Выбор промышленной сети

Если вы никогда не занимались созданием промышленной сети на вашем предприятии, данный обзор может помочь вам проанализировать текущие тенденции.

Несмотря на всестороннее исследование промышленных сетей и их установку по всему миру, они не являются столь распространенными, как можно было бы ожидать. Действительно, в мире насчитывается гораздо больше предприятий, не имеющих сетей, чем предприятий, пользующихся ими. Майкл Брайант, руководитель Profibus Trade Organization, считает, что, несмотря на все усилия, до сих пор промышленные сети охватывают лишь 25% потенциального рынка. Большинство компаний все еще пользуются отдельными измерительными приборами и устройствами управления, которые подключаются проводами к ПЛК или другим менее сложным системам. Когда датчик давления и устройство считывания отделены друг от друга и работают автономно, „сетью" служит человек, который курсирует между устройствами, выступая в роли буфера обмена данными.

Если вы еще не осуществили переход к сети, имейте в виду, что ведущие поставщики предоставляют бесконечные возможности для создания промышленной сети. Например, существуют не менее 50 различных платформ для реализации шин передачи данных. Когда приступают к решению проблемы впервые, в голове начинает путаться громадное количество различных вопросов. Кроме того, сеть любого размера будет практически всегда использовать по крайней мере две технологии, в зависимости от того, насколько велико расстояние от отдельных приборов до систем управления ресурсами предприятия или корпоративной сети.

К тому же при разработке проекта сети могут преследоваться самые разные цели. С одной стороны, у вас может появиться желание сэкономить на прокладке кабелей от полевых приборов к ПЛК. С другой стороны, ваше руководство может захотеть обеспечить возможность видеть текущие результаты всех производственных процессов в реальном масштабе времени из головного офиса, расположенного совсем в другом месте. Такие проекты очень сильно отличаются друг от друга, но одинаково нуждаются в создании промышленной сети.

Почему именно сеть?

Почему же находятся люди, которые отказываются от принципа жесткого подключения? Что плохого в использовании буфера обмена?

Первым и самым давним ответом является то, что использование сети снижает затраты на прокладку кабелей и подключение проводов. Изначально сети создавались для того, чтобы уменьшить потребность в прокладке отдельных кабелей от каждого устройства к плате ввода/вывода контроллера. Компании, выпускающие контроллеры, разработали свои собственные платформы шины, что является одной из причин их разнообразия. В зависимости от вашей конкретной ситуации сокращение расходов на подключение проводки и установку все равно могло бы быть неопровержимым доводом в пользу сети.

По мере совершенствования сетей также расширились причины, по которым стоит их использовать:

• Системы производственной безопасности теперь используют ту же самую сеть, которая применяется для целей управления;

• Контроллеры предлагают различные способы диагностики возникающих в системе проблем и изменения конфигурации оборудования без его де-мотрирования;

• Новые приборы могут сообщать гораздо больше информации, если имеются соответствующие возможности;

• Программы управления производственными активами (PAM) работают с сетями управления;

• По мере того, как сети опускаются на уровень производства, способность обмениваться данными с заводскими цехами побуждает связать их друг с другом.

Использование сети имеет смысл, когда ее стоимость обоснована, но ее мощность не может использоваться для модернизации. „Если она не ломается, не трогайте ее, — советует Том Финни, старший инженер подразделения Process Solutions компании Honeywell. — Если у вас нет экономических стимулов что-либо менять, значит не меняйте. Это не означает, что у вас нет потенциальных областей для улучшения. Существуeт множество приложений, которые требуют снижения затрат, уменьшения средств и работ по техническому обслуживанию. Все это приводит к осведомленности о состоянии сооружения, ориентации на получениe прибыли и создает прецедент бизнеса. Более широкое внедрение на предприятии интеллектуальных контрольно-измерительных приборов с использованием сети является одним из способов добиться этого. Вы можете использовать дополнительную информацию от интеллектуальных приборов для обнаружение проблем и необходимости технического обслуживания. Если бы ваш расходомер предоставлял дополнительные сведения об уровне шума, то на основании анализа этих данных можно было бы прогнозировать образование отложений на стенках трубы. Эту проблему нельзя обнаружить только на основании показаний датчика расхода."

В сети могут объединяться устройства самого широкого диапазона, начиная от отдельных приборов до корпоративных сетей и сетей управления ресурсами предприятия. До настоящего времени ни одна сетевая платформа не доказала на практике, что в состоянии охватить все поле деятельности от отдельного концевого выключателя до самого верха

В сети могут объединяться устройства самого широкого диапазона, начиная от отдельных приборов до корпоративных сетей и сетей управления ресурсами предприятия. До настоящего времени ни одна сетевая платформа не доказала на практике, что в состоянии охватить все поле деятельности от отдельного концевого выключателя до самого верха

Кэтрин Восс, исполнительный директор ODVA, добавляет: "Сегодня мандатом, дающим доступ к сообществу производителей по всему миру, как крупным, так и небольшим, является девиз „Подключайтесь к сети! Мы хотим не только управлять нашими производственными процессами, но и получать о них информацию в любом месте и в любое время!" Для производителей наступило время сетей"

Начинаем снизу

Сложности, связанные с использованием промышленных сетей, делают любые попытки разделить их на категории безрезультатными, так как многие из них перекрывают друг друга. Приведенные здесь советы являются общими и разработаны для того, чтобы рассмотреть вопросы скорее на концептуальном уровне, нежели на конкретном.

Если мы считаем, что отдельное дискретное устройство находится в самом низу схемы, то ПЛК является первым главным уровнем сбора данных от источников, находящихся на нижнем уровне. Одни сетевые технологии охватывают уровень ниже ПЛК, другие — выше ПЛК, но всего лишь несколько технологий пересекают этот уровень и работают с обеих сторон. Одна и та же сеть, которая связывает ПЛК друг с другом и с устройствами, находящимися на более высоком уровне, не может охватывать устройства, находящиеся на более низком уровне. Наоборот, сети, объединяющие устройства, находящиеся на уровне ниже ПЛК, обычно не используются для соединения ПЛК друг с другом, хотя некоторые наиболее совершенные платформы шин могут иметь эти возможности. Тем не менее, их крайне редко используют для работы с устройствами более высокого уровня.

Самая простая сеть представляет, вероятно, группу отдельных приборов, связанных с ПЛК для обеспечения управления одним технологическим процессом или одним станком. Эти устройства можно жестко подключить к платам ввода/вывода, не пользуясь сетью вообще. Однако когда количество приборов увеличивается во много раз и возрастают расстояния между ними, такой путь решения проблем становится дорогим и громоздким. Самая простая сеть объединяет эти приборы вместе, используя полевую шину, снижая тем самым количество проводов и облегчая процедуру конфигурирования ПЛК.

Даже при создании относительно небольшой сети важно знать, устройства какого типа вы соединяете вместе. Ответ на этот вопрос определяет количество данных, которое должна передавать ваша сеть:

• Небольшие элементы данных, например, концевые выключатели, фотоэлементы, датчики контроля расстояния и т.д., представляют собой однобитные устройства, данные от них могут передаваться по простейшим линиям связи;

• Более сложные системы управления оборудованием, например, интеллектуальные приборы, интеллектуальные устройства, частотные приводы, контроллеры с небольшим контуром управления и т.п., будут требовать более совершенной технологии передачи данных;

• Элементы данных большого размера, например, роботы, человеко-машинный интерфейс, контроллеры с большим контуром управления и т.д., будут требовать более совершенной технологии шин данных или применения сети Ethernet.

Умножая объем данных для одного устройства на количество устройств, получаем общую пропускную способность и скорость передачи данных, которые должна обеспечивать сеть. Если у вас имеется достаточное количество однобитных устройств, может потребоваться пропускная способность, которая характерна для более сложного оборудования.

„Какого типа и какое количество точек входa и выходa будет поддерживать сеть? — спрашивает системный интегратор Майк Дарнелл, работающий в компании Prism Systems. — Бумажная фабрика, например, может иметь 5000 информационных точек в качестве обычной части своего рабочего процесса. Сеть Ethernet иногда превышает потребности при малом числе входов и выходов, а устройства, работающие с Ethernet, имеют ограниченную востребованность на рынке устройств начального уровня, но такая сеть является превосходным решением для больших приложений. Потребители высокотехнологичного оборудования лучше понимают технологию Ethernet и часто рассматривают ее как менее специфическую, нежели платформы полевых шин".

Два конкретных примера Радуйтесь переменам

На предприятии по переработке табака для выпуска различных сигар и другой продукции станками управляют квалифицированные операторы. Поскольку исторически сложилось так, что на предприятии отсутствовала автоматизация, руководство поняло, что возможную экономию и увеличение производительности производства можно достичь только за счет применения эффективной сетевой системы. Компания Prism Systems of Mobile, Алабама, взялась за решение задачи интеграции предприятия, на котором было много старого оборудования, не подходящего для автоматизации. В конечном счете система связала вместе 21 ПЛК, 61 считыватель RFID, 223 конвейерных привода, 7 операторских интерфейсов и бесчисленное количество разрозненных приборов с помощью двух систем шин и сети Ethernet для связи друг с другом.

„Получив взамен эту современную сетевую архитектуру, наши заказчики теперь имеют мгновенный доступ к показателям хода производственного процесса в реальном масштабе времени, — говорит Кит Джонс, президент компании Prism Systems Inc. — В результате мы имеем поразительный рост производительности труда на предприятии и возможность выпуска новых высококачественных изделий для заказчика".

Поиск оптимальной сети

Hytrol является одним из самых крупных поставщиков стандартных и заказных конвейеров в Северной Америке. Диапазон выпускаемых изделий простирается от простых конвейеров до высокоскоростных сортировочных устройств со скользящим башмаком, используемых основными транспортными компаниями и розничными продавцами в их дистрибьюторс-ких центрах. Для этих устройств сортировки требуется конвейер с датчиками, обслуживаемых высокоскоростной сетью. Комплектный узел может иметь длину от 150 до 180 метров и работать со скоростью 3,5 м/с максимум с 1000 точками ввода/ вывода. Такими устройствами, как правило, являются однобитные дискретные устройства ввода/ вывода, включающие бесконтактные переключатели, фотоэлементы, кодирующие устройства, устройства считывания штрих-кода. Объем информации, возвращающийся обратно к процессору за предоставленное время, просто ошеломляет, причем информация со всех точек ввода/вывода обновляется каждые 3-4 мс.

Это предъявляет огромные требования к скорости и детерминизму ПЛК и поддерживающей сети. „Большое количество модулей ввода/вывода, расположенных на большом расстоянии и работающих на высокой скорости, является самым плохим случаем. Большинство шин и контроллеров не могут работать в таком режиме, — говорит Венделл Роджерс, специалист по системам управления. — Они либо недостаточно быстры, либо недостаточно детерминированы". В настоящее время компания Hytrol вынуждена в первую очередь зависеть от жестко подключенных блоков ввода/вывода, использующих быстро подключаемые соединения для облегчения решения трудоемкой задачи подключения кабелей, но они всегда экспериментируют с новыми сетевыми технологиями в поисках исключительных характеристик.

„Тем, кто находится на начальном этапе, необходимо решить — насколько вероятно изменение требований к их сети за последующие три — пять лет, — советует Лэрри Комарек, менеджер по продукции автоматизации компании Phoenix Contact. — Будете ли вы использовать устройства того же класса, но в большем количестве, или рассматриваете необходимость увеличения объема данных, поступающих от каждого устройства? Когда вы добавляете больше интеллектуальных устройств или устройств, которые обеспечивают диагностическую информацию или информацию о состоянии, объем данных от каждого прибора увеличивается. Если это именно так, то решение будет балансировать между тем, чтобы платить сейчас или платить позже. Если вы решили сэкономить деньги сейчас и продолжать использовать шину данных, подумайте о том, как быстро происходят изменения на вашем предприятии. Будет ли у вас время на замену системы, не обладающую столь широким возможностями к расширению, потому что вы „переросли" ее? Если вы принимаете управленческое решение сэкономить средства сейчас и не устанавливать платформу Ethernet, будьте готовы увеличить затраты в будущем и потратить время для того, чтобы добавить эту платформу позднее”.

Переход на уровень выше ПЛК

Как только сеть переходит на уровень отдельных ПЛК, границы проекта значительно возрастают и становятся неопределенными. ПЛК нуждаются во взаимодействии друг с другом, они должны обеспечивать связь с человеко-машинным интерфейсом, должны отправлять данные в архив и передавать информацию пользователям на уровне участка и предприятия, сети IT и т.д. Эти применения заметно меняют сущность процесса создания сети. То, что происходит на уровне выше ПЛК, имеет малое сходство с тем, что происходит на уровне ниже ПЛК. Хотя некоторые усовершенствованные платформы шин поддерживают взаимодействие ПЛК друг с другом как с равноправными узлами сети, дальнейшее расширение коммуникации до уровня предприятия требует применения технологии Ethernet.

Использование сети Ethernet быстро набирает обороты после появления промышленных Ethernet устройств с высокой скоростью передачи информации. Существует не менее 10 конкурирующих платформ, каждая из которых имеет свои сильные и слабые стороны. Некоторые специально разработаны для определенных применений. Большинство платформ связаны с одним или несколькими крупными производителями оборудования, хотя, как правило, все они заявляют об использовании открытой архитектуры.

В настоящее время сети Ethernet объединяют ПЛК, интеллектуальные датчики, удаленные модули ввода/вывода, человеко-машинные интерфейсы и т.д. друг с другом и с системами более высокого уровня, такими как сети управления ресурсами предприятия и корпоративные сети. „Используйте подходящее инструментальное средство для выполнения именно той работы, для которой оно предназначено, — советует Карл Хенинг, заместитель директора Profibus Trade Organization. — Вероятнее всего, для выполнения проекта потребуется несколько сетей. Найдите подходящее сочетание платформ. Не используйте корпоративную сеть для подключения концевых выключателей! Если бы я был инженером, отвечающим за проект, я бы разузнал о нескольких приборах и их уровне сложности. Я бы взвесил требования по интеграции в производственную систему. Ничто не может заменить хорошую инженерную оценку”.

Эдди Ли, менеджер отдела продаж промышленного Ethernet компании Moxa Technologies, рассматривает Ethernet как технологию, стремящуюся охватить полный диапазон. „На сегодняшний день Ethernet поддерживает устройства считывания штрих-кода на кассовых аппаратах Wal-Mart, — замечает он, — таким образом это происходит на уровне устройств в сфере торговли. Та же самая технология активно занимает позиции и на производственных участках. Может быть я заглядываю далеко в будущее, но оно приходит”.

В то время как небольшие системы, использующие полевую шину, могут существовать в относительной изоляции, решения с использованием Ethernet дают возможность посторонним лицам вмешиваться в работу вашей сети и наносить серьезный ущерб. Поскольку ни одна из таких сетей не является полностью защищенной, существуют разные уровни защиты, не позволяющие несанкционированным пользователям вмешиваться в работу сети. Это еще один вопрос, который вы должны внимательно рассмотреть, для этого имеется масса возможностей.

Имеет смысл выбирать

Чтобы не тратить слишком много времени на просмотр вариантов, лучше выяснить, имеет ли ваша компания какие-либо специальные указания, касающиеся сетевых платформ, предпочтения в выборе поставщиков, установленные методы обучения или склад запасных частей. Такими принципами трудно пренебречь, когда они касаются затрат времени и денег. Более того, лучше определить, разрабатываете ли вы систему специально для себя и своего собственного предприятия, или вам необходимо следовать правилам и нормам, установленным на других объектах. По многим причинам на процесс выбора могут оказывать влияние различные факторы, кроме определения идеального решения для данной конкретной ситуации.

После того, как вы установили для себя рабочие ограничения, процесс выбора должен начинаться с оценки конкретной ситуации и ваших потребностей:

• Что будет делать сеть? Является ли использование сети только лишь способом сэкономить кабели, используемые для соединения точек ввода/вывода с ПЛК, или она будет передавать данные в реальном масштабе времени в офис директора?

• Имеется ли оборудование или сеть, с которой вам необходимо установить связь или создать интерфейс? Конечно, если только речь не идет о новом предприятии, вероятнее всего необходимо будет объединить станки или технологические процессы, используемое оборудование и системы.

• Убедитесь, что вы исследовали всю иерархию. Отдел, занимающийся информационными технологиями, должен иметь свою точку подключения к системе.

• Как вы собираетесь обеспечивать сетевую безопасность?

• Будет ли этот проект выполняться собственными силами, или вы предполагаете воспользоваться услугами системного интегратора?

• Владеете или вы достаточными знаниями и технологиями для использования и поддержки системы после того, как она начнет работать?

Посмотрите на более крупную систему или технологический процесс, для которого вы создаете сеть, чтобы определить цели, которые преследует создание проекта. Начните с составления каталога фактически имеющихся приборов и того, что они делают. Отдельные приборы необходимо разделить в соответствии с их сложностью и объемом данных, которые они передают.

В процессе разработки проекта Вам предстоит выбрать специальное программное обеспечение для работы в сети, обеспечения безопасности и функций управления. Шина или сеть Ethernet сами по себе не способствуют функционированию вашего технологического процесса, управлению активами предприятия, плановому техническому обслуживанию или созданию отчeтов о выпуске продукции. Эти возможности обеспечиваются сетевым программным обеспечением. Списки доступных вариантов выбора сети и управляющего программного обеспечения занимают много страниц, а их рассмотрение требует уже множества томов. Web-сайт Control Engineering в Интернете является именно тем местом, где вы можете продолжить свои исследования.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *