A U T O M A T Y K A
Sieci przemysłowe w praktyce, częS
ć 1
Z sieciami sÅ‚uÅ‚Ä…cymi do przesyÅ‚ania danych spotkaÅ‚ siÍ
Człowiek był zawsze leniwy. W ce-
lu ułatwienia sobie łycia tak podpo-
z pewnością kałdy z nas. Ich kable wiszą na słupach, są
rządkowywał otoczenie, aby nigdy nie
zakopane w ziemi. Mołna je tworzyĘ teł bez kabli, w eterze.
byÅ‚o mu pod gÛrkÍ. PracÍ organizowaÅ‚
sobie tak, by byÅ‚a jak najmniej mÍ-
SÄ… rÛwnieÅ‚ sieci pÅ‚ywajÄ…ce na statkach, lecz sÅ‚uÅ‚Ä… one do
cząca. Istotnym elementem, jaki brał
innych celÛw. W ramach cyklu kilku artykuÅ‚Ûw bÍdziemy chcieli
pod uwagÍ przy projektowaniu coraz
to doskonalszego jej usprawnienia, był
zapoznaĘ czytelnikÛw z funkcjÄ… i znaczeniem sieci w przemyÅ›le.
czas. Człowiek zauwałył, łe o wiele
szybciej moÅ‚na przekazaĘ informacjÍ skonfigurowanie odlegÅ‚ego urzÄ…dzenia Tak samo jak wielkośĘ sieci rÛw-
za pomocÄ… znakÛw Å›wietlnych niÅ‚ pomiarowego. nieÅ‚ wielkośĘ interfejsu zaleÅ‚y od
goÒcem. Z biegiem czasu znaki Å›wiet- Jednym z przykÅ‚adÛw takiej trans- skomplikowania systemu. Bardzo duÅ‚e
lne zmieniÅ‚y formÍ na impulsy elekt- misji jest protokÛÅ‚ HART (Highway sieci sÄ… wielopoziomowe i posiadajÄ…
ryczne, a teraz rozmawia siÍ z innymi Addressable Remote Transducer), podziaÅ‚ logiczny i funkcjonalny. Przy-
za pomocÄ… fal radiowych. Rozmowy te w ktÛrym wykorzystano istniejÄ…cÄ… liniÍ kÅ‚adem systemu rozlegÅ‚ego jest sieĘ ze
sÄ… moÅ‚liwe dziÍki sieci radiowej ìroz- miÍdzy urzÄ…dzeniem pomiarowym a re- sterownikiem PLC, do ktÛrego jest
Å‚oÅ‚onejî na danym terenie. jestrujÄ…cym te dane. LiniÄ… tÄ… jest ana- podÅ‚Ä…czona sieĘ czujnikÛw oraz ele-
InnÄ… formÄ… uÅ‚atwiania sobie Å‚ycia logowa pÍtla prÄ…dowa. PrzesyÅ‚anie da- mentÛw wykonawczych (rys. 2), roz-
byÅ‚o wyrÍczanie siÍ maszynami. Kie- nych realizuje siÍ w niej przez modu- mieszczonych na duÅ‚ym obszarze.
dyÅ› maszyny byÅ‚y proste, pÛüniej na- lowanie prÄ…du duÅ‚ymi czÍstotliwoÅ›cia- PodstawowÄ… korzyÅ›ciÄ… wynikajÄ…cÄ…
deszła epoka pary, elektryczności mi. Zaletą takiego rozwiązania jest to, z zastosowania sieci jest zminimalizo-
i nagle w fabrykach pojawiÅ‚y siÍ szafy Å‚e ìwpinajÄ…c siÍî w pÍtlÍ prÄ…dowÄ…, wanie liczby przewodÛw niezbÍdnych
z mnÛstwem przekaünikÛw. ByÅ‚y to moÅ‚emy skonfigurowaĘ urzÄ…dzenie nie do poÅ‚Ä…czenia elementÛw systemu. Ma
pierwsze prÛby automatyzacji proce- zakÅ‚ÛcajÄ…c samego pomiaru. to szczegÛlne znaczenie przy duÅ‚ej
sÛw za pomocÄ… elektrycznoÅ›ci. System liczbie oprzyrzÄ…dowania. CzÍsto z tego
taki byÅ‚ bardzo skomplikowany i za- Rozmiary sieci powodu stosuje siÍ wiÍcej mniejszych
wodny, a takÅ‚e stosunkowo haÅ‚aÅ›liwy. WielkośĘ architektury sieciowej za- sterownikÛw PLC, mogÄ…cych wymie-
RozwÛj elektroniki cyfrowej, a wraz leÅ‚y od stopnia skomplikowania syste- niaĘ informacje miÍdzy sobÄ… (rys. 3).
z niÄ… procesorÛw, pozwoliÅ‚ na zbudo- mu sterowania. Najprostsze nie wyma-
wanie sterownikÛw przemysÅ‚owych gajÄ… jej wcale. W przypadku, gdy Sieci nadrzÍdne
(PLC - Programmable Logic Controller). w systemie sÄ… dwa elementy, ktÛre ko- W praktyce czÍsto zdarza siÍ po-
DziÍki ich niezawodnoÅ›ci i nieduÅ‚ej rzystajÄ… ze wspÛlnych zasobÛw lub trzeba poÅ‚Ä…czenia maszyn, ktÛre majÄ…
cenie rozpoczÍto stosowanie tego typu stan jednego wpÅ‚ywa na drugi, moÅ‚na wÅ‚asne maÅ‚e sieci, w jeden system.
sterownikÛw w coraz rozleglejszych je poÅ‚Ä…czyĘ sieciÄ…. Z pomocÄ… przychodzÄ… sieci nadrzÍdne
systemach. Rozproszenie sterownikÛw Najlepszym przykÅ‚adem pary urzÄ…- (rys. 4). DziÍki nim, bez znaczÄ…cej in-
po fabryce narodziÅ‚o potrzebÍ Å‚Ä…czenia dzeÒ jest sterownik PLC oraz interfejs gerencji w sieĘ lokalnÄ…, moÅ‚na stwo-
ich w jednolity system wymiany infor- operatora linii lub procesu. W celu rzyĘ jednÄ… duÅ‚Ä… strukturÍ umoÅ‚liwia-
macji. Na te potrzeby opracowane zo- zmniejszenia bariery psychologicznej jÄ…cÄ… sterowanie wszystkimi maszynami
staÅ‚y sieci przemysÅ‚owe. DziÍki nim operatorÛw, w maÅ‚ych systemach (ma- z jednego miejsca. PoniewaÅ‚ tymi
operator nawet z odlegÅ‚ego miejsca mo- Å‚ych urzÄ…dzeniach) stosuje siÍ panele sieciami sÄ… przesyÅ‚ane ogromne iloÅ›ci
Å‚e wpÅ‚ywaĘ na proces technologiczny. operatorskie montowane obok urzÄ…dze- informacji, charakteryzujÄ… siÍ wiÍc
Z biegiem czasu sieci rozwijaÅ‚y siÍ, nia lub bezpoÅ›rednio na nim (rys. 1). duÅ‚Ä… wydajnoÅ›ciÄ….
wypierajÄ…c gorsze rozwiÄ…zania. NiektÛ- Panele takie sÄ… coraz lepsze i oferujÄ…
re typy prostych sieci, ze wzglÍdu na coraz wiÍcej moÅ‚liwoÅ›ci, jednak peÅ‚ne
powszechne zastosowanie, przetrwały spektrum mołliwości oferuje obecnie
do dziś. Umołliwiały one nie tylko jedynie komputer klasy PC z systemem
przesÅ‚anie informacji, lecz rÛwnieÅ‚ wizualizacji i sterowania.
Rys. 1 Rys. 2
Elektronika Praktyczna 2/2004
135
A U T O M A T Y K A
Zalety wynikajÄ…ce ze
stosowania sieci
Do najwałniejszych zalet stosowa-
nia sieci w systemach przemysłowych
mołna zaliczyĘ:
a) prostsze projektowanie systemÛw
ze wzglÍdu na moÅ‚liwośĘ rozpro-
szenia systemu sterowania,
b) zwiÍkszonÄ… przejrzystośĘ systemu,
c) Å‚atwiejszÄ… obsÅ‚ugÍ dziÍki moÅ‚liwoÅ›-
Rys. 3
ci doÅ‚Ä…czenia interfejsÛw uÅ‚ytkow-
nika,
d) moÅ‚liwośĘ Å‚Ä…czenia urzÄ…dzeÒ rÛÅ‚-
nych producentÛw,
e) mołliwośĘ centralizowania zarzą-
dzania procesem,
f) elastycznośĘ pod wzglÍdem rozbu-
dowy,
g) dostÍpnośĘ wszystkich urzÄ…dzeÒ
z dowolnego miejsca w sieci,
h) zmniejszenie nakÅ‚adÛw na okablo-
wanie obiektowe.
Standardy w sieciach
przemysłowych
WiÍkszośĘ producentÛw systemÛw
sterowania przemysłowego produkuje
Rys. 4 dla swoich sieci odpowiednie urzÄ…dze-
nia i implementuje własne protokoły.
Czujniki, sterowniki, system nad- PrÍdkoÅ›ci w sieciach Wskutek tego powstaÅ‚o wiele rÛÅ‚nych
rzÍdny dla sterownikÛw oraz sieĘ kom- PrÍdkośĘ transmisji w sieci przemys- typÛw sieci, podobnych, lecz rÛÅ‚-
puterowa mogÄ… tworzyĘ bardzo rozbu- Å‚owej podlega tym samym reguÅ‚om co niÄ…cych siÍ w szczegÛÅ‚ach. WiÍkszośĘ
dowany system regulacji i/lub sterowa- w sieciach komputerowych (np. w zaleł- sieci jest oparta na zmodyfikowanych
nia (rys. 5). Wykorzystuje siÍ w nim noÅ›ci od iloÅ›ci danych jakie chcemy interfejsach transmisji szeregowej, tj.:
kilka rÛÅ‚nych protokoÅ‚Ûw i mediÛw. przesÅ‚aĘ). Pewnym kryterium okreÅ›lajÄ…- RS232, RS485, RS422, szeroko stoso-
MoÅ‚e wykorzystywaĘ istniejÄ…cÄ… zakÅ‚a- cym (w przybliÅ‚ony sposÛb) wymaganÄ… wane w systemach monitoringu i ste-
dowÄ… sieĘ komputerowÄ…. MoÅ‚na w tym prÍdkośĘ jest tzw. czas odpowiedzi. rowania z komputermai PC.
systemie zdalnie sterowaĘ nadzorowa- OkreÅ›la on czas, jaki upÅ‚ynie miÍdzy Niestety do standaryzacji sieci jest
nym procesem przez Internet, czyli wydaniem polecenia przez operatora jeszcze stosunkowo daleko. WidaĘ jed-
z dowolnego miejsca na Å›wiecie. Sys- a odpowiedziÄ… systemu sterowania. Prze- nak pierwsze jaskÛÅ‚ki - systemy siecio-
temy takie potrafiÄ… obecnie zadzwoniĘ waÅ‚nie im szybszy lub waÅ‚niejszy pro- we stosowane szczegÛlnie chÍtnie
do domu operatora i gÅ‚osem powiado- ces jest kontrolowany, czasy te sÄ… krÛt- przez producentÛw osprzÍtu i urzÄ…dzeÒ
miĘ o awarii lub innym waÅ‚nym zda- sze, a sieĘ musi byĘ szybsza. Najmniej- pomiarowych. CzÍśĘ z nich zostanie
rzeniu w systemie. PotrafiÄ… rÛwnieÅ‚ sze prÍdkoÅ›ci stosowane w przemyÅ›le to przedstawiona w ramach tego cyklu
wysÅ‚aĘ e-maila z wiadomoÅ›ciÄ… tekstowÄ… 1200 bd, najwiÍksze to nawet 100 Mbd artykuÅ‚Ûw.
tworzoną stosownie do okoliczności. dla sieci ethernetowych. Adam Bieńkowski
NiezawodnośĘ sieci
W przypadku, gdy informacje prze-
syÅ‚ane w sieci sÄ… szczegÛlnie waÅ‚ne,
stosuje siÍ powielanie poÅ‚Ä…czeÒ siecio-
wych (redundancjÍ - nadmiarowośĘ).
Awaria ktÛrejkolwiek z gaÅ‚Ízi sieci po-
woduje, łe informacje przesyłane są
gaÅ‚ÍziÄ… sprawnÄ…. ZarzÄ…dzanie takÄ…
transmisjÄ… jest osobnym skomplikowa-
nym zagadnieniem. Stosuje siÍ tu
rÛÅ‚ne podejÅ›cia w zaleÅ‚noÅ›ci od apli-
kacji. W przypadku dułych odległości
mołliwe jest obecnie zastosowanie ra-
diolinii, łączności satelitarnej (np. te-
lefonia komÛrkowa) oraz Å›wiatÅ‚owo-
dÛw. Taki wÅ‚aÅ›nie przypadek zostaÅ‚
przedstawiony na rys 5. Informacje
z systemu sterownikowego zbierane sÄ…
w dwÛch komputerach. Awaria jedne-
go z nich powoduje przejÍcie kontroli
Rys. 5
przez drugi.
Elektronika Praktyczna 2/2004
136