Наличие большого количества стандартов, на первый взгляд, осложняет задачу построения структурированной проводки для автоматизации промышленного предприятия. Однако пользователь может обратиться к стандарту ISO/IEC 24702, наличие которого создает все условия для построения адекватной сетевой инфраструктуры на производстве, причем она оказывается не сложнее, чем
офисная.

В основу сетевой инфраструктуры промышленного предприятия положена технология Ethernet, поскольку она успешно справляется с функциями транспортной платформы и позволяет объединить в общую систему все приложения конкретного предприятия. Обязательным условием для этого является четкое структурирование всех производственных процессов. Между тем, само приложение может находиться как в офисной среде, так и в производственной зоне. В результате благодаря сети достигается необходимая степень прозрачности и интегрированности предприятия несмотря на то, что условия окружающей среды в цеху и офисе отличаются весьма существенно.

В отношении кабельной проводки промышленного назначения необходимо обязательно учитывать различия в условиях окружающей среды. Данное обстоятельство нашло отражение в стандарте ISO/IEC 24702, который был ратифицирован в конце 2006 г. Его практическое внедрение позволяет отказаться от всех частных решений в пользу единой кабельной среды передачи.

Прототипом ISO/IEC 24702 стал стандарт ISO/IEC 11801, что обеспечило возможность передавать по нормируемой им проводке сигналы всех систем Ethernet и полевых шин. Нормативный документ определяет универсальную, не зависящую от приложения проводку, а также все классы и категории — от Категории 5/Класса D до Категории 7/Класса F. Сформированный таким образом тракт передачи информации наилучшим образом пригоден для различных вариантов технологии Ethernet.

Первоначально стандарт ISO/IEC 11801 был задуман как своеобразная надстройка над другими телекоммуникационными стандартами, однако с течением времени стало ясно, что он прекрасно подходит в качестве целевого решения для поддержки всех приложений Ethernet, в том числе Fast Ethernet, Gigabit Ethernet и 10 Gigabit Ethernet. Ни одна кабельная система, которая используется как в офисе, так и на производстве, не осталась им неохваченной. Это также является одной из причин того, что все полевые шинные системы «на базе Ethernet» опираются на положения стандарта ISO/IEC 11801. Тем не менее, к выражению «на базе» следует относиться с определенной осторожностью: оно может маскировать несовместимость с Ethernet. Ко всеобщему удовлетворению, международный стандарт ISO/IEC 24702 уже переводится в европейскую норму EN 50173-3, причем эта работа должна была быть завершена к концу 2007 г.

Наряду со своей основной функцией по созданию единой среды передачи стандарт ISO/IEC 24702 содержит ряд важных положений, облегчающих внедрение структурированной проводки в производственных помещениях. Применительно к промышленному предприятию это выражается в следующем:

  • проводка, описываемая в новом стандарте, доводится до места установки станка или непосредственно до станка и иного аналогичного устройства;
  • нормативный документ определяет в качестве тракта передачи такую структуру, которая может эксплуатироваться в условиях промышленного предприятия;
  • стандарт содержит спецификацию разъемных соединителей и кабелей;
  • условия окружающей среды рассматриваются с привлечением концепции MICE.

ТРАКТ ПЕРЕДАЧИ ВПЛОТЬ ДО СТАНКА

Конечной точкой промышленной проводки, согласно стандарту ISO/IEC 24702, могут быть область автоматизации (Automation Island) и станок (Apparatus). Под областью автоматизации понимается сеть, которая развернута вокруг станка, расположенного в производственном цеху, причем данная сеть подключается к системе автоматизации предприятия посредством промышленной структурированной проводки. В стандарте описана также проводка между отдельными областями автоматизации.

Специалисты до сих пор не дали четкого определения этого сегмента кабельной системы. Если исходить из того, что речь идет о сети между станками и производственными модулями, которые вместе составляют заводское оборудование, то в результате выстраивается трехуровневая структура деления сетевых приложений непосредственно в производственной зоне. Отдельными компонентами подобной структуры являются здание (производственное помещение), оборудование (проводка между отдельными областями автоматизации) и станок (собственно область автоматизации).

В том случае, если станок представляет собой конечную точку кабельной системы, то «проводка между отдельными областями автоматизации» превращается в сеть, объединяющую отдельные устройства. Теоретически последние могут находиться даже внутри станка. В подобной ситуации проводка, выполненная согласно стандарту ISO/IEC 24702, охватывает всю производственную зону, то есть здание, оборудование и станок, а ее положения применимы ко всей сети.

ТРАКТЫ НА ВСЕ СЛУЧАИ ЖИЗНИ

В случае промышленной проводки простейший — и наиболее излюбленный — тракт передачи соединяет два устройства и образован кабелем, на обоих концах которого находятся вилки разъемных соединителей. Согласно ISO/IEC 11801 разъем на устойстве не включается в состав тракта передачи информационного сигнала, в результате чего в промышленном стандарте появилось любопытное определение «бесконнекторный». Кроме того, стандартом нормируется большое количество более сложных структур, точки соединения которых находятся в коммутационных шкафах или расположены перед транспортерами (см. Рисунок 1). Наличие подобных трактов позволяет решать основные задачи автоматизации промышленного производства и без излишних сложностей прокладывать проводку для Ethernet в разных условиях окружающей среды. Важным является то, что ни один из профилей автоматизации не требует применения дополнительных структур промышленных трактов кроме тех, которые описаны в стандарте.

СПЕЦИФИКАЦИЯ РАЗЪЕМНЫХ СОЕДИНИТЕЛЕЙ

Когда отдельные компоненты системы автоматизации, установленной на производственной территории, находятся вне защитного шкафа, они должны быть изготовлены с учетом устойчивости к воздействию окружающей среды. Комитет по стандартизации, в ведении которого находится ISO/IEC 24702, нормирует специальное исполнение разъемного соединителя для применения в условиях промышленного предприятия. Различные компании из нескольких стран представили 12 вариантов подобного разъема, и в результате был выбран вариант 4. Его создателем является компания Harting, а сам соединитель реализует схему линейного подключения вилки к розетке (схема push-pull). Он прост в применении и весьма надежен, чем и привлек внимание комитета. Разъем можно подключать непосредственно к полевой шине. Конструкция соединителя позволяет использовать его как с разъемами RJ45, так и в оптических трактах с разъемами LC (см. Риснуок 2). Подобное свойство весьма привлекательно с точки зрения реализации единой коммуникационной платформы.

Рисунок 2. Соединители стандарта ISO/IEC 24702 со схемой линейного подключения.

Таким образом, для всех приложений подходит одна разновидность соединителей, удовлетворяющая всем промышленным требованиям.

КОНЦЕПЦИЯ MICE

Концепция MICE открывает возможность более точной классификации структурированной проводки с точки зрения ее устойчивости к вредным воздействиям окружающей среды. Эта аббревиатура указывает на учет механических (М) влияний, защиты от проникновения (I — от англ. Ingress), климатических (C) и электромагнитных (E) воздействий.

Все параметры делятся на три уровня (см. Таблицу 1). Жестким промышленным условиям, характерным для кузовного производства автомобильных заводов, отвечают условия MICE-3. Тракт передачи информации, который организуется непосредственно в области расположения приводного механизма, описывается как M2I3C2E3. Индекс M2 означает устойчивость компонента к воздействию ударных нагрузок с ускорением 100 м/с2 и вибрациям с амплитудой 7 мм при ускорении 20 м/с2. Индекс I3 присваивается компоненту, чья защита от погружения в воду и воздействия брызг соответствует уровню IP67/65. Испытания с присвоением индекса С2 проходят компоненты, предназначенные для эксплуатации при температуре окружающей среды от -25 до +70°С и относительной влажности воздуха в интервале от 5 до 95%. Это означает, что они прекрасно защищены от воздействия сконденсированной влаги. Концентрация масла не превышает при этом 5 промилей. Условия, которые характеризуются индексом Е3, соответствуют напряженности электрического поля от 3 до 80 В/м в частотном диапазоне до 1000 МГц при измерениях данного параметра по стандарту IEC 61000-2-5.

Таблица 1. Классификация условий окружающей среды в непосредственной близости от приводных механизмов согласно концепции MICE в той форме, которая задана информационным приложением F к стандарту ISO/IEC 24702.

Концепция MICE должна рассматриваться как некий компас, помогающий ориентироваться в различных условиях промышленного предприятия. Введение данной концепции заметно облегчает выполнение проектных работ и выбор элементной базы. Стоит, однако, предостеречь пользователей от возможного заблуждения, поскольку классификация условий окружающей среды относится только к влияющим воздействиям. Соответствие условиям эксплуатации гарантируется только в том случае, если для компонента кабельного тракта, например, разъемного соединителя, разработана спецификация по тестированию его характеристик. В подобном документе должны быть описаны методы проверки пригодности конструкции разъема для использования в условиях окружающей среды, характиристики которой выражаются MICE-3. В настоящий момент таких спецификаций не существует.

Из этого вытекает, что обоснованно декларировать соответствие продукции на компонентном уровне требованиям MICE не представляется возможным. Таким образом, нанесение маркировки MICE на отдельные компоненты промышленной проводки просто вводит заказчика в заблуждение, так как приписывает, например, разъемному соединителю те свойства, которыми он в действительности официально не обладает. Тем не менее, наличие подобной классификации очень полезно, а содержащиеся в ней параметры могут использоваться в качестве надежных ориентиров.

ТОПОЛОГИЯ ПРОВОДКИ В ОБЛАСТИ АВТОМАТИЗАЦИИ

В отличие от более высоких уровней промышленной кабельной инфраструктуры на конкретную топологию проводки в области автоматизации очень сильно влияет конструкция отдельного станка или концепция конкретного производственного модуля (см. Рисунок 3). Наряду с иными конструкциями разъемных соединителей используется построение сети в форме гибридной звезды, с помощью которой конечная точка одновременно подключается по Ethernet и получает питание от источника постоянного тока напряжением 24 В. Некоторые производители, например те, что выпускают оборудование для изготовления различных пластмассовых изделий, предлагают собственные концепции, идеология которых оптимальным образом согласована
с их продукцией.

Если бы автор проекта автоматизации имел возможность рассматривать в рамках концепции построения информационной проводки серийное технологическое оборудование, то заниматься таким планированием для конкретного здания уже не пришлось бы. На уровне проекта автоматизации каждый станок представляет собой отдельный блок, который с помощью стандартного разъема подключается
к общей системе. Отдельные нормы для кабельной системы между областями автоматизации ничему не мешают. Подобная проводка для конкретных областей применения описана в стандарте IEC 61918, отдельные профили автоматизации нормирует другой документ: IEC 61784.

Даже первичный анализ стандарта IEC 61918 показывает, что его действие не ограничивается только областью автоматизации — его положения нормируют и проводку, соединяющую различные области автоматизации. Таким образом, в перспективе появляется два документа. Стандарт общего применения задает достаточно жесткие ограничения по номенклатуре допустимых компонентов. Второй документ описывает специфическую схему инсталляции для всех профилей автоматизации. В обоих случаях информационный обмен осуществляется по одинаковой схеме, поэтому подобное дублирование ничем не оправдано.

Основная доля профилей автоматизации на базе технологии Ethernet опирается на положениях стандарта ISO/IEC 11801. Профили сетей наподобие Profinet и Ethernet IP вполне могут использовать промышленную структурированную проводку в тех ситуациях, когда конкретное приложение не предназначено для работы в реальном масштабе времени. В случае высокопроизводительных приложений, таких как Motion Control, доля которых, однако, не превышает 20% в общем объеме всех инсталляций, необходимо учитывать специфику конкретного профиля.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящее время рядовому пользователю крайне затруднительно выбрать среди множества кабельных систем необходимый ему продукт. Стандарт ISO/IEC 24702 указывает ему путь создания всеобъемлющей и непротиворечивой коммуникационной платформы на производстве. Специализированная проводка в об-ласти автоматизации может создаваться с привлечением положений стандарта IEC 61918 и интегрироваться с более высокими уровнями промышленной кабельной системы.

Андреас Хуманн — директор по стратегическому маркетингу подразделения промышленной коммуникации и силовых сетей компании Harting Electric.

© AWi Verlag