных разъемов. Устройство просто прижимается к кабелю и соединение установлено. Наряду с плоским кабелем в ASI может использоваться и самый обычный осветительный шнур; никаких неприятностей в этом случае, как правило, не бывает.

 
  Подача питающего напряжения по сетевому кабелю  
  Для питания слаботочных устройств ввода в сигнальном кабеле имеется постоянное напряжение 30 В. Питание для устройств вывода может подаваться по дополнительному плоскому (черному) кабелю; большинство устройств вывода имеет клеммы, предназначенные для подключения этого кабеля.

 
  Нечувствительность к электромагнитным и радиопомехам  
  Нередко задается вопрос: не приводит ли отсутствие экранирования к тому, что сети ASI оказываются чувствительны к наводкам? Дело в том, что информация передается по кабелю в виде сигналов синусоидальной формы, отличающихся чрезвычайно узким частотным спектром. Подавление иных частот осуществляется распределенными по всей сети фильтрами, благодаря чему сети ASI могут работать без ошибок передачи данных в шумных смысле электрических помех) средах даже в сварочных автоматах.

 
  Аналоговые сигналы  
  Аналоговые сигналы также могут передаваться по ASI-линиям, однако в этом случае каждый узел может представлять лишь одно аналоговое устройство, а передача сигналов, требующих более четырех бит, должна осуществляться методом фрагментации.

 
  Детерминизм и длительность цикла опроса  
  Сеть ASI детерминированная. Это означает, что всегда можно сказать с полной уверенностью, через какой временной промежуток изменение состояния подчиненного устройства станет известно главному. Для вычисления этого промежутка необходимо число узлов (включая главное устройство) умножить на 150 микросекунд. Максимальная задержка в сети ASI составляет, таким образом, 4,7 миллисекунды, что является очень неплохим результатом для большинства систем многих программируемых контроллеров длительность цикла опроса составляет 20 и более миллисекунд!).

 

CONTROLNET: промышленная шина для ответственных систем высокого уровня

 
  • Происхождение: Allen-Bradley, 1995 год.
 
 
  • Строится на базе кабелей RG6/U (используются в системах кабельного телевидения) и специализированных ASIC-микросхем компании Rockwell.
 
 
  • Максимальное число узлов: 99
 
 
  • Коннекторы: сдвоенные продублированные BNC-разъемы.
 
 
  • Длина соединения: от 250 до 5000 метров ретрансляторами).
 
 
  • Скорость передачи: 5 Мбит/с.
 
 
  • Размер сообщения: от 0 до 510 байт.
 
 
  • Методы обмена сообщениями: на базе модели «производитель/потребитель» (Producer/Consumer); обмен с поддержкой нескольких главных устройств, обмен между одноранговыми устройствами, фрагментированные сообщения, сообщения с приоритетом и расписанием повторных передач; сдвоенные каналы передачи (встроенное резервирование).
 
   
 
  • Типичные области применения: ответственные общезаводские сети, объединяющие персональные компьютеры, программируемые контроллеры, подсети (DeviceNet, Foundation Fieldbus Н1 и т.п.) и средства автоматизации технологических процессов. Шина ControlNet используется также для высокоскоростной передачи чувствительных ко времени данных ввода/вывода, обычных сообщений, для загрузки/выгрузки программирующих и конфигурирующих параметров, а также для обмена сообщениями между одноранговыми устройствами.
 
 
  • Достоинства: детерминированное, стабильное, рациональное использование пропускной способности; более дешёвое, чем в большинстве других сетей, включая Ethernet, резервирование. Данные могут передаваться по любому транспортному межсетевому протоколу через Ethernet, Firewire и USB.
 
 
  • Недостатки: ограниченная поддержка производителями, дороговизна специализированных микросхем компании Rockwell.
 
  Технология ControlNet задумывалась как объединяющая промышленная шина верхнего уровня, удовлетворяющая многим требованиям высокопроизводительных средств автоматизации и управления технологическими процессами. Требованием первостепенной важности является обеспечение взаимодействия устройств со 100-процентным детерминизмом и меньшим по сравнению с традиционными сетями (связи типа «главный-подчиненный», с методом опроса и избирательным методом обмена сообщениями) временем отклика. (Детерминизм означает знание времени отклика со 100-процентной определенностью в самых неблагоприятных условиях).

 
  Данное требование реализуется за счет применения коммуникационной модели типа «производитель/потребитель» и планировщика со строгими приоритетами сообщений.

 
  Поддержка нескольких главных устройств и стабильность  
  В сетях ControlNet одни и те же точки ввода/вывода могут контролироваться несколькими главными устройствами.

 
  Стабильность (repeatability) означает, что длительность передачи постоянна по величине и не зависит от подключения устройств к сети или их отключения. В ControlNet эти характеристики были еще более усовершенствованы за счет выбираемых пользователем функций ввода/вывода и времен обновления блокировок контроллера.

 
  Большие объемы данных и сложные устройства  
  Технология ControlNet специально разрабатывалась для поддержки информационно-управляющих потоков в системах, состоящих из десятков полном смысле этого слова) подсетей и контроллеров. Для систем, имеющих дело с опасными материалами и требующих абсолютной гарантии передачи управляющей информации, детерминированные характеристики ControlNet чрезвычайно важны.

 
  Резервирование  
  Неотъемлемой характеристикой ControlNet является дублирование соединений. В других сетях обеспечить резервирование довольно трудно, в то время как в ControlNet парные соединения для этой цели имеет каждый узел.

 

Foundation Fieldbus H1 и HSE: двойное решение для обрабатывающей промышленности

 
  • Foundation Fieldbus: открытый международный стандарт для ответственных систем управления технологическими процессами и безопасных условий эксплуатации.
 
 
  • Происхождение: ISA, 1998 год.
 
 
  • Реализуется на базе микросхем различных производителей.
 
 
  • H1 внутренне безопасная шина (Intrinsically Safe), 31,25 Кбит/с; HSE высокоскоростной Ethernet (High Speed Ethernet), 100 Мбит/с. Основой является стандарт ISA SP50/IEC 61158.
 
 
  • Максимальное число узлов: 240 на сегмент (поддерживается до 65000 сегментов).
 
 
  • Длина соединения: до 1900 метров (для Н1).
 
 
  • Размер сообщения: 128 октетов.
 
 
  • Методы обмена сообщениями: клиент/сервер (Client/Server), издатель/подписчик (Publisher/Subscriber), уведомление о событиях (Event Notification).
 
   
 
  • Типичные области применения: распределенные системы управления, управление непрерывными процессами, периодические технологические процессы, нефтегазопереработка.
 
 
  • Достоинства: гибкий развитый протокол, обладающий широкими возможностями; внутренняя безопасность, интегрированный подход для уровней устройств автоматики и общезаводского оборудования; серьезные претензии на роль будущего отраслевого стандарта для обрабатывающей промышленности.
 
 
  • Недостатки: ориентация на обрабатывающую промышленность, ограниченный набор совместимых устройств, затянутость процессов стандартизации и принятия в промышленности.
 
  Шина Foundation Fieldbus наконец-то оформилась в законченную технологию и быстро завоевывает позиции в качестве будущего стандарта сетевых систем обрабатывающей промышленности.

 
  С начала официального появления Foundation Fieldbus в 1997 году данную технологию уже успели внедрить многие производители распределенных систем управления. В качестве стандарта Foundation Fieldbus конкурирует с такими технологиями, как Modbus, HART и Profibus PA.

 
  Уникальные требования, предъявляемые обрабатывающей промышленностью  
  Сетевые системы, развёртываемые на предприятиях обрабатывающей промышленности, как правило, охватывают целые комплексы зданий «городки»; эти системы гораздо крупнее, чем автоматизированные системы уровня цеха и производственного участка, характерные для промышленного производства. Модернизация и перестройка таких систем осуществляется гораздо реже и обходится дороже. (Когда производители автоматизированных систем для обрабатывающей промышленности находят заказчика, они обычно информируют об этом печать и устраивают большие презентации, поскольку подобные проекты, как правило, являются очень крупными.)

 
  Обрабатывающая промышленность относится к новым технологиям с очень и очень большой осторожностью. Внедрение новых систем может представлять большую опасность; ошибки здесь абсолютно недопустимы. В этой связи поставленная консорциумом Foundation Fieldbus цель разработать «окончательный» сетевой стандарт, способный удовлетворить всех и каждого, выглядит несколько претенциозно, и путь к достижению этой цели будет весьма нелегок.

 
  Сложная промышленная шина  
  В результате на свет появился сложный объектно-ориентированный протокол, обладающий несколькими способами передачи сообщений и обеспечивающий получение контроллером широкого набора конфигурационной и параметрической информации ( «характеристик устройств») при подключении к шине устройств. Более того, сеть Foundation Fieldbus позволяет устройству передавать информацию, описывающую степень достоверности конкретного блока данных.

 
  Для гарантии доставки сообщений в Foundation Fieldbus реализован специальный планировщик, который в значительной мере обеспечивает решение проблемы детерминизма и повторяемости (такой планировщик имеется в каждом сетевом сегменте). Стандарт High Speed Ethernet, HSE (высокоскоростная сеть Ethernet) это стандарт Ethernet с пропускной способностью 100 Мбит/с, снабженный теми же протоколом и объектами поверх TCP/IP, что и Foundation Fieldbus H1. В настоящий момент сеть HSE коммерческого распространения еще не получила; имеется лишь несколько экспериментальных площадок, где работает ее бета-версия.

 

Ethernet: неофициальный мировой стандарт административных и вычислительных сетей

 
  • Происхождение: Digital Equipment Corporation, Intel и Xerox, 1976 год.
 
 
  • Реализация: масса микросхем самых разных производителей. Базируется на стандарте IEEE 802.3.
 
 
  • Форматы: 10Base2, 10BaseT и 100BaseT, 100BaseFX, 1 Gigabit; кабели с медной жилой (витая пара/тонкий коаксиальный) и оптоволокно.
 
 
  • Коннекторы: коаксиальные и RJ45.
 
 
  • Максимальное число узлов: 1024; с использованием маршрутизаторов может быть увеличено.
 
 
  • Длина соединения: от 100 метров (10Base2) до 50 км (одномодовый оптоволоконный кабель с коммутаторами).
 
 
  • Скорость передачи: 10 Мбит/с, 100 Мбит/с.
 
 
  • Размер сообщения: от 46 до 1500 байт.
 
 
  • Метод обмена: одноранговый.
 
   
 
  • Типичные области применения: почти повсеместная распространенность в офисных и административных локальных сетях. Широко используется для связи персональных компьютеров, программируемых контроллеров и управляющих систем. Постепенно начинает применяться и на «уровне датчиков» в производственных системах.
 
 
  • Достоинства: Ethernet самый распространенный и практически универсальный международный сетевой стандарт. Поддерживает передачу больших объемов данных с высокой скоростью, способна удовлетворить потребности крупных систем.
 
 
  • Недостатки: большие издержки при передаче данных небольшого объема. Подача питающего напряжения по сетевому кабелю не производится. Физически уязвимые коннекторы, повышенная по сравнению с другими промышленными шинами чувствительность к электромагнитным помехам. Слишком большое разнообразие открытых и фирменных стандартов обработки данных.
 
  Объединение миллионов учрежденческих компьютеров в сети и распространение Интернета по всему миру превратило Ethernet во всеобщий сетевой стандарт. Аппаратные и программные средства для Ethernet достигли такого уровня, когда строить несложные сети и подключать компьютеры друг к другу способен даже совершенно неопытный пользователь.

 
  Аппаратные средства для Ethernet стоят крайне дёшево и продаются повсюду, в любом магазине электронных и компьютерных товаров, а также на сайтах электронной торговли.

 
  Если промышленные шины воспринимаются как нечто дорогостоящее и внедряемое с большим трудом, то на Ethernet смотрят как на панацею от всех бед. Более того, проведенные тремя крупнейшими автомобильными производителями исследования показали, что в принципе Ethernet в состоянии удовлетворить до 70 процентов всех потребностей сетевых производственных систем.

 
  На практике картина может оказаться несколько иной, но только сегодня и только сейчас. На пути превращения Ethernet в жизнеспособную, широкораспространенную промышленную шину нужно решить, как минимум, следующие четыре проблемы:

 
  1. Необходимо создание единого «прикладного уровня». Когда устройство принимает данные, как оно может определить, в каком они формате? Являются ли они последовательностью данных ввода/вывода, текстовым документом или электронной таблицей? Быть может, это параметры для частотно-регулируемого электропривода? А каков порядок данных? На сегодняшний день в этой области существуют несколько конкурирующих между собой стандартов (подробнее об этом см. ниже).

 
  2. Необходима разработка коннекторов в промышленном исполнении. Недорогие пластиковые «телефонные разъемы» для производственных условий непригодны, а равно и разъемы типа RJ45; нужен надежный промышленный разъем.

 
  3. Многие пользователи хотели бы, чтобы по сетевому кабелю подавалось питающее постоянное напряжение 24 В. С практической точки зрения это выгодно: меньше кабелей, меньше источников питания; с другой стороны, подача питающего напряжения по сетевому кабелю приведет к дополнительным затратам, повышению уровня помех и вызовет некоторые другие технические проблемы.

 
  4. Одним из основных требований некоторых систем является детерминизм. Обычная сеть Ethernet не обладает такими свойствами, как детерминизм и стабильность электрических характеристик (repeatability); иными словами, гарантия своевременной доставки в традиционной Ethernet отсутствует. Вместе с тем, уже существует ряд способов построения вполне детерминированных Ethernet-систем. Необходимо заметить, что большинству пользователей, желающих детерминизма, на практике требуется всего лишь быстродействие.

 
  Промышленный Ethernet это не гарантия собственно связи  
  Как и RS232 (телефонная линия), Ethernet является всего лишь стандартом физического уровня. Существование физического соединения обеспечивает возможность передачи сообщений, но не гарантию собственно связи. То, что вы сможете дозвониться в Китай, отнюдь не означает, что вы при этом будете говорить по-китайски.

 
  Не гарантия связи и TCP/IP  
  В Ethernet может использоваться множество протоколов передачи, однако самым популярным из них которым работает World Wide Web) является TCP/IP, или Transmission Control Protocol/Internet Protocol (Протокол управления передачей/Межсетевой протокол).

 
  Загружая из Web какой-нибудь файл, вы можете видеть, как скорость передачи то возрастает, то снижается в зависимости от изменения загруженности сети. Протокол TCP/IP это механизм, расчленяющий загружаемый файл на произвольное число битов и частей и осуществляющий их сборку по приеме. Протокол TCP/IP был разработан в Стэнфордском университете в 70-х годах прошлого века как метод «квитирования», гарантирующий «надежную доставку сообщения адресату». Действительно, то, что даже большие файлы достигают любого пункта назначения без каких-либо искажений содержащейся в этих файлах информации, похоже на чудо.

 
  Однако каждый из нас когда-либо    попадал в ситуацию, когда попытка открытия свежезагруженного большого файла лишь приводила к появлению сообщения: «компьютер не может найти приложение, связанное с файлами данного типа». В результате вы вынуждены загружать еще что-нибудь    : какой-нибудь Shockwave, RealAudio, Winamp или Adobe Acrobat Reader.

 
  Такая же ситуация может встретиться и в промышленных сетях. По Ethernet или Интернету можно передать любой файл, любые технологические данные, однако адресат должен знать, что ему делать с полученной информацией. Протокол TCP/IP не открывает файлов; он лишь гарантирует их доставку.

 
  Промышленные шины, школьные автобусы и автоплатформы  
  С некоторой натяжкой популярные промышленные шины (DeviceNet, Profibus, Interbus и т.д.) можно сравнить со школьными автобусами. Школьники (биты и байты) в соответствии с заранее установленным порядком заходят в автобус и садятся на заранее распределённые места. В ходе долгих лет работы разнообразных комитетов для промышленных шин были созданы профили наиболее распространенных устройств: контроллеров, приводов, устройств аналогового и цифрового ввода/вывода и т.д., а также расписанные форматы передачи данных.

 
  Если Profibus это школьный автобус, то Ethernet и TCP/IP подобны автомобилю с платформой. Груз помещается на платформу и отправляется. Заметим, что порою для получателя этот груз может выглядеть как некая неупорядоченная куча. Взять хотя бы наших школьников: если посадить их на платформу, то беспорядок практически неминуем.

 
  Решение напрашивается само собой: почему бы не поставить на платформу школьный автобус? Сажаем детей вместе с их портфелями в автобус, автобус ставим на автоплатформу, быстро-быстро едем до места назначения и ставим автобус на землю. В результате дети выходят из тех же дверей, в которые и входили.

 
  Сходным образом можно поступать и с данными: упаковываем их в формат существующих промышленных шин, а затем пересылаем упакованном виде) по TCP/IP. Судя по всему, именно такой метод и будет принят на вооружение.

 
  Промышленные шины на Ethernet  
  Очередным рубежом, который предстоит преодолеть организациям, осуществляющим поддержку промышленных шин, станет разработка для протоколов этих организаций прикладных уровней Ethernet TCP/IP. В настоящее время идет конкуренция между следующими четырьмя продуктами: Modbus/TCP (протокол Modbus на основе TCP/IP), EtherNet/IP (объекты ControlNet/DeviceNet на базе TCP/IP), Foundation Fieldbus High Speed Ethernet и ProfiNet (Profibus на Ethernet).

 
  Всевозможных протоколов прикладного уровня можно предложить бесконечное множество; более того, в дополнение к упомянутым уже разработаны мириады самых разных фирменных стандартов. Однако применение существующих шинных архитектур дает некоторые весьма существенные преимущества:

 
 
  • Для многих устройств уже разработаны профили, которые могут быть перенесены в среду Ethernet без особого труда.
 
 
  • В системах, использующих, в качестве сети уровня устройств ввода/вывода, например, Profibus, а на уровне контроля Profibus на Ethernet, взаимосвязи между обеими сетями относительно прозрачны. Обмен данными между верхним и нижним сетевыми уровнями может осуществляться сравнительно просто.
 
 
  • Существующие протоколы хорошо знакомы как многим разработчикам, так и пользователям, что заметно ускоряет процесс разработки и внедрения новых продуктов.
 
  Подробное обсуждение характеристик Modbus/TCP, EtherNet/IP, HSE и ProfiNet в задачи настоящей статьи не входит. Дополнительную информацию можно получить на следующих сайтах:

 
  Modbus/TCP:  
  Если сегодня и существует какой-либо де-факто промышленный стандарт Ethernet, то это, безусловно, Modbus/TCP. Характеризуется простотой и доступностью Modbus. Вместе с тем, данный стандарт унаследовал и все недостатки Modbus. Технология Modbus/TCP имеет ограниченные возможности в плане обмена между устройствами сложными наборами параметрических данных.

 
  EtherNet/IP:  
  По сути, EtherNet/IP это объекты ControlNet/DeviceNet на базе TCP/IP и UDP. У данной спецификации весьма большой потенциал, однако в настоящее время она только-только выходит в свет. Примерные тексты программ и самой спецификации можно будет получить в ODVA, ControlNet International и Industrial Ethernet Association.

 
  Profibus on Ethernet:  
  Технология Profibus on Ethernet призвана объединить существующий протокол Profibus с открытым сервисом OPC/XML. Учитывая всемирную распространенность Profibus, можно высказать весьма благоприятный прогноз относительно коммерческого успеха Profibus on Ethernet.

 
  Foundation Fieldbus High Speed Ethernet  (HSE):  
  Реализацией протокола Foundation Fieldbus Н1 на основе TCP/IP с добавлением сервиса OPC/XML и базирующегося на TCP/IP протокола SOAP (Simple Object Access Protocol простой протокол доступа к объектам) является архитектура High Speed Ethernet (HSE). Отчётливая ориентация на обрабатывающие отрасли промышленности делает данную технологию одним из серьезнейших претендентов на победу в данных приложениях.

 
  И последнее замечание о протоколах «прикладного уровня»: все они могут мирно уживаться друг с другом в рамках одной и той же сети. Иными словами, вы будете иметь возможность одновременно пользоваться всеми четырьмя вышеупомянутыми протоколами, подобно тому, как передача документов Word, HTML-файлов и. exe-модулей может осуществляться по одной и той же офисной сети. Что, впрочем, с неизбежностью явится причиной некоторого беспорядка и дополнительных издержек. Кроме того, на данный момент не предложено ни одного стандарта, который бы определял взаимоотношения между разнородными прикладными уровнями в одной и той же сети.

 
  Области применения и будущее Ethernet с точки зрения промышленности  
  Ниже попытаемся предсказать ближайшую судьбу технологии Ethernet в промышленных приложениях.

 
 
  • Процесс спускания Ethernet до уровня датчиков будет долгим и трудным. Использование Ethernet для открывания/закрывания вентиля, для подключения фотодатчика или концевого переключателя подобно обуванию малолитражки в шины от многотонного грузовика. Впрочем, Ethernet вполне пригодна для «приборных стоек» и групп устройств ввода/вывода, функционирующих как один сетевой узел.
 
 
  • Стоимость Ethernet в промышленных системах может оказаться выше, нежели она есть на сегодняшний день, и уж точно он не будет стоить «как семечки».
 
 
  • Ethernet-карты для персональных компьютеров стоят на порядок дешевле карт, скажем, DeviceNet, по нескольким причинам. Во-первых, Ethernet-карты производятся миллионами штук. В них нет процессора, они пассивны .е. большую часть работы выполняет компьютер). В отличие от них, модули DeviceNet, как правило, оснащены собственными процессорами, выполняющими все операции по обмену информацией. Настоящей проблемой является долгосрочная доступность потребительских компьютерных устройств, поскольку их время жизни исчисляется не годами, а днями (!). Наконец, качество плат, приобретаемых в обычном магазине офисной техники, может быть весьма далеким от профессиональных, промышленных требований. (Именно поэтому компании выпускают сетевые Ethernet-адаптеры промышленного класса).
 
 
  • Во встроенных системах Ethernet обходится значительно дороже, чем CAN. Микросхемы для CAN стоят в среднем не более доллара, микросхемы для Ethernet значительно больше. Так что на выбор устройств со встроенной поддержкой Ethernet ценовой фактор будет оказывать существенное влияние. Можно ожидать, что Ethernet по стоимости будет сравнима с архитектурой Profibus, имеющей более дорогие специализированными микросхемы.
 
 
  • Необходимость применения кабелей и разъемов в промышленном исполнении приведет к еще большему повышению стоимости.
 
 
  • Наряду с дороговизной спекристаллов Ethernet с по сравнению с кристаллами CAN необходимо учесть еще и тот факт, что поддержка набора протоколов TCP/IP требует значительно больших вычислительных мощностей, чем может обеспечить обычный 8051. Так что процессоры тоже должны быть дорогими.
 
 
  • Накладные расходы пакета TCP/IP составляют 68 байт. Для передачи коротких сообщений, которыми обмениваются типичные промышленные устройства ввода/вывода, это слишком много. «Ethernet 10 Мбит/с», таким образом, может оказаться не такой уж и быстрой.
 
  Возможности оптоволоконной сети Ethernet с пропускной способностью 100 Мбит/с и 1000 Мбит/с, конечно, весьма впечатляют. Однако не менее впечатляющими могут оказаться и затраты на ее реализацию.

 
  Выводы  
  Сеть Ethernet на вполне законных основаниях может занять место среди промышленных шин в качестве привлекательного варианта. Она не заменит других шин, однако в некоторых областях применения данная технология станет бесспорным лидером.

 

О войне промышленных шин

  При таком количестве промышленных шин (восемь основных разновидностей и множество вариантов) можно впасть в растерянность и решить подождать, пока какой-нибудь один стандарт не окажется, наконец, победителем.

 
  Ждать придется до бесконечности, поскольку одной шины, способной удовлетворить всех, не будет никогда. Ни одна из существующих на сегодняшний день шин не может стать доминирующей, поскольку ни одна из них не в состоянии решить всех проблем.

 
  С не меньшим успехом можно ожидать, к примеру, наступления тех светлых времен, когда все автомобильные двигатели станут одной и той же мощности, или когда все двери будут иметь одни и те же ширину и высоту. Не вызывает сомнений, что творчество производителей в условиях непрекращающейся гонки новых технологий вкупе с разнообразием и ростом потребительских требований никогда не позволят произойти ничему подобному.

 
  Следует сузить свой выбор до нескольких приемлемых вариантов (что не так уж и трудно), после чего сравнить характеристики устройств и изучить сведения о поставщиках. А затем уже приступать к реализации. Экономия на прокладке кабелей, низкие затраты на техобслуживание в долговременном плане, а также наличие у устройств дополнительных диагностических и функциональных возможностей способны послужить быстрой окупаемости приобретенного оборудования.

 
  Важно осознать также, что упомянутые в данной статье промышленные шины частности, Profibus, DeviceNet, Foundation Fieldbus, Interbus, CANopen и AS-I) будут существовать еще долгое время. Выбрав из них какую-либо одну, вы и через пять лет будете иметь возможность покупать для своей шины новые устройства. Что касается Industrial Ethernet, то пока эта технология еще слишком молода, чтобы делать ставку только на неё.

 
  В таблицах 1 4 на стр. даны основные характеристики описанных выше и некоторых других промышленных шин.

 
  По материалам ассоциации Industrial Ethernet

21.04.2014