Проектирование информационной сети на основе стандарта структурированной кабельной системы (на примере углеобогатительной фабрики) - Курсовая работа

Связи на физическом уровне могут быть описаны в терминах "передача-прием", характеризующих взаимодействующие устройства, а также состояние конечных точек.Существует 3 схемы взаимодействия устройств: Симплексная. Обеспечивает одностороннюю передачу (только в одном направлении). Используя соответствующее оборудование, можно менять направление потока данных в линии (движение через узкий мост, теннис). Система имеет конечное время переключения. При наличии связи с двумя каналами появляется возможность передавать информацию в обоих направлениях.Существует 2 архитектуры физического уровня: Точка - точка. Рисунок 4 - архитектуры физического уровня типа «Точка - точка». На базе этих двух архитектур строятся другие топологии, являющиеся вариацией 2-х базовых архитектур. На базе 3 основных топологий строится более сложная топология - дерево или сетка. Физическая топология определяет правила физических соединений узлов (прокладку реальных кабелей). bus - шина star - звезда ring - кольцо mesh - сеткаМетод доступа определяет способ или правила, в соответствии с которыми узел может получить или отправить данные. Вероятностный - узел, желающий послать данные в сеть, прослушивает сеть. Если линия занята или обнаружена коллизия (столкновение сигналов от двух передатчиков), то попытка передачи откладывается на некоторое время. Детерминированный метод доступа - узлы получают доступ к среде в предопределенном порядке. Последовательность определяется контроллером сети, который может быть централизованным (его функции может выполнять сервер) или распределенными (функции выполняются оборудованием всех узлов).Существует 2 основные технологии передачи данных: · широкополосная передача (аналоговая) Широкополосная передача основана на использовании постоянно изменяющихся волн для переноса информации по каналу связи. Их обычно представляют синусоидальной функцией и называют синусоидальной волной.(рисунок 10) Она может быть описана следующими параметрами: частота - представляет собой последовательность переходов, составляющих один цикл (средняя точка, верхний экстремум, средняя точка, нижний экстремум, средняя точка).Основано на использовании дискретных состояний канала связи для передачи по нему информации. Эти дискретные состояния обычно представлены как некие импульсы (как правило, напряжения) и носят название прямоугольной волны. Цифровая единица представлена напряжением 12V, а цифровой ноль - напряжением-12V. Цифровые нули представлены отсутствием напряжения, а цифровые единицы - знакогенерирующимися 3-х вольтовыми импульсами. Если выполняется манипулирование амплитудой, то это амплитудная модуляция.: · Частотой - частотная модуляция.Линия T1 - узкополосной канал. DTE генерирует информацию в форме данных, которые могут быть переданы по каналу связи. Столбцы определяют природу линий связи, а строки - вид информации, генерируемый устройством DTE. Информация в аналоговой форме должна быть передана через широкополосной канал (речь, передаваемая по телефонной линии (звуковой сигнал (DTE)-> микрофон (DCE)-> аналоговый сигнал)). Цифровая информация должна быть передана по аналоговому каналу.В последние три года наблюдается оживление рынка систем промышленной автоматизации как в России, так и за рубежом. Основные производственные фонды российских предприятий требуют серьезной модернизации, что стимулирует развитие рынка АСУ ТП и встроенных систем. Подключение перечисленных устройств к сетям обычно осуществляется с помощью сложных специализированных протоколов: Profibus, FIP, CONTROLNET, Interbus-S, DEVICENET, P-NET, WORLDFIP, LONGWORK или Modbus Plus.Развитие микропроцессорной технологии способствовало переходу к архитектуре распределенных систем: функции автоматизации все чаще стали реализовываться вне блока центрального процессора - в датчиках, агрегатах и исполнительных механизмах. «Интеллектуализация» периферийного технологического оборудования и появление цифровых интерфейсов породили потребность в новых видах коммуникаций - они поставили на повестку дня создание локальной сети, функционирующей на нижнем уровне автоматизации, в зоне технологических процессов (рисунок 16). Сети промышленного применения (fieldbus) отличаются детерминированностью поведения, поддержкой функций реального времени, повышенной надежностью передачи данных в среде с высоким уровнем электромагнитных помех, наличием защищенных от воздействия среды разъемов. Как отмечают специалисты компании «РТСОФТ», в числе типичных требований, предъявляемых к таким сетям, - простая среда передачи (например, двухпроводная линия), различная топология (шинная, звездообразная, древовидная), разные расстояния (до нескольких километров) и скорости передачи данных, электропитание через шину, защита передаваемой информации, простота использования. Европейские производители промышленных систем пошли по пути создания своего единого стандарта промышленной сети European Fieldbus Standard (EN50170), проект которого был принят в 1996 г. и объединил национальные стандарты Pr

Содержание

1. Алгоритмы и методы передачи сигналов

1.1 Схемы взаимодействия устройств

1.2 Архитектура физического уровня

1.3 Методы доступа

1.4 Технология передачи данных

1.5 Узкополосная передача

1.6 Сравнение широкополосной и узкополосной передачи сигналов

2. Пример применения информационных сетей в промышленности

2.1 Проблемы стандартизации технологий промышленной связи

2.2 Объединяющая сила ETHERNET

2.3 ETHERNET в роли промышленной сети

2.4 Промышленные протоколы «поверх IP» И INDUSTRIAL ETHERNET

2.5 ETHERNET как верхний уровень интегрированной системы автоматизации

3. Проектирование информационной сети на основе стандарта структурированной кабельной системы (на примере углеобогатительной фабрики

3.1 Постановка задачи

3.2 Структура информационной сети углеобогатительной фабрики

3.3 Конфигурация сервера, рабочих станций и диспетчерской станции

3.4 Схема расположения информационных розеток в здании АБК

3.5 Размещение оборудования в сетевых шкафах корпусов обогатительной фабрики

3.6 Схема подключения внешних проводок

3.7 Кабельный журнал информационной сети

3.8 Спецификация программно - аппаратных средств информационной сети

Заключение

Список использованных источников

1.

В практической части была разработана информационная сеть на основе стандарта СКС ISO 11801 на примере углеобогатительной фабрики. Составлена конфигурация сервера и рабочих станций, размещено оборудование в шкафах пяти корпусов фабрики (погрузочного пункта, бункера углеобработки породы, углеприема и углеподготовки, склада готовой продукции и главного корпуса) и корпуса АБК, построена схема подключения внешних проводок и схема расположения информационных розеток в здание АБК, составлены спецификации программно - аппаратных средств информационной сети и кабельный журнал информационной сети, сделан минимальный расчет требуемой суммы для покупки и установки оборудования 1633737.

По результатам выполнения работы можно сделать следующие выводы: 1.Изза территориального распределения корпусов углеобогатительной фабрики использован оптоволоконный кабель: 2.В качестве среды передачи данных здания АБК был выбран кабель «витая пара».

Процесс проектирования информационной сети может быть итерационным, поскольку чертежи не учитываются все качества и особенности объекта (например непроходимые стены, сложные географические условия, соседство неблагоприятного оборудования и пр.). Выбор каждого элемента элемента СКС допускает множество вариантов. При проектировании всегда следует брать запас как по количеству рабочих мест из 29 информационных розеток, 7 оставлено в резерве, так и по наличию свободного пространства в сетевых шкафах. В данной работе в шкафах оставлено минимум 10% свободного места.

Несмотря на свойственные ей проблемы, шина Ethernet находит все большее распространение в системах управления производственным оборудованием. Поддержка Ethernet, протоколов TCP/IP и SNMP реализуется во встроенных устройствах и контроллерах, что позволяет включать их в сети Ethernet или обеспечивать взаимодействие с оборудованием различного класса. Постепенное внедрение технологий Ethernet поможет, по мнению производителей, сэкономить деньги и, исключив дополнительные протоколы, построить более однородные сети.

Развитие технологии и улучшение характеристик во многих случаях позволяет эффективно использовать ее в качестве промышленной сети. Благодаря повышенной пропускной способности, высокопроизводительным устройствам коммутации и маршрутизации, решению проблемы детерминизма, эта открытая технология становится сильным конкурентом другим промышленным локальным сетям и шинам. Как показывают независимые исследования, архитектура Industrial Ethernet не уступает распространенным промышленным сетям по большинству характеристик, в том числе по гарантированному времени доставки сообщений.

Впереди еще непростой путь к стандартизации и выработке типовых подходов, однако уже существует целый ряд интересных решений, основанных на достаточно стандартных и экономичных методах. Продукты для Industrial Ethernet выпускают N-Tron, Lantronix, Mitsubishi Electric Automation, HMS Fieldbus Systems AB, Fisher-Rosemount, Synergetic, Standard Microsystems и ряд других. Технологию Industrial Ethernet для управления производством применяют такие крупные компании, как General Motors, Grate Dane Tralers, Western Kentucky Energy, Syncrude Canada. Так, проект стоимостью 12 млн долларов по внедрению этой технологии на нефтеперерабатывающих заводах реализует компания Shell Oil. По оценкам ARC Advisory Group, к 2005 г. объем мировых поставок промышленных контроллеров с поддержкой Ethernet превысит 4,7 млн единиц, между тем как в 2000 г. их было выпущено всего 116 тыс.

По мнению специалистов компании SWD Software, в решениях некоторых производителей, в частности Siemens, Industrial Ethernet уже стал фактическим стандартом, хотя выбор протоколов более высокого уровня (а именно они превращают Ethernet в Industrial Ethernet) зависит от конкретной специфики. Например, если на цеховом уровне используются контроллеры S7-400 от Siemens, то таким протоколом будет Sinec H1. Применение виртуальных программируемых логических контроллеров (виртуальных ПЛК, soft-PLC), вместо классических, позволяет добиться гибкости систем управления и их независимости от производителей оборудования, уйти от закрытых конструкций ПЛК, что обуславливает все бо/льшую популярность подобных решений. В таких системах применяется протокол TCP/IP (как в случае использования системы Virgo 2000 компании ALTERSYS), специализированные сетевые протоколы реального времени (например, протоколы Fleet QNX4 и Qnet QNX6, характерные для ориентированной на ОС QNX архитектуры soft-PLC DACHS компании STEINHOFF) или реализации специализированных протоколов «поверх IP» (QOIP для тех же протоколов Fleet и Qnet).

Своеобразным барометром, показывающим тенденции в сфере промышленной автоматизации, служит промышленная выставка-ярмарка в Ганновере, проходившая 15-20 апреля текущего года. В числе представленных там решений и докладов - системы коммутации (Real-Time Ethernet Switching), распределенные интеллектуальные устройства Ethernet, реализация интерфейса Ethernet (HMS) и применение Ethernet на уровне устройств (компания Hirschmann), системные аспекты ETHERNET/IP (Rockwell Automation), новые возможности технологий Ethernet и Web в автоматизации процессов (Wago) и практические примеры использования этих технологий (Jetter).

По прогнозам аналитиков, в области встраиваемых систем технология TCP/IP будет доминировать уже в ближайшем будущем - нас ждет бум Industrial Ethernet. Она не требует больших затрат и открывает широкие возможности унификации решений в самых разных отраслях. На основе TCP/IP выпускается большое число продуктов и устройств. Широкая доступность сетевых компонентов, тенденция объединения систем автоматизации производственных процессов и распространенных сетевых технологий открывают интересные возможности применения на производственных предприятиях привычных протоколов глобальных и локальных сетей, стандартных средств управления. Это упрощает решение задач объединения разнородных сред передачи данных и устройств, помогает обеспечить их взаимодействие и централизованное управление. Вместо множества закрытых протоколов разработчики выбирают открытые стандарты TCP/IP и Ethernet. Именно открытость и независимость от патентованных решений будут, по мнению специалистов SWD, способствовать переходу к Ethernet.

В то же время, как отмечается, Ethernet в большей степени необходим крупным предприятиям, а для отдельных инсталляций или небольших проектов подойдут решения попроще, например на базе RS-485. Тем не менее технология Ethernet постепенно расширяет свое влияние в области автоматизации промышленных процессов и, по сути, превращается в основу следующего поколения сетей промышленной автоматики, интегрированных с офисными информационными сетями. Четкое разделение информационных систем и систем промышленной автоматизации становится все более условным, а значительное внимание, уделяемое производителями Ethernet и стандартным сетевым протоколам, говорит о том, что информационные технологии начинают играть в области промышленной автоматизации определяющую роль.

«Прозрачное предприятие»: концепция Transparent Factory

В 1998 г. крупный производитель систем промышленной автоматизации - компания Schneider Electric Automation Business (SEAB), входящая в Schneider Electric Group, заявил, что будущее автоматизации - за Ethernet и технологиями Web. Она получила патент на конструкцию программируемого логического контроллера с поддержкой протоколов TCP/IP и HTTP. Согласно концепции Schneider Electric, следующим поколением сетей промышленной автоматики, интегрированным с сетевой офисной инфраструктурой, станет Ethernet. Корпоративная сеть (Intranet) - это единая среда, обеспечивающая прозрачный доступ к данным в масштабах предприятия, от датчиков и исполнительных механизмов до систем планирования и управления. Такой доступ реализуется посредством стандартной интегрированной сети с несколькими сервисными уровнями. В качестве средств доступа предлагаются встроенные в устройства и контроллеры серверы Web и интерфейс OLE for Process Control (ОРС). Данные могут доставляться в реальном времени на любой уровень глобальной системы управления предприятием. Открытость контроллеров и систем позволяет решить проблемы, вызванные многообразием различных несовместимых контроллеров, сетей и ПО, устранить трудности их стыковки и передачи данных между ними и на другие уровни.

Концепция Schneider Electric оказалась успешной. Уже в 1999 г. было продано свыше тысячи программируемых логических контроллеров (Premium и Quantum) со встроенными серверами Web (WEBPLC) и несколько тысяч других компонентов Transparent Factory, многие из которых получили признание в мире промышленной автоматизации.

Встраиваемые в устройства серверы Web упрощают реализацию пользовательского интерфейса средствами языка HTML. В качестве клиента можно применять любое устройство, имеющее браузер Web. Интеграция разнородных систем предельно упрощается (необходимые средства имеются в языке HTML и в протоколе HTTP). При этом основная область применения HTTP - интерфейс с оператором. Как показали исследования Transparent Factory Group, для управления и передачи информации эффективнее использовать SNMP. Наконец, серверы Web, встроенные в программируемые контроллеры, значительно повышают надежность системы. Одним из важных достоинств поддержки Web на уровне контроллеров являются расширенные возможности диагностики.

Transparent Factory не означает отказ от существующих систем управления. Контроллеры могут играть роль мостов и концентраторов, передавая на уровень Ethernet и TCP/IP данные от Modbus или из других промышленных сетей. Schneider Electric выпускает мост Modbus/Ethernet TCP/IP для соединения подключенных к Modbus устройств с сетью Ethernet TCP/IP. Подобные устройства позволяют интегрировать с сетями Ethernet имеющееся промышленное оборудование автоматизации. Таким образом, разработанная в компании Schneider концепция Transparent Factory дает возможность решать задачи межсетевого обмена в рамках всего предприятия, интегрировать системы АСУП и АСУ ТП.

По мнению специалистов, проникновение Internet в экономику и промышленность создает хорошую основу для успешного внедрения этой концепции. Она может оказаться эффективной и для российских предприятий с достаточно развитой инфраструктурой Ethernet TCP/IP.

Недавно компания Schneider представила набор сервисов Transparent Factory Real Time, где реализованы новые функции Ethernet для ее модулей Premium и Quantum, а также модернизировала коммуникационные адаптеры Momentum ENT, концентраторы, коммутаторы и трансиверы серии CONNEXIUM. В дополнение к протоколу Modbus TCP/IP для обмена сообщениями в среде клиент/сервер Schneider предлагает протокол реального времени Real-Time Publisher Subscriber (RTPS), разработанный компанией Real Time Innovations. Этот открытый протокол реализует детерминированные коммуникации по принципу «многие ко многим», обеспечивает синхронизацию распределенных приложений, глобальную гарантированную доставку информации, оптимизацию трафика, автоматическое обнаружение и реконфигурацию устройств. В частности, в случае отказа оборудования реконфигурация сети осуществляется автоматически, что повышает надежность системы. Функции мониторинга пропускной способности помогают определить нагрузку на конкретные устройства для оптимальной настройки производительности. По протоколу SNMP каждое устройство Transparent Factory может обращаться к базе данных управляющей информации (Management Information Base, MIB). Это помогает не только контролировать производительность, но и выполнять диагностику операций. По мнению представителей Schneider, такие возможности еще более повышают привлекательность Industrial Ethernet.

1. Олифер В.Г. Компьютерные сети: принципы, технологии, протоколы: учеб.пособие / В.Г. Олифер, Н.А. Олифер. - 3-е изд., «Питер»., 2005г. 125- 138с.

2. Науманн Ш. Компьютерная сеть. Проектирование, создание, обслуживание. - М.: ДМК, 2000

3. Компьютеры: компьютерные сети и телекоммуникации [Электронный ресурс]: Белорусская цифровая библиотека. - Режим доступа: [http://www.library.by/shpargalka/belarus/computers/001/com-017.htm].

4. Журнал “LAN / Журнал сетевых решений”. Издательство «Открытые системы».

Размещено на .ru