Sieci stosowane w automatyce i Ethernet

Każdy czytelnik Control Engineering zdaje sobie sprawę z rosnącego wpływu sieci Ethernet na systemy automatyki oraz z faktu, że spora część tego wpływu opiera się na solidnych podstawach ekonomicznych. O wiele niższy koszt kabli i kart sieciowych, narzędzi do analizy sieci i oprogramowania do zarządzania siecią czyni z Ethernetu główny komponent większości systemów automatyki. Użycie Ethernetu jako sieci automatyki zmienia sposób sterowania, zarządzania i utrzymywania naszych sieci.

Sieci automatyki zawsze były systemami typu point-to-point, opartymi na pętlach 4-20 mA lub bezpośrednich sygnałach prądu stałego (dc). Wielki krok naprzód w technologii sieci cyfrowych stanowiło przejście na linie wielopunktowe, w których więcej niż jedno urządzenie może korzystać z tej samej linii. Niestety, używając standardowego Ethernetu cofamy się w rozwoju. Sieci Ethernet 10 Base-T i 100 Base-T nie są wielopunktowe, ale kaskadowe o topologii gwiazdy. Każde urządzenie komunikuje się ze switchem lub koncentratorem, a switche z innymi switchami. Jedną z zalet Ethernetu jest niski koszt switchów. Na dodatek większość z nich może obsługiwać zarówno urządzenia działające z prędkością 10, jak i 100 MB/s. Ze względu na tę topologię w typowej sieci przemysłowej funkcjonuje wiele koncentratorów i switchów. Pojedyncze kable kładzie się na duże i średnie odległości, a na końcach znajdują się małe sieci o topologii gwiazdy dla urządzeń zlokalizowanych blisko siebie.

Na tym polega różnica w stosunku do większości informatycznych sieci Ethernet, okablowanych podobnie jak sieć telefoniczna, gdzie każde urządzenie podłącza się do wielkiego urządzenia centralnego. Działy informatyki używają takiej topologii, aby uprościć zarządzanie siecią, zapewnić łatwy dostęp do switchów i pozwolić na szybką rekonfigurację sieci.

Przemysłowa sieć Ethernet z wieloma rozproszonymi switchami nakłada więcej wymagań na obsługę. Większość koncentratorów i switchów musi być zarządzana, co oznacza zdalne sterowanie. W związku z tym nie możemy, niestety, posłużyć się 8-portowym, 10–100 MB switchem kupionym za ok. 29 USD w lokalnym supermarkecie. Potrzebujemy zarządzanych koncentratorów, switchów i oprogramowania do zarządzania siecią.

Taka topologia sieci wymaga innego podejścia do obsługi i stawia nas w obliczu ważnego pytania: kto jest właścicielem sieci automatyki – dział informatyki czy dział automatyki? Właściciel sieci odpowiada za prawidłowe funkcjonowanie urządzeń sieciowych i należytą konfigurację okablowania, mimo iż wiele podłączonych do sieci urządzeń to nie standardowe serwery czy stacje robocze.

W wielu firmach odpowiedź na postawione pytanie brzmi: właścicielem sieci i urządzeń sieciowych jest dział informatyki. Może to być jednak recepta na katastrofę, jeśli dział automatyki staje się właścicielem aplikacji sterujących. Wiele awarii systemów nie jest konsekwencją uszkodzenia pojedynczego elementu, ale braku współpracy między komponentami. Na dodatek zmiany w jednym elemencie, choć wprowadzone poprawnie, mogą powodować awarie w pozornie niezwiązanych obszarach. Gdy standardowych sieci informatycznych używa się w zastosowaniach
automatyki, potrzebują one innej organizacji niż typowa struktura pomocy technicznej w informatyce. Aplikacje automatyki są gęsto połączone i często ściśle związane z systemem operacyjnym oraz urządzeniami sieciowymi. W standardowym dziale informatyki funkcjonują odrębne grupy pomocy technicznej dla serwerów, sieci i aplikacji.

Obsługa systemów automatyki opartych na Ethernecie wymaga utworzenia zespołu specjalistów do spraw aplikacji, do spraw sieci i serwerów. Muszą oni pracować wspólnie nad rozwiązaniem każdego istotnego problemu i aby byli efektywni, powinni być zarządzani centralnie. Konwencjonalne podejście sytuuje zespół pomocy technicznej w dziale informatyki, ale lepszym rozwiązaniem jest umieszczenie go w dziale automatyki. Jeżeli prawidłowa i bezpieczna praca zakładu bazuje na niezawodności sieci i urządzeń sieciowych, ludzie za nie odpowiedzialni muszą posiadać zasobypozwalające im na zapewnienie poprawności i bezpieczeństwa działania systemu. Oddzielenie obsługi technicznej sieci od obsługi aplikacji automatyki nie wydaje się odpowiednią strategią zagwarantowania pomocy technicznej.

Włączenie sieci Ethernet do systemów automatyki wymaga przejęcia przez organizację pomocy technicznej odpowiedzialności za cały system automatyki, włącznie z aplikacjami, serwerami, sieciami, koncentratorami, switchami i wszelkimi innymi urządzeniami podłączonymi do sieci.

dbrandl@brlconsulting.com