Несколько лет назад, когда речь заходила о промышленном Ethernet, заголовки были весьма оптимистичными: «Прорыв в отрасли», «Ethernet завоевывает производственный сектор», «Открытые сети» или «Неисчерпаемые возможности и синергия современных миров ИТ». И что же из всего этого получилось? Сбылись ли ожидания или то была лишь буря в стакане воды?

Забегая вперед, сразу скажу, что так быстро, как когда-то прогнозировалось, переход от промышленной шины к Ethernet не происходит. Однако кое-что все же делается, стоит лишь присмотреться повнимательнее. И хотя передача опыта из области информационных технологий в сектор производства и автоматизации идет по правильному пути, все же требуется более глубокое понимание происходящих процессов и предъявляемых запросов. Поэтому имеет смысл осветить проблему в целом, чтобы все заинтересованные стороны — пользователи, ответственные лица, а также поставщики продуктов для промышленных инфраструктур Ethernet — могли лучше разобраться в ней, что, будем надеяться, повысит общие надежды на успех.

Главная идея промышленного Ethernet столь же проста, сколь и гениальна: эту технологию можно использовать в качестве основы всех коммуникационных процессов, происходящих на уровне станков, систем, поточных линий и отдельных автоматизированных участков. При помощи открытого Ethernet (стандарт 802.3), который в известной мере можно уподобить единой автомагистрали со стандартными въездами и съездами, можно быстрее и проще строить и эксплуатировать более производительные и более дешевые сетевые инфраструктуры.

 

ОПЫТ ЭКСПЕРТОВ ПО ИТ

Однако прежде, чем реализовать эту идею и воспользоваться преимуществами данной технологии, следовало описать и определить все интерфейсы вплоть до применяемого аппаратного обеспечения, в том числе кабелей и соединителей, чем и занялись специалисты из области информационных технологий. Международные комитеты по стандартизации — каждый со своей стартовой позиции — приступили к работе. Специалисты ИТ обладают, пожалуй, тем преимуществом, что им уже приходилось иметь дело с чем-то подобным. Помимо видения единой коммуникационной инфраструктуры они обладают необходимым опытом.

Token Ring, разъемы MIC и разделение линий данных и телефонных линий — уже пройденный этап. Для нынешнего состояния дел характерна единая инфраструктура для всех услуг. Структурированная проводка различается по классам передачи, и пользователь может самостоятельно выбирать их в соответствии со своими приложениями и потребностями — так достигается однозначное соответствие между услугами и классами передачи данных структурированной проводки. Магистраль создана. О въездах и съездах особо задумываться не нужно. Способы соединения, разъемы и кабели упорядочены (по категориям) и стандартизованы, поэтому все ко всему подходит. Иными словами, проблема несовместимости — по крайней мере, принципиально — решена.

Однако как долго сможет функционировать наша магистраль? Чтобы быть уверенным в будущем, современные пользователи зачастую делают выбор в пользу классов передачи данных, которые поддерживают и перспективные приложения, к примеру 10GBaseT (передача данных по Ethernet со скоростью 10 Гбит/с по медным кабелям). Таким образом, они заранее заботятся о защите инвестиций.

 

ОСТРОВКИ АВТОМАТИЗАЦИИ

Иная картина открывается при изучении ситуации в области промышленных кабельных сетей. Быстрое развитие технологий, функциональности и продуктов характерно и для них, однако здесь царит нечто вроде «островного менталитета». И это понятно. Производственная сеть может быть очень дорогой. Остановка, к примеру, системы непрерывного литья не только приводит к прерыванию производственного цикла на время устранения ошибки, но и порождает серьезные проблемы. Систему придется заново запускать, что в худшем случае может занять несколько дней, а то и недель.

Учитывая такой сценарий, специалисты разработали протоколы и топологии для собственных приложений и потребностей. Результатом стало почти необозримое множество протоколов управления и промышленных шин. К ним добавляются соответствующие продукты и компоненты для объединения в сеть. Недостаток рассмотренного подхода заключается в несовместимости компонентов друг с другом. Возникают собственные, или островные, решения.

Заметим, кстати, что с похожей ситуацией пришлось столкнуться и в области предоставления финансовых услуг. Отказ сети мог быстро принять размеры, подобные описанным выше, а при неблагоприятных обстоятельствах повлечь за собой убытки, исчисляемые миллионами евро, не говоря уже об ущербе для репутации и снижении доверия со стороны партнеров и клиентов. Тем не менее финансовый сектор не стал разрабатывать для своих нужд новые сети. Просто при выборе решения повышенное внимание уделялось их надежности.

Стандарты структурированной проводки (ISO/IEC JTC1 SC25, Cenelec и DKE) очень быстро подстроились под изменившиеся требования пользователей. Так возник ISO/IEC 24702, созданный специально для промышленных кабельных сетей и позднее взятый за основу при переработке стандарта EN 50173. До недавнего времени это был единый документ, теперь стандарт разделен на несколько областей: для офисных сетей, промышленных сетей, домашних сетей, вычислительных центров созданы отдельные рабочие группы, которые, опираясь на идею единой инфраструктуры, более подробно изучили специфические требования и подготовили удобные для использования решения (см. Таблицу 1). Новая редакция стандарта EN 50173 будет опубликована уже в нынешнем году.

Таблица 1. Обзор переработанных европейских стандартов кабельных сетей.

Указанный стандарт представляет собой важную веху международной деятельности по стандартизации не только вследствие скорости, с которой достигаются новые результаты, но и благодаря последовательному подходу к типовой структуре сети. Типовая организация обеспечивает построение открытой, доступной для всех инфраструктуры, не зависящей от передаваемых услуг и протоколов.

Специалисты из области автоматизации конечно же не могли не обратить внимания на столь характерное знамение времени. Однако в качестве среды для передачи данных Ethernet использовался в первую очередь в областях, где проблемы с его введением были минимальными, к примеру для объединения систем управления и вышестоящих модулей, т. е. в известной мере он применялся в качестве магистрали. Использование Ethernet на более низких уровнях автоматизации несколько сложнее и требует учета дополнительных условий. Сейчас эксперты работают и над этой задачей. Основные производители промышленных шинных систем совместно с ведущими пользовательскими организациями уже адаптировали свои решения к Ethernet.

Стандартизация промышленных шин в IEC SC65C затронула и вопросы инфраструктуры, другими словами, если продолжить дорожную аналогию, пришлось выяснять, как наряду с магистралью выглядят въезды и съезды. Проще всего было бы привлечь имеющиеся решения в стандарте SC25, но этого участники сделать не смогли или не захотели, по крайней мере в полном объеме. Впрочем, о том, чтобы полностью отказаться от них, речи быть не может: разъемные соединители, к примеру Han 3A или M12, уже давно и успешно используются. У широко распространенных разъемов Ethernet RJ-45 и LC также есть шанс быть стандартизованными в качестве въездов и съездов с магистрали, в том числе и с точки зрения автоматизации. Но все же последнее слово еще не сказано. Эксперты рассчитывают на утверждение и публикацию стандарта IEC 61918 до конца 2007 г.

 

БУДУЩЕЕ ПРОМЫШЛЕННОГО ETHERNET

Фундамент заложен. Даже если заключительный этап — создание полной сквозной инфраструктуры для офиса и промышленности — пока недостижим, работа проделана огромная. Как следствие, растет понимание того, что путь к качественным и надежным решениям лежит через всеобъемлющее рассмотрение вопроса, однако поступать именно так вынуждают и требования, диктуемые жизнью. Постоянный поиск новых, лучших решений и вечная конкуренция не оставляют иного выбора. При ближайшем рассмотрении некоторых практических проблем это становится абсолютно ясно: передача напряжения питания по той же самой сети, повышенные требования к функциональности, к примеру к безопасности или управлению, и связанная с этим ширина полосы пропускания, беспроводные решения или интеграция новых технологий и услуг — вот проблемы, которые в одинаковой степени требуют решения как в промышленной, так и в офисной области (см. Таблицу 2).

В качестве примера можно рассмотреть вопрос о напряжении питания. Комитет IEEE разработал решение для удаленной подачи питания на устройства — Power over Ethernet (PoE, стандарт IEEE 802.3af). Сегодня он уже используется для передачи голоса по IP или для систем обеспечения безопасности. Интеллектуальные датчики, системы видеонаблюдения и более мелкие полевые элементы нуждаются в не меньшей возможности интеграции данных и питания. Безопасность и надежность являются главными темами в области производства и автоматизации. Здесь идет поиск концепций и решений, позволяющих в случае отказа перевести систему не в режим аварийной остановки, а в состояние паузы, чтобы впоследствии можно было гораздо быстрее и эффективнее осуществить повторный запуск. На уровне Ethernet это не составляет проблемы, но все же темой для обсуждения может стать доступная пропускная способность.

Кроме того, нужны простые системы управления мобильными станциями в области производства и логистики. Базовые решения уже существуют (IEEE 802.11a/b/g), ведется разработка устройств нового поколения, способных отвечать повышенным требованиям к постоянной готовности. И даже если для этого радиоинженерам снова потребуется использовать весь свой опыт, исходить следует из того, что детские болезни все же будут излечены.

Райнер Шмидт — менеджер по продуктам в области кабельных сетей в компании HartingICPN (Industrial Communication and Power Networks). Кроме того, он является сотрудником комитета VDE-DKE GUK 715.3 и рабочей группы, занимающейся промышленными кабельными сетями.

© AWi Verlag

Таблица 2.