1. Введение
«…a long time ago, in a Galaxy far, far away…» – конечно, а где же еще найти подходящий пример сети промышленной автоматизации, если не в «одной далекой-далекой Галактике»? Собственно говоря, с этой точки зрения, нас будут интересовать вовсе не столь положительные герои, как, например, джедай Люк Скайуокер или его коллеги и сэнсеи, отважно превращающие именными световыми мечами в дымящийся фарш (ну, или металлическую стружку) коварных злодеев и их дроидных сподвижников, ни уж тем более сами «резко отрицательные» представители «темной» стороны, особенно персоны, сопящие с астматическим присвистом в черный космический противогаз. В нашем случае на передний план выходит бесстрашный авантюрист (читай – прохиндей еще тот!), бывший пират и контрабандист, при этом ставший впоследствии генералом Новой Республики, смелый и отчаянный капитан космического корабля «Millennium Falcon» (буквально в отечественных источниках – «Тысячелетний Сокол») Хан Соло. Собственно говоря, в рамках данной работы следует вообще-то больше обратить внимание на сам корабль. Еще точнее – на его знаменитые модификации, реализованные при участии капитана Соло и его старпома Чубакки.
2. Объект автоматизации: краткий обзор и не менее краткий исторический экскурс
Следует напомнить, что «Millennium Falcon», корабль-фрахтовик производства «Коррелианской Инженерной Корпорации» («Correllian Engineering Corporation» – «CEC»), некогда принадлежал контрабандисту Лэндо Калриссиану и был выигран у последнего в сабакк (кто не знает – в карты то есть – не в домино же) капитаном Соло. Хан уже к тому времени совершил свой первый облет Дуги Кесселя и был хорошо известен в определенных криминальных и не очень кругах. Корабль неоднократно перестраивался и модифицировался как самим Лэндо, так и позже Соло (в общем-то, понятно для каких целей) – и, как результат, не смотря на весь свой изношенный и залатанный вид, приобрел славу одного из самых маневренных и скоростных кораблей в Галактике. Перечисление всех планет и звезд, не говоря уже о передрягах и авантюрах, в которых побывал «Тысячелетний Сокол», благодаря своему экипажу и пассажирам, безусловно, не имеет смысла и выходит за рамки данной работы, тем более что все они наиподробнейшим образом задокументированы в тоннах глянцевых публикаций и километрах кинопленки.
«Сокол» был построен примерно в 60 г. до Явинской Битвы на Кореллии и представлял собой типовой фрахтовик класса YT-1300 заводской модификации «f». В то время модель YT-1300 была очень популярна в криминальных кругах, поскольку легкий грузовой корабль обычно не вызывал подозрений у правоохранительных органов. При этом если все же патруль корпорации безопасности выявлял провозимую на борту контрабанду, то, благодаря достаточно мощному двигателю, YT-1300 часто удавалось уйти от преследования. Кроме того, эта, на первый взгляд, абсолютно гражданская, предназначенная для грузо-пассажирских перевозок продукция «СЕС», выгодно отличалась от аналогов конкурентов модульной конструкцией, которая после нескольких легальных (или не совсем легальных) модификаций дотягивала до статуса боевого корабля при минимальных капиталовложениях.
Как и любой другой объект данного класса, YT-1300 казалось бы невозможно представить без высокотехнологичной системы комплексной автоматизации, которая должна обеспечивать решение широкого спектра задач, включая такие, например, как удаленное управление и мониторинг объектов системы, формирование комфортных условий работы экипажа, эффективный расход средств жизнеобеспечения, контроль доступа в технические помещения, охранно-пожарные мероприятия и многое другое. Очевидно, что использование единого интегрированного подхода в решении поставленной задачи реализации платформы распределенной системы управления процессами является залогом успеха. В отличие от консолидации набора автономных систем, использующих оборудование разного поколения нескольких производителей и, соответственно, неодинаковые протоколы, единая и масштабируемая платформа, обеспечивает гибкое объединение и управление подсистем функционально различных процессов, осуществлять оперативную маршрутизацию информационных и управляющих потоков данных между локальными и центральным узлами управления, в том числе и за пределы конструкции объекта, легко наращивать возможности развернутого комплекса и многое другое.
Увы, вышесказанное совершенно не относится к YT-1300: как известно, «CEC» успешно конкурировала на галактическом рынке кораблестроения во многом благодаря большому числу талантливых инженеров, объединенных в предприятия корпорации, а также хорошо налаженным коммерческим связям с ведущими компаниями (например, Girodyne, Quadex и пр.), многие годы специализирующихся на производстве отдельных модулей, начиная от фрагментов корпуса и заканчивая уникальной IT-начинкой. Пилотная инсталляция агрегатов и функциональных узлов, а также пуско-наладочные работы подсистем управления осуществлялись еще в цехах указанных предприятий, а сборка конструкции, установка компонентов и подключение к бортовой сети – на главной верфи корпорации силами тех же «командированных» технических специалистов. Понятно, что в зависимости от назначения и области применения того или иного субмодуля, а также благодаря наработанным за долгие годы сотрудничества связям между предприятием и производителем компонентов систем автоматизации, предпочтение отдавалось вполне конкретной технологии, часто не совпадающей с выбором соседа по корпорации. В результате получилось – что? – правильно, типовая распределенная сеть управления – отлаженная и полноценно функционирующая в рамках поставленной задачи, но, тем не менее, представляющая собой (да простит нас Чубакка!) IT–зоопарк.
Мы намеренно не приводим подробное описание всех подсистем YT-1300 – это, безусловно, выходит за рамки данной работы: только перечисление наименований займет неск��лько страниц текста. Поэтому ограничимся несколькими условными примерами на обобщенной структурной схеме, соответствующей типовой распределенной сети управления системы промышленной автоматизации, характерной не только для рассматриваемого объекта, но и целого ряда предприятий, организаций и компаний. Напомним, что подобные сети обычно представляют собой иерархическую структуру, состоящую из трех уровней. Первый, нижний уровень – Device Level – традиционно обозначается как FieldBus (полевая шина). Основным назначением данного уровня является обеспечение обмена информацией в реальном времени между полевыми устройствами (датчиками, измерителями, исполнительными механизмами) и устройствами более высокого уровня – программируемыми логическими контроллерами (ПЛК). Скорость обмена данными обычно составляет сотни Кбит/с, но в зависимости от выбранной технологии может достигать более 10 Мбит/с. При этом, с учетом требований, предъявляемых для реализации режима реального времени, время цикла не должно превышать 10 мс. Именно поэтому на нижнем уровне сети применяются специализированные протоколы: например, Profibus, CAN, Foundation FieldBus и др. Следующий уровень сети промышленной автоматизации Control Level является уровнем управления. На этом уровне функционируют ПЛК, технологические автоматизированные системы диспетчерского управления SCADA, распределенные системы управления DCS и разработанные на их основе АСУТП. Типовое время цикла на этом уровне не должно превышать 100 мс, однако современные системы в ряде случаев предъявляют более жесткие требования, уменьшая значение этого параметра в два и более раза – до 50 мс и менее. Взаимодействие между нижним уровнем и уровнем управления сети осуществляется с помощью параллельной или последовательной схемы коммутации. В первом случае, каждый отдельный порт ПЛК с помощью соответствующей направляющей системы (медный провод, оптическое волокно) соединяется с отдельным преобразователем датчика или механизма. Данная схема требует монтажа большого количества физических линий, что существенно увеличивает объем работ при инсталляции сети и значительно усложняет ее эксплуатацию. Поэтому подавляющее большинство сетей нижнего уровня систем промышленной автоматизации для взаимодействия с уровнем управления используют последовательную схему коммутации. Такая схема функционирует на основе последовательного канала обмена данными, реализуемого с применением топологии общая шина, кольцо, звезда. Наконец, Corporate Level образует сеть верхнего уровня, которая является основой для построения систем управления с распределенной схемой организации вычислительных процессов. Фактически, в настоящее время на этом уровне доминирует технология Ethernet. Активно внедряются системы, соответствующие стандарту IEEE 802.3ae (10 GbE). В стадии разработки находится стандарт IEEE 802.3ba, который поддерживает сразу две скорости передачи данных 40 и 100 Гбит/с. Область применения 40GbE – передача данных между высокопроизводительными серверными кластерами сети хранения данных (SAN – Storage Area Networks). В свою очередь, 100GbE предполагается использовать на магистральных узлах коммутации, для поддержки маршрутизации и агрегации данных в вычислительных центрах.
Для описания базовой распределенной сети управления системы автоматизации YT-1300, которая, как уже упоминалось выше, использует несколько специализированных протоколов сетей низшего уровня, предлагается выделить четыре условных группы систем. Каждая группа включает в себя набор подсистем, условно реализованных с применением того или иного протокола полевой шины, соответствие между которыми сведено в табл. 1.
Табл. 1.
Сначала рассмотрим группу «1» систем управления инфраструктурой и жизнеобеспечения (рис. 1).
Предположим, что подсистемы управления сегментов инфраструктуры объекта, входящих в группу «1», в базовой комплектации YT-1300 предполагают объединение в общую низкоскоростную сеть верхнего уровня (например, на основе системного протокола RS232). Каждая из них построена на базе промышленного компьютера и соответствующего ПЛК, процессорный модуль которого обеспечивает логические и технологические функции управления, а программное обеспечение (ПО) ПЛК – последовательное управление исполнительными элементами системы в соответствии с заданным режимом работы. Программирование контроллера осуществляется с помощью программного комплекса, установленного на компьютер (PC), который может быть подключен к ПЛК через соответствующий интерфейс (например, RS232). Мониторинг функционирования системы выполняется оператором по результатам анализа данных, отображаемых на мониторах ПК инженерных (операторских) станций, централизованно размещенных в техническом помещении (в данном случае, согласно чертежам YT-1300, регламентированным «CEC» – в инженерном отсеке). Аналогичным образом данные также могут быть сняты персоналом непосредственно с панели пульта оператора (эту рутинную должность «обходчика» в нашем случае можно поручить одному из неунывающих дроидов – например, знаменитому R2-D2). Управление технологическими процессами осуществляется как дистанционно с помощью ПК инженерной станции, так и с пульта оператора.
К сожалению, нужно остановиться. Материала слишком много, в рамки одного поста он не помещается. Полный текст статьи лежит здесь.
Авторы:
- Идея и реализация: Бурдин Антон
- Несколько идей и горячее обсуждение: Shopin
- Консультант: Сидоров Артем
P.S. Да, а при чем тут Softing, спросите вы. Спасибо за вопрос! Об этом в статье.
P.P.S. Траву авторы не курили, по вопросу приобретения просьба не обращаться.
