6.2. Технология автоматизации, основанная на применении полевой шины

Дальнейшее развитие РСУ (DCS) привело к появлению топологии полевая шина (Fieldbus), основанное на дальнейшем развитии информационного сигнала в промышленных СУ. Стандарт полевой шины, устанавливающий требования к открытому цифровому протоколу обмена в промышленных СУ, стал вырабатываться с середины 80-х годов. Стандарт должен обеспечивать возможность взаимодействия контроллеров, устройств связи с объектом, датчиков и исполнительных механизмов разных производителей.

Эволюция стандартного информационного сигнала в промышленных СУ отражена на следующем рисунке 6.2.

Здесь HART (High Way Remote Transducer) протокол цифровой связи с первичными датчиками и преобразователями. HART протокол первоначально был разработан компанией Rosemount Inc. Протокол открытый и поддерживается независимым некоммерческим фондом HART коммуникаций. Протокол использует стандарт BELL 202 кодировки сигнала методом частотного сдвига для обмена данными на скорости 1200 Бод; сигнал накладывается на аналоговый измерительный сигнал 4 -20 мА на нижнем уровне (+0.5 - -0.5 мА, 1200 Гц – «1», 2200 Гц – «0»). Поскольку среднее значение токового сигнала равно нулю, цифровая связь не влияет на токовый сигнал. Протокол появился в связи с широким применением интеллектуальных устройств. Во всем мире установлено более 20 миллионов HART-совместимых интеллектуальных полевых устройств – больше, чем с каким-либо иным протоколом обмена данными.

Технология Fieldbus предполагает открытый цифровой обмен между различными устройствами цифровой автоматизации, т. е. обмен между контроллерами, датчиками, ИМ, УСО различных производителей. С топологией Fieldbus связано много ожиданий:

• это было огромным шагом вперед в области АСУ ТП подобно тому, как поколение назад интерфейс 4 – 20 мА практически полностью вытеснил пневмоавтоматику;

• стало бы возможным обеспечить помехоустойчивую двунаправленную связь между различными устройствами СУ;

• поскольку к единственному сегменту шины может подключаться несколько устройств различного назначения, отпала необходимость прокладки отдельных линий связи и кабелей к каждому устройству, что существенно снижает затраты на монтаж и обслуживание кабельного хозяйства;

• устройства были бы способны передать диагностическую информацию на верхний уровень СУ, позволяя операторам немедленно локализовать неисправность;

• к промышленной сети могло бы быть подключено любое, совместимое по протоколу, устройство независимо от фирмы производителя.

Самое важное в том, что стандарт Fieldbus позволяет устройствам обмениваться информацией по принципу «точка – точка» (Point to Point), стало возможным распределить управление ТП непосредственно на уровне датчиков и ИМ. К преимуществам такого рода распределенных систем управления относится полное (за счет параллельной обработки) использование ресурсов МП устройств нижнего уровня АСУ ТП, что может привести:

• к сокращению времени реакции на события;

• к лучшей управляемости АСУ ТП;

• к улучшению диагностики;

• к большей гибкости;

• к возможности использовать освобождающиеся вычислительные ресурсы верхних уровней АСУ ТП для решения дополнительных задач, в том числе для управления производством в целом (АСУ).

Возможности удаленной коммуникации и улучшенные характеристики устройств нижнего уровня неоценимы при интеграции в системы управления производством, обеспечения безопасности и управления активами. Технология Fieldbus позволяет решить задачу интеллектуальной полевой коммуникации. Интеллектуальная полевая коммуникация подразумевает: полную интеграцию интеллектуальных устройств в системы управления и обеспечения безопасности производства; непрерывный контакт систем с коммуникационными ресурсами и возможностями интеллектуальных полевых устройств; постоянный мониторинг со стороны систем за работой интеллектуальных полевых устройств; автоматическое обнаружение системами управления ошибок и неисправностей; постоянное обновление и доступность внутри системы информации о состоянии устройств, процессе диагностирования.

Архитектура полевой шины представлена на Рис. 6.3

Рис. 6.3.

Топология полевой шины изображена на рис. 6.4.

Вопросы для самопроверки:

1. Состав функции ПТК децентрализованных АСУ ТП.

2. Программное обеспечение ПТК.

3. Языки программирования ПТК в рамках МЭК 61131-3.

4. Суть технологии автоматизации, основанной на применении полевой шины.

5. Архитектура и топология полевой шины.