Промышленная сеть может быть подключена не только к одному компьютеру, но и к сети компьютеров, например, к локальной сети Ethernet (рис. 1.8) или глобальной сети Internet. Такая архитектура автоматизированной системы удобна при коллективной работе с системой автоматизации или для связи технологического уровня АСУ с управленческим.
.png)
Доступ любого компьютера сети к устройствам ввода-вывода или контроллерам осуществляется с помощью ОРС-сервера.
[ Главной целью стандарта ОРС явилось обеспечение возможности совместной работы средств автоматизации, функционирующих на разных аппаратных платформах, в разных промышленных сетях и производимых разными фирмами. До разработки ОРС стандарта SCADA-пакет ( программный пакет, предназначенный для разработки или обеспечения работы в реальном времени систем сбора, обработки, отображения и архивирования информации об объекте мониторинга или управления) нужно было адаптировать к каждому новому оборудованию индивидуально. Существовали длинные списки "поддерживаемого оборудования", очень сложной была техническая поддержка.
После появления стандарта ОРС практически все SCADA-пакеты были перепроектированы как ОРС-клиенты, а каждый производитель аппаратного обеспечения стал снабжать свои контроллеры, модули ввода-вывода, интеллектуальные датчики и исполнительные устройства стандартным ОРС сервером.
Стандарт ОРС относится только к интерфейсам, которые ОРС сервер предоставляет клиентским программам. Метод же взаимодействия сервера с аппаратурой (например, с модулями ввода-вывода), стандартом не предусмотрен и его реализация возлагается полностью на разработчика аппаратуры. Поэтому стандарт ОРС может быть использован не только для взаимодействия SCADA с "железом", но и для обмен данными с любым источником данных, например, с базой данных или с GPS приемником.]
OPC серверы могут располагаться на нескольких компьютерах или контроллерах и доступ к любому из них может осуществляться с любого компьютера сети. Пример архитектуры такой системы показан на рис. 1.8. Она является достаточно общей и широко используется как для лабораторной автоматизации, так и для автоматизации технологических процессов. Отдельные промышленные сети на рис. 1.8могут иметь различные протоколы и содержать оборудование разных производителей, а также различную физическую среду передачи данных - оптоволокно, медные провода, радиоэфир (через радио- или GSM-модемы) и др. Обычно ОРС сервер работает только с одним или несколькими портами ввода-вывода компьютера, к каждому из которых подключена одна промышленная сеть, поэтому количество ОРС серверов в системе меньше или равно количеству промышленных сетей. Благодаря наличию сетиEthernet в систему легко могут быть включены серверы баз данных, коммуникационные серверы, веб-серверы, принтеры, плоттеры, АТС, факсы, технологическое оборудование и другие устройства с Ethernet-интерфейсом .
Основой программного обеспечения, установленного на компьютерах сети, являются SCADA пакеты - программные средства диспетчерского управления и сбора данных.
Системы управления с многоуровневой архитектурой обычно строятся по объектному принципу, когда структура системы выбирается подобной структуре объекта автоматизации, а каждая подсистема является локальной, т.е. все обратные связи замкнуты в пределах этой подсистемы. Каждая локальная подсистема выполняет отдельную функцию, задаваемую логикой функционирования всей системы. Объектный принцип построения позволяет упростить проектирование многоуровневой системы и обеспечить ее структурную (архитектурную) надежность.
Анализ сложных систем управления позволяет выделить в них несколько однородных уровней иерархии, показанных нарис.1.9. Здесь WAN -"Wide Area Network" - глобальнаясеть, LAN - "Local Area Network" - локальная сеть.
.png)
Низший (нулевой) уровень включает в себя датчики и исполнительные устройства (актуаторы): датчики температуры, давления, концевые выключатели, дискретные датчики наличия напряжения, и др.Датчики и актуаторы могут иметь интерфейсы типа AS-интерфейс (ASI), 1-Wire или CAN, HART и др.
Первый уровень состоит из программируемых логических контроллеров и модулей аналого-цифрового и дискретного ввода-вывода, которые обмениваются информацией по промышленной сети (Fieldbus) типа ModbusRTU, ModbusTCP, Profibus и др. Иногда модули ввода-вывода выделяют в отдельный уровень иерархии.
Второй (диспетчерский) уровень состоит из рабочих станций - компьютеров счеловеко-машинным интерфейсом (ЧМИ,HMI - HumanMachineInterface), наиболее распространенными вариантами которого являются SCADA-пакеты. Диспетчер(оператор) осуществляет наблюдение за ходом технологического процесса или управление им с помощью мнемосхемы на экране монитора компьютера. Диспетчерский компьютер выполняет также архивирование собранных данных, записывает действия оператора, анализирует сигналы системы технической диагностики, данные аварийной и технологической сигнализации, сигналы срабатывания устройств противоаварийных защит, а также выполняет часть алгоритмов управления технологическим процессом. Важной частью второго уровня являются также базы данных реального времени, являющиеся хранилищами информации и средством обмена с третьим уровнем иерархии системы управления.
Третий уровень (уровень управления цехом) появляется как средство интеграции системы АСУ ТП с АСУП - автоматизированной системой управления предприятием. АСУП, в зависимости от размеров корпорации, может включать еще более высокий (четвертый) уровень и обеспечивать интеграцию с высшим руководством, которое может быть расположено в различных странах и на разных континентах земного шара. На уровне АСУП решаются следующие задачи:
- ERP (Enterprise Resource Planning) - планирование ресурсов предприятия;
- MRP (ManufacturingResourcePlanning) - планирование ресурсов технологических подразделений предприятия;
- MES (Manufacturing Execution Systems) - управление производственными ресурсами;
- HRM (HumanResourceManagement) - управление человеческими ресурсами;
- EAM (EnterpriseAssetManagement) - управление основными фондами, техническим обслуживанием и ремонтами.
Количество уровней АСУ зависит от величины предприятия.
В последние годы большой интерес вызывало использование интернет-технологий в задачах управления, причем не только на уровне корпоративного управления, но даже на уровне технологического оборудования.
Адресация узлов сети:
При соединении в сеть трех и более компьютеров является проблема их адресации. Один компьютер может иметь несколько сетевых интерфейсов.
По количеству адресуемых интерфейсов адреса классифицируются:
– уникальные адреса – используются для идентификации отдельных интерфейсов;
– групповые адреса – используются для идентификации сразу нескольких интерфейсов (групп интерфейсов). С помощью групповых адресов данные могут направляться сразу нескольким узлам;
– широковещательные адреса –используются для доставкиданных всем узлам сети;
– адрес произвольной рассылки – данные доставляются не всем абонентам группы, а любому из них.
Адреса могут быть числовыми и символьными (например, 129.26.255.255 или site.domain.ru).
Числовые адреса могут записываться в десятичной, шестнадцатиричной или двоичной системах счисления.
Символьные адреса предназначены для запоминания людьми, поэтому они должны нести смысловую нагрузку. В больших сетях они могут иметь иерархическую структуру, например APGT-2k-29-01.
Недостаток символьных имен – переменная длина и потенциально большая длина (передавать по каналам связи при большой длине крайне невыгодна)
Множество всех адресов, которые являются допустимыми в рамках некоторой схемы адресации, называется адресным пространством. Адресное пространство может иметь плоскую (линейную) или иерархическую организацию.
При иерархической схеме адресации оно организовано в виде вложенных друг в друга подгрупп, которые, последовательно сужая адресуемую область, определяют отдельный сетевой интерфейс.
.png)
На рис. 2 показана трехуровневая структура адресного пространства, при которой адрес конечного узла задается тремя составляющими: идентификатором группы (K), в которую входит данный узел, идентификатором подгруппы (L) и, наконец, идентификатором узла (n), однозначно определяющим его в подгруппе. Иерархическая адресация во многих случаях оказывается более рациональной, чем плоская. В больших сетях, состоящих из многих тысяч узлов, использование плоских адресов может привести к большим издержкам — конечным узлам и коммуникационному оборудованию придется работать с таблицами адресов, состоящими из тысяч записей. А иерархическая система адресации позволяет при перемещении данных до определенного момента пользоваться только старшей составляющей адреса, затем для дальнейшей локализации адресата следующей по старшинству частью, и, в конечном счете, — младшей частью. Примером иерархически организованных адресов служат обычные почтовые адреса, в которых последовательно уточняется местонахождение адресата: страна, город, улица, дом, квартира.
К адресу сетевого интерфейса и схеме его назначения можно предъявить несколько требований:
- адрес должен уникально идентифицировать сетевой интерфейс в сети любого масштаба;
- схема назначения адресов должна сводить к минимуму ручной труд администратора и вероятность дублирования адресов;
- желательно, чтобы адрес имел иерархическую структуру, удобную для построения больших сетей;
- адрес должен быть удобен для пользователей сети, а это значит, что он должен допускать символьное представление, например Server3 или www.cisco.com;
- адрес должен быть по возможности компактным, чтобы не перегружать память коммуникационной аппаратуры – сетевых адаптеров, маршрутизаторов и т.п.
Эти требования в какой-то мере противоречивы — например, адрес, имеющий иерархическую структуру, будет менее компактным, чем плоский.
На практике обычно используется сразу несколько схем адресации, поэтому сетевой интерфейс компьютера может одновременно иметь несколько адресов-имен. Каждый адрес используется в той ситуации, когда соответствующий вид адресации наиболее удобен. А для преобразования адресов из одного вида в другой используются специальные вспомогательные протоколы, которые называют иногда протоколами разрешения адресов (address resolution).
Примером плоского числового адреса является МАС-адрес, используемый для однозначной идентификации сетевых интерфейсов в локальных сетях. Такой адрес обычно применяется только аппаратурой, поэтому его стараются сделать по возможности компактным и записывают в виде двоичного или шестнадцатеричного значения, например 0081005e24a8. МАС-адреса, встраиваются в аппаратуру компанией-изготовителем; их называют еще аппаратными (hardware) адресами. Использование плоских адресов является жестким решением — при замене аппаратуры, например сетевого адаптера, изменяется и адрес сетевого интерфейса компьютера.
Типичными представителями иерархических числовых адресов являются сетевые IP- и IPX-адреса. В них поддерживается двухуровневая иерархия, адрес делится на старшую часть — номер сети — и младшую — номер узла. Такое разделение позволяет передавать сообщения между сетями только на основании номера сети, а номер узла используется после доставки сообщения в нужную сеть; точно так же, как название улицы используется почтальоном только после того, как письмо доставлено в нужный город. В последнее время, чтобы сделать маршрутизацию в крупных сетях более эффективной, предлагаются более сложные варианты числовой адресации, в соответствии с которыми адрес имеет три и более составляющих. Такой подход, в частности, реализован в новой версии протокола IPv6, предназначенного для работы в Internet.
В современных сетях для адресации узлов, как правило, применяются все три приведенные выше схемы одновременно. Пользователи адресуют компьютеры с символьными именами, которые автоматически заменяются в сообщениях, передаваемых по сети, на числовые номера. С помощью этих числовых номеров сообщения передаются из одной сети в другую, а после доставки сообщения в сеть назначения вместо числового номера используется аппаратный адрес компьютера. Такая схема характерна и для небольших сетей, где она явно избыточна. Это делается для того, чтобы при включении сети в большую сеть не нужно было менять состав операционной системы.
