ЖУРНАЛ СТА 4/2020

редачи информации и обмена между всеми узлами связи их объединяют между собой в соответствии с одним из типов топологии сети. Допустимые то- пологии полевой шины включают в се- бя последовательную цепь, звезду, коль- цо, ветвь и дерево, благодаря чему со- кращается длина и количество кабелей, уменьшается время монтажа, упроща- ется техническое обслуживание и обес- печиваются основные преимущества, особенно при подключении интеллек- туальных полевых устройств с возмож- ностями диагностики. Эта успешная технология полевой шины до сих пор широко используется. Таким образом, промышленные сети стали неотъемлемой частью в АСУ ТП и, пройдя проверку временем, нашли широкое применение в различных от- раслях промышленности. Тем не менее требования рынка к системам автома- тизации продолжали расти, а развитие управляющих устройств (ПЛК и ПК) и повышение их производительности, в свою очередь, привело к тому, что опи- санные шины стали камнем преткнове- ния автоматизированных систем. Были необходимы мощные решения, обес- печивающие более быструю передачу данных, более высокую синхронизацию времени и детерминизм вплоть до ис- полнения в реальном времени. Техно- логии Fieldbus из-за ограниченной ско- рости передачи данных не могут удов- летворить эти системные требования. И следующим этапом развития промыш- ленных сетей стал стандарт Ethernet благодаря повсеместному проникнове- нию, высокой скорости, простоте и де- шёвым компонентам. Однако изна- чально он был разработан для передачи данных в ЛВС (локальные вычисли- тельные сети) и не предназначался для управления в реальном времени, так как он является недетерминированным в своём первоначальном виде. И сле- дующей стадией его развития стал Industrial Ethernet. П РОМЫШЛЕННЫЙ E THERNET Дальнейшие разработки с целью сде- лать Ethernet пригодным для использо- вания в жёстких условиях промышлен- ной автоматизации привели к успеху в виде усовершенствованной технологии Ethernet – Industrial Ethernet (промыш- ленный Ethernet), которая сочетает в се- бе высокую скорость с использованием протоколов реального времени и воз- можность применения в жёстких про- мышленных условиях. К особым свой- ствам относятся надёжно разработан- ные компоненты, коммутируемая и полнодуплексная передача, а также удобство использования протоколов, которые удовлетворяют специальным требованиям промышленного приме- нения, например, в режиме реального времени. В последние годы сети связи в реаль- ном времени, основанные на базе Industrial Ethernet, были созданы как на уровне управления в качестве систем- ной шины, так и на полевом уровне в различных областях промышленности. Между тем Industrial Ethernet превра- тился в стандарт де-факто для сетей промышленной автоматизации и ста- новится всё более предпочтительным для применения в автоматизации про- изводства и управления движением с такими протоколами, как EtherCAT, PROFINET или EtherNet/IP. При авто- матизации процессов он используется в качестве системной шины на уровне управления, в то время как полевой уровень по некоторым причинам, включая и применение в опасных зо- нах, всё ещё использует решения поле- вой шины. Несмотря на усилия по стандартиза- ции, различные компании разработали свои прикладные протоколы, которые поддерживаются конкретными органи- зациями пользователей и поставщиков, например, такими как EtherCAT Technology Group (ETG) для EtherCAT, PROFIBUS & PROFINET International (PI) для PROFINET или Open DeviceNet Assosiation (ODVA) для EtherNet/IP. В целом обзор рынка про- мышленной автоматизации показыва- ет, что технология Fieldbus всё ещё удер- живает лидирующие позиции с долей 66% для вновь устанавливаемых систем (наравне с PROFIBUS) по сравнению с системами Industrial Ethernet, доля ко- торых составляет 34%, но при гораздо более низком темпе роста в 7% по сравнению с ростом применения про- мышленного Ethernet в 17%. Основны- ми драйверами внедрения систем про- мышленного Ethernet являются повы- шение общей производительности и простота интеграции. С ЛЕДУЮЩАЯ СТУПЕНЬ E THERNET – E THER CAT Однако на сегодняшний день самой быстрой доступной сетью промышлен- ного Ethernet в реальном времени яв- ляется EtherCAT (Ethernet for Control and Automation Technology – Ethernet для контроля и автоматизации управле- ния). Её можно назвать высшей ступе- нью развития сети Ethernet, так как она считается самой быстрой среди данных технологий и со своей стороны обес- печивает наивысшую производитель- ность системы. Изначально данный протокол был разработан немецкой компанией по производству оборудова- ния для автоматизации Beckhoff. А на сегодняшний день EtherCAT – это от- крытая и стандартизированная IEC (In- ternational Electrotechnical Commission) и ISO (International Organization for Standardization) технология, её под- держку и развитие обеспечивает техно- логическая группа разработчиков и производителей ETG, которая насчи- тывает свыше 3600 членов по всему ми- ру. В ассоциации представлено большое количество отраслей промышленности, что говорит об актуальности технологии для самых различных сфер применения. EtherCAT – это одна из коммуника- ционных технологий, разработанная специально для приложений управле- ния движением. Главным направлени- ем применения технологии EtherCAT и, в частности, контроллеров управле- ния движением является управление оборудованием и различными станка- ми (упаковка, сборочные системы, пе- чатные машины, маркировка, робото- техника и так далее). Первичные дан- ные, которые передаются от контрол- лера движения, в основном связаны с производительностью. Они могут со- держать сведения о том, сколько изде- лий изготовлено, насколько эффектив- но машина производит продукт, а так- же предупреждения об ошибках или ка- ких-либо ограничениях. Составляю- щая основу для сверхбыстрого обмена данными технология хорошо приспо- соблена для работы с упаковочным оборудованием и решает другие виды задач, которые требуют передачи боль- ших объёмов данных в режиме жёстко- го реального времени. Основной принцип данного протоко- ла – обработка данных на лету: модули EtherCAT мгновенно считывают адре- сованные им данные и записывают от- ветные. Иначе говоря, это происходит прямо во время прохождения пакета че- рез модуль ввода-вывода, и при этом отсутствует буферизация данных. Остальные шины, базирующиеся на Ethernet-решениях, используют режим, в котором пакет Ethernet сначала при- нимается, затем интерпретируется, и далее отправляется ответный пакет от ОБ ЗОР / П РОМЫШЛ Е ННЫЕ С Е Т И СТА 4/2020 33 www.cta.ru