Прокладка кабельных каналов связи между объектами АСУ требует больших затрат времени и материальных ресурсов, а в ряде случаев она просто невозможна. В качестве решения проблемы авторы предлагают использовать беспроводные сети ZigBee. Вопросы стыковки беспроводных каналов с объектами АСУ и управляющим терминалом раскрыты на примере решений компании “Аналитик-ТС”.

sitemap
Наш сайт использует cookies. Продолжая просмотр, вы даёте согласие на обработку персональных данных и соглашаетесь с нашей Политикой Конфиденциальности
Согласен
Поиск:

Вход
Архив журнала
Журналы
Медиаданные
Редакционная политика
Реклама
Авторам
Контакты
TS_pub
technospheramag
technospheramag
ТЕХНОСФЕРА_РИЦ
© 2001-2025
РИЦ Техносфера
Все права защищены
Тел. +7 (495) 234-0110
Оферта

Яндекс.Метрика
R&W
 
 
Вход:

Ваш e-mail:
Пароль:
 
Регистрация
Забыли пароль?
Книги по связи
Листвин В. Н., Трещиков В. Н.
Кааранен Х., Ахтиайнен А., Лаитинен Л.
Другие серии книг:
Мир связи
Библиотека Института стратегий развития
Мир квантовых технологий
Мир математики
Мир физики и техники
Мир биологии и медицины
Мир химии
Мир наук о Земле
Мир материалов и технологий
Мир электроники
Мир программирования
Мир строительства
Мир цифровой обработки
Мир экономики
Мир дизайна
Мир увлечений
Мир робототехники и мехатроники
Для кофейников
Мир радиоэлектроники
Библиотечка «КВАНТ»
Умный дом
Мировые бренды
Вне серий
Библиотека климатехника
Мир транспорта
Мир фотоники
Мир станкостроения
Мир метрологии
Мир энергетики
Книги, изданные при поддержке РФФИ
Выпуск #2/2013
А.Яманов, Д.Алевский, А.Плеханов
Локальная сеть в АСУ ТП: от кабельных линий связи к беспроводным каналам ZigBee
Просмотры: 3662
Прокладка кабельных каналов связи между объектами АСУ требует больших затрат времени и материальных ресурсов, а в ряде случаев она просто невозможна. В качестве решения проблемы авторы предлагают использовать беспроводные сети ZigBee. Вопросы стыковки беспроводных каналов с объектами АСУ и управляющим терминалом раскрыты на примере решений компании “Аналитик-ТС”.
Теги:   aptc   remote access   zigbee
Проблемы проводных каналов связи
Немалая часть проблем при развертывании, модернизации или перемещении производственных площадок в автоматизированных системах управления (АСУ) связана с прокладкой и дальнейшей эксплуатацией проводных каналов связи между контроллерами, датчиками, измерительными приборами и управляющим терминалом. Среди них чрезмерные затраты и ошибки при прокладке кабеля между многочисленными объектами АСУ, трудоемкие и путаные разводки и кроссировки, обслуживание и устранение обрывов, сложности при согласовании земляных работ и их проведении, непреодолимые препятствия, использование в системе передвижных или временных установок, перепрокладка сетей при переезде или модернизации... Прибавьте к этому специфические сложности при прокладке кабельных линий связи, свойственные каждой конкретной автоматизированной системе управления, находящейся в зависимости от проводов. Кроме того, некоторые ситуации попросту не предполагают проведения кабельных работ, например, в силу особенностей конструкции, по соображениям безопасности, при отказе арендатора или по каким-либо другим причинам.

Напротив, использование беспроводных каналов связи в автоматизированных системах управления промышленными объектами обеспечивает быстроту и легкость развертывания, модернизации и масштабирования системы, ее мобильность, уменьшение расходов на прокладку и эксплуатацию кабелей связи, а также общую эстетичность помещений в виду отсутствия спутанных проводов.
Очевидно, что беспроводная передача данных в промышленных системах АСУ обладает массой преимуществ, однако возникает вопрос: какие стандарты радиосетей использовать и как "состыковать" формируемые беспроводные каналы с объектами АСУ и управляющим терминалом?

Особенности
стандарта IEEE 802.15.4 ZigBee
Использование локальных (персональных) радиосетей как альтернативы проводным или сотовым каналам связи предполагает территориальную сгруппированность элементов системы АСУ в пределах завода, склада, промрайона, железнодорожной станции или порта. Но даже на таких площадках использование традиционных стандартов беспроводной связи не всегда возможно. Например, Wi-Fi и Bluetooth ориентированы на передачу больших объемов данных, но не отличаются дальностью действия и возможностью ретрансляции данных внутри сети. Тем не менее, существует специализированный стандарт, изначально нацеленный на персональные беспроводные информационные сети в системах коммерческой, промышленной и домашней автоматики. Это стандарт IEEE 802.15.4 или, как его еще называют, ZigBee.
В отличие от сетей сотовой связи общего пользования, ZigBee, так же, как Bluetooth и Wi-Fi, является персональной радиосетью, не требующей отчислений за трафик сторонним организациям. При этом, работая на достаточных для автоматизированных систем управления скоростях, ZigBee обеспечивает более высокую дальность передачи сигнала – до 90 м внутри помещений и до 4 км в зоне прямой видимости между соседними узлами, низкое энергопотребление, безопасную и надежную передачу данных. Важным достоинством технологии ZigBee является возможность формирования площадей сплошного информационного покрытия за счет автоматической ретрансляции и маршрутизации данных внутри сети [1] при условии видимости каждого узла хотя бы одним соседним.

ZigBee-модемы AnCom
Рассмотрим теперь вопрос стыковки беспроводных каналов связи, как с объектами АСУ – контроллерами, датчиками, измерительными приборами, так и с управляющим терминалом – компьютером, сервером, управляющим мастер-контроллером или пультом управления.
Необходимо присоединить к беспроводной ZigBee-сети элементы системы АСУ, имеющие, как правило, кабельные интерфейсы (RS-232 и RS-485), либо дискретные или аналоговые (0-2 В/4-20 мА) выходы, а также реле, управляющие нагрузками. Следовательно, нам нужен набор приемопередающих устройств (модемов), работающих в стандарте ZigBee, оснащенных указанными типами интерфейсов и снабженных программными средствами для сопровождения процесса развертывания сети и управления адресацией потоков данных внутри сети. Если производитель не предоставляет подобный инструментарий, писать таковой придется самому.
Компания ООО "Аналитик-ТС" предлагает под торговой маркой AnCom законченное комплексное программно-аппаратное решение, включающее:
комплект настроенных и готовых к работе ZigBee-модемов (рис.1) для подключения к элементам системы АСУ и объединения их в локальную беспроводную сеть. Комплект содержит модемы-маршрутизаторы для ввода в ZigBee-сеть объектов АСУ (счетчиков, контроллеров, считывателей, а также датчиков и реле) и модем-координатор для ввода в ZigBee-сеть управляющего терминала (компьютера, сервера, управляющего мастер-контроллера или пульта управления);
программную поддержку полного цикла развертывания сетей ZigBee;
утилиты для настройки адресного доступа к объектам АСУ со стороны управляющего терминала (в том числе по протоколу Modbus RTU);
утилиты для ввода новых модемов при расширении или модернизации сети.

Надежная и безопасная адресная передача данных между многочисленными, разбросанными по производственным площадкам, элементами АСУ обеспечивается за счет высокой дальности передачи сигнала и автоматической ретрансляции данных между модемами. Инсталляция модемов AnCom при построении сети или ее модернизации/реструктуризации происходит оперативно, без нарушения производственного процесса.
Конструктив модема предусматривает крепление на DIN-рейку. Предусмотрена возможность подключения к модему внешней антенны, в том числе антивандальной. Модем оснащен светодиодными индикаторами режимов работы и сетевой активности. Рабочий диапазон температур составляет от -40 до 70°C. Питается модем от сети переменного напряжения 85–264 В, а также от постоянного напряжения 110–370 В или 9–36 В.

Поддержка различных
вариантов построения ZigBee-сетей
ZigBee-модемы AnCom ориентированы на поддержку разнородных систем управления автоматизированными процессами и позволяют объединять в беспроводную локальную сеть множество различных объектов АСУ, организуя доступ к ним со стороны управляющего терминала соответствующего типа. Возможны следующие варианты:
адресный доступ к объектам АСУ со стороны диспетчерского ПО (ОС Windows). В этом режиме модем-координатор и коммуникационное ПО AnCom Server RM предоставляют диспетчерскому ПО адресный доступ к каждому объекту АСУ по выделенным TCP- или COM-портам (рис.2). Среди особенностей ПО AnCom Server RM отметим автоматизацию процесса развертывания локальной беспроводной сети ZigBee, маршрутизацию потоков данных между интерфейсами удаленных объектов и TCP/COM-портами диспетчерского ПО, конвертер Modbus TCP – Modbus RTU, журналирование и контроль соединения [2]. Организуются прозрачные каналы связи с объектами АСУ, подключенными к модемам-маршрутизаторам (RS-232/RS-485), и доступ к аналоговым и дискретным входам/выходам модемов по протоколу Modbus. Данные от объектов АСУ и аналоговых/дискретных входов модемов перенаправляются на диспетчерский пункт. В качестве управляющего терминала используется компьютер/сервер с коммуникационным серверным ПО AnCom Server RM и диспетчерским ПО, например, SCADA. Примеры АСУ: учет электроэнергии, воды, тепла, газа; диспетчеризация и мониторинг в системах ЖКХ (АСКУЭ, АСКУПЭ); удаленный контроль процессов и оборудования;
адресный доступ управляющего контроллера к объектам АСУ по Modbus RTU. В этом режиме модем-координатор перераспределяет Modbus-пакеты, формируемые управляющим Modbus-контроллером (Master), согласно внутренней настроенной таблице соответствия Modbus RTU и сетевых ZigBee-адресов (рис.3). Modbus-пакеты адресуются как объектам АСУ (1...32 Slave), подключенным к модемам-маршрутизаторам (RS-232/RS-485), так и аналоговым и дискретным входам/выходам модемов. Данные от объектов АСУ и аналоговых/дискретных входов модемов перенаправляются в управляющий контроллер. Компьютер и коммуникационное серверное ПО не требуется. Примеры АСУ: автоматизация производства и логистики; промышленная автоматизация технологических процессов (АСУ ТП); системы сигнализации и безопасности; отопление, вентиляция, кондиционирование; управление "умным домом";
широковещательная ретрансляция данных из управляющего контроллера объектам АСУ. Модем-координатор прозрачно ретранслирует пакеты данных, формируемые управляющим контроллером (Master), в широковещательном режиме (рис.4). Формируемые пакеты данных передаются всем объектам АСУ (Slave), подключенным к модемам-маршрутизаторам по RS-232/RS-485. Данные от объектов АСУ перенаправляются в управляющий контроллер. Компьютер и коммуникационное серверное ПО не требуется. Примеры АСУ: автоматизация производства и логистики; промышленная автоматизация технологических процессов (АСУ ТП); отопление, вентиляция, кондиционирование; управление "умным домом";
двухканальный адресный повторитель состояния контактов (рис.5). Модем-координатор (входы "сухой контакт") адресно ретранслирует состояния контактов ведущего устройства (Master) всем объектам АСУ (1...32 Slave), включенным в рассылку (настраиваемый список маршрутизаторов в сети, которым ретранслируются состояния контактов). Ведомые объекты подключены к выходам "открытый коллектор" модемов-маршрутизаторов. Компьютер и коммуникационное серверное ПО не требуется. Примеры АСУ: системы сигнализации и безопасности; управление "умным домом"; промышленная автоматизация технологических процессов (АСУ ТП).

Доступ в сеть ZigBee
со стороны территориально
удаленного управляющего терминала
При инсталляции управляющего терминала вне зоны покрытия ZigBee-сети, когда подключение к терминалу модема-координатора напрямую не позволяет "достать" до ближайших модемов-маршрутизаторов, целесообразно использовать шлюзование. Модем-координатор в этом случае подключается к шлюзу, который, в свою очередь, организует канал связи с удаленным управляющим терминалом, реализуя доступ последнего в ZigBee-сеть. Варианты шлюзов ("мостов" между сетями разных типов) могут быть следующими (рис.6):
модем-координатор подключается к GPRS-модему AnCom RM, который через GPRS/Internet устанавливает связь с управляющим терминалом. В качестве последнего может использоваться ПК или сервер со статическим публичным IP-адресом в Интернете;
модем-координатор подключается к роутеру локальной сети предприятия через конвертер RS-232/Ethernet или конвертер RS-232/Wi-Fi AnCom RW/F для организации доступа в сеть ZigBee из удаленного управляющего терминала, также подключенного к локальной сети по Ethernet или Wi-Fi;
модем-координатор через конвертер RS-232/Bluetooth AnCom RB/T устанавливает связь с управляющим терминалом, например, ноутбуком или планшетом, по каналу Bluetooth.

Заключение
Переход от проблемных кабельных линий связи в автоматизированных системах управления к беспроводным каналам передачи данных между элементами АСУ наиболее выигрышен при использовании специализированного стандарта ZigBee.
Персональная радиосеть ZigBee обеспечивает высокую дальность передачи сигнала, низкое энергопотребление, безопасную и надежную передачу данных, а также автоматическую ретрансляцию и маршрутизацию данных внутри сети.
ZigBee-модемы AnCom, применяемые для ввода элементов системы в сеть, способны объединить между собой практически любые объекты и управляющие терминалы АСУ, разнесенные по территории завода, склада, пром-района, железнодорожной станции или порта. Процесс подключения ZigBee-модемов AnCom взамен проводных стыков кабельных линий связи обеспечен программно-аппаратными средствами (технологическими утилитами для пуско-наладки, стандартизированными интерфейсами, антивандальными внешними антеннами, удобным креплением на DIN-рейку, встроенным адаптером первичного питания) и происходит оперативно, без нарушения производственного процесса.
ZigBee-модемы AnCom в комплекте с ПО для развертывания сети позволяют не только оперативно спроектировать и построить беспроводные каналы связи между элементами АСУ, но и впоследствии с легкостью расширить сеть при модернизации предприятия или перемещении производственных площадок.

литературА
1. Яманов А.Д., Алевский Д.А., Плеханов А.Е. Технология развертывания локальных беспроводных радиосетей ZigBee в системах промышленной автоматизации и диспетчеризации. –
ИСУП, 2011, № 6(36), с.26–32.
2. Яманов А.Д. Удаленный сбор данных АСКУЭ в малоэтажных жилых комплексах по ZigBee-сетям. – Управление многоквартирным домом, 2012, №1, с.29–33.
3. Яманов А.Д., Алевский Д.А., Плеханов А.Е. Беспроводные локальные сети ZigBee для автоматизированных систем управления – Автоматизация в промышленности, 2012, №12.
 
 Отзывы читателей
Разработка: студия Green Art