Изграждане на LonWorks мрежи
Начало > Автоматизация > Статии > Сп. Инженеринг ревю - брой 9, 2008
Процесът е определящ за безпроблемната експлоатация на мрежата
режовата технология LonWorks бе разгледана сравнително подробно в бр. 3/2008 г. на списание Инженеринг ревю. В статията, която публикувахме тогава, бяха изяснени основните понятия в областта, като стандартни типове мрежови променливи (SNVT), протоколът LonTalk, седемте слоя на LonWorks мрежата (съгласно модела OSI), чиповете Neuron, йерархията и капацитетът на мрежата. Водени от провокирания читателски интерес, в настоящия брой на списанието продължаваме темата, опитвайки се да задълбочим информацията за LonWorks, като разгледаме някои аспекти на практическото приложение на тази автоматизационна технология.
LonWorks като отворена система
Проектирането на една отворена система изисква много повече от елементарен избор на LonWorks устройства. Въпреки внедряването на технологията в различни продукти, тя продължава да бъде трудна за специалистите по отношение на проектирането на едно наистина отворено решение за съвместна работа на разнообразни компоненти. Основната причина за това е традиционният подход, използван в концептуалното изграждане на проекти за контрол. И в момента значителна част от тях продължават да се реализират като съвкупност от многобройни изолирани подсистеми. Голям дял от проектите за сградна автоматизация, изглеждащи като цялостни решения, в действителност са изградени от отделни фракции, в съответствие с исторически развиваната им структура.
Технологичният напредък е от водещо значение за развитието на системните архитектури, включително и на системите за управление. В последните 20 години централните главни компютри постепенно бяха заменяни от разпределени процесни устройства, представляващи миникомпютри, свързани чрез локална мрежа. Те, от своя страна, бяха изместени от разпределени мрежи (peer-to-peer), изградени на базата на мощни персонални компютри. Ключът към пазарния успех на всяка нова генерация от продукти за информационни системи е възприемането им като индустриални стандарти за микропроцесори, комуникационни протоколи, операционни системи и други хардуерни или софтуерни блокове. Тези стандарти позволяват на множество производители да произвеждат в големи обеми хардуерни или софтуерни продукти, които са пригодени за съвместна работа. Следователно, продуктите им могат да бъдат комбинирани, според спецификите на всяко приложение, без да е необходимо разработването на специфичен хардуер, програмно осигуряване или инструменти.
Именно такава е била идеята при разработването на LonWorks - да бъде разработен отворен стандарт за всички производители, да се превърне в платформа, способна да носи промените в архитектурите на управляващите системи и, не на последно място, да замени патентованите, централизирани системи със свободни, високоразпределени системи, позволяващи съвместна работа.
Разпределение на логиката между устройствата
На фиг. 1 е показана логическата концепция в изграждането на LonWorks мрежи. Изграждането на високоразпределена мрежа от тип peer-to-peer е най-мощният и същевременно икономически изгоден модел за създаване на управляваща система.
На първо място, физическото изпълнение включва изграждане на средата за пренос, която е своебразен гръбнак на системата. Най-важните й точки се намират на върха на фиг. 1, където са разположени работните станции. Те имат достъп до всяка точка в устройствата, без да е необходимо да преминават през специализиран порт (gateway) с лицензиран достъп. Ако показаната структура бъде пренесена като модел за изграждане на управляваща архитектура, резултатът ще бъде по-ниска цена и по-адаптивна система.
От системните инженери се изисква да използват този нов модел и да умеят да разпределят логиката на управление върху цялата мрежа. Все повече отпадат изискванията за използване на високобюджетни йерархични контролери. В една добре проектирана отворена система не съществува централизиран контролер. Например, LonWorks устройствата комуникират с останалите елементи на системата, използвайки LonWorks протокол, независимо от средата за пренос. Както бе посочено в предишната статия, тя може да бъде усукана двойка, променливотоковата захранваща мрежа, оптически кабел, радиочестотен или инфрачервен канал. Всяко от устройствата притежава своя опростена приложна програма, така че управляващата логика е разпределена върху цялата система. Използването на всяко от устройствата се настройва, според желанията на потребителя, чрез задаване на съответни конфигурационни свойства. По принцип, всеки сензор или изпълнителен механизъм би могъл да бъде LonWorks устройство, но на практика се е наложил по-добър в ценово отношение метод. Той се състои в това устройствата да се групират в малки набори от входно/изходни точки, когато са физически близо или са част от обособен контур за управление.
Аргументи срещу отворените системи
Един от най-често използваните аргументи срещу архитектурата на отворените управляващи системи е необходимостта от високоскоростен "гръбнак" за трансфер на информацията. Често управляващата система се проектира на базата на вече остарял модел, а именно цялата информация се събира в голяма "черна кутия" и след това се трансферира навсякъде в мрежата. Но дори и правилно проектирани, някои системи от този тип се нуждаят от информационен трансфер, по-голям от 1 мегабит за секунда. Една LonWorks система може да осигури такъв информационен обмен. Един добър мрежов протокол би трябвало да изпраща къси, стегнати съобщения, които се трансферират единствено когато е необходимо. Съобщенията се "виждат" само вътре в групата на контролното устройство, в която са изискани. По този начин информационният обмен става много по-ефективен.
Действителните условия, които трябва да се разгледат при вграждане на комуникационни протоколи в управляващи системи, са:
Използване на съществуващата комуникационна инфраструктура. Добри възможности за проектанта предлагат наличието на коаксиални кабели, оптически влакна или усукани двойки. На практика се използва малък процент от възможната им честотна лента.
Увеличаване на дистанциите при обмена на информация. Днес IP мрежите обхващат цялата планета. Те имат ресурса да трансферират огромни обеми от информация между кои да са точки на Земята. Когато архитектурата на една LonWorks се разпростира върху силно отдалечени обекти, използването на IP комуникациите и съответстващите им протоколи е наложително.
Използване на съществуващата организация на механизмите за трансфер на информация. Хората днес се нуждаят от повече информация, за да вземат съответното управленско решение. Поради това е важно управляващата система да бъде проектирана така, че да осигурява данни от устройствата на входно/изходното ниво до мрежата на бизнес нивото.
Чрез показаната на фиг. 1 разпределена архитектура за управление, потребителите могат да използват високоскоростна среда за пренос като средство за транспортиране на LonWorks съобщенията. Но те, също така, могат да използват и общодостъпни начини за трансфер на информацията, например
IP - Internet Protocol
Както е показано на фиг. 2, системата използва рутери между каналите за пренос.
Рутерите i.LON 1000 преобразуват и привеждат LonWorks пакетите в IP пакети и обратно. За да обясним действието на този механизъм, нека си представим адресираните LonWorks пакети като традиционно пощенско писмо. Нека листът на писмото представлява съобщението (т.е. полезната информация). А пликът, в който е поставен листът, е адресът на получателя или получателите. По този начин се пренася едно LonWorks съобщение. Когато, обаче, това съобщение трябва да се пренесе през IP мрежа, рутерът помества плика на писмото вътре в друг, по-голям плик с различен тип на адресиране. Пликът с IP адреса може да бъде пренесен навсякъде по световната мрежа, като получаващият рутер ще го разопакова и ще изпрати LonWorks писмото към устройството, за което е предназначен или към сегмент на локалната мрежа.
Описаният механизъм на пренос прави мрежата по-лесна за инсталиране, наблюдение, както и за откриване на неизправности и поддръжка. Вместо Интернет, би могла да се използва и VPN (virtual private network). Подходът е много полезен при изграждане на управляваща система не само за географски разпръснати обекти, но и при много големи заводи, спортни обекти, при контрол на околната среда и др.
Основни принципи за проектиране
Съвременните разбирания за една отворена мрежа за управление включват много повече от обикновена съвкупност от отворени устройства, т.е. такива, чието използване не е свързано със заплащането на лицензии. Потребителите на отворени системи изискват устройствата, които те са закупили от един производител да комуникират свободно с устройства от други доставчици. Освен това е необходимо и стандартизирано мрежово управление за инсталиране и поддръжка на устройствата. Такава мрежова операционна система, (NOS - Network Operating System), трябва да съдържа официално обнародвани интерфейси, които са общодостъпни, както и да има достатъчно голям брой производители на контролно оборудване, които да я използват. Към настоящия момент изискванията на пазара могат да се систематизират в следните групи:
l вградена интелигентност, гарантираща висока гъвкавост и надежност;
l мрежи за управление от типа peer-to-peer, обезпечаващи сериозно преимущество спрямо централизирани архитектури от типа master/slave;
l отвореността на системата, дефинирана по-горе, улеснява системните интегратори и крайните потребители при избора на конкретни устройства. Стремежът е да могат да се доставят най-добрите продукти и услуги за конкретното приложение, без страх от трайно обвързване с конкретен производител;
l пълен достъп до цялата системна информация, от която и да е точка на мрежата. Би могъл най-добре да бъде постигнат посредством стандартизиран протокол, използван навсякъде в системата;
l използване на LonWorks мрежи, които са се превърнали в платформа за изграждане на отворени системи за управление в сградната автоматизация и транспорта и бързо се разпространяват и в други сфери.
Традиционната структура за управление в много области е изградена на принципа на вертикални подсистеми
Всяка от тях притежава собствено окабеляване, управление и специфично обслужване. Преди години, комуникационната бариера между подсистемите е била преодолявана чрез допълнителни инженерингови усилия и усложнени интерфейси.
Образувалите се "острови" на автоматизация комуникират помежду си чрез помощни връзки, които позволяват на потребителите да "виждат" отделните подсистеми, без да им се налага да се местят от един компютър на друг. На фиг. 3 е показан пример за такава система и тя е традиционна като изпълнение в много сфери. Системата не е отворена, съгласно вече дадените дефиниции. В действителност, във всеки “остров” може да има отворени устройства, но комуникацията или конфигурирането им от друг “остров” е далече от разбирането за непрекъснатост.
Вижте още от Автоматизация
Новият брой 5/2024
