Стандартът ISA100.11а
Начало > Автоматизация > Статии > Сп. Инженеринг ревю - брой 1, 2010
Отворен, общодостъпен, усъвършенстван стандарт за индустриални безжични измервания
Все по-широкото навлизане на безжичните мрежи и разработените на тяхна база приложения в съвременните производствени предприятия е обусловено от водещия пазарен механизъм – на търсенето и предлагането. Предимствата на безжичните измервания отдавна надхвърлят отпадането на разходите за окабеляване, поддръжка и дълъг процес на проектиране и внедряване, като позволяват реализацията на доскоро невъзможни приложения и технически решения. Логично, огромната пазарна ниша предизвика интереса на водещи производители на полево оборудване и свързаната с това необходимост от използване на единен стандарт. Важно е да се разработи унифицирана, безжична, преносна среда за обслужване както на аналоговите измервания, така и на широко използваните и разнообразни цифрови полеви мрежи като Modbus, Fieldbus, HART, Profibus, DeviceNet, ControlNet и редица мрежи със собствени протоколи. Допълнителните изисквания към този стандарт са в посока осигуряване на дълъг живот на батерията, минимално време за сканиране, възможности за гъвкаво управление, висока надеждност и защитеност на комуникацията и мащабируемост на безжичните решения.
Многофункционален стандарт за индустриални измервания
Стандарт, който отговоря на тези големи очаквания е наскоро одобреният с усилията на Международното сдружение по автоматизация (International Society of Automation – ISA) - ISA100.11а. Той е многофункционален стандарт за индустриални измервания, който осигурява надежден и защитен безжичен пренос за множество приложения - от обикновено наблюдение на процесни променливи до управление на големи контури. Стандартът дефинира безжична преносна среда за едновременно обслужване на различни протоколи, полеви мрежи и приложения към съществуващи и нови кабелни контролни и управляващи системи.
Реализацията на ISA100.11а включва стек за безжична комуникация, системно управление, входна точка към контролната система и дефиниции за сигурност, позволяващи надеждна и защитена безжична свързаност със стационарни, преносими и движещи се полеви измервателни устройства. Обхватът на приложение на ISA100.11 е илюстриран във фиг. 1. Структурата на стандарта е показана на фиг. 2.
Обхват на ISA100.11a
Стандартът поддържа основни и тунелирани нива на потребителските приложения. Те също са стандартизирани с възможност за прикачване на разширения. Предлагат се множество транспортни услуги като мрежовото и транспортното ниво са базирани на ТСР или UDP/Iv6. Безжичният пренос е базиран на DSSS технология, като физическото ниво и МАС поднивото са дефинирани в зависимост от изискванията на IЕЕЕ 802.15.4.
Обхватът на ISA100.11a включва:
- Разрешени мрежи: радио пренос, Ethernet и полеви мрежи;
- Архитектура – звездообразна, дървовидна, всеки със всеки, алтернативно рутиране;
- Организация и специфициране на сигурността;
- Точки за връзка към контролната мрежа и маршрутизатори;
- Управляващи системни функции;
- Поддръжка на масови протоколи, като FieldBus, ProfiBus, HART и т. н.
- Не е необходимо за всеки полеви протокол да се създава отделен стандарт за безжичната му версия - WirelessFieldBus, WirelessProfiBus и WirelessHART.
Системната архитектура на стандарта е показана на фиг .3.
Широки възможности на поддържаните технологии
Използваните технологии като Mapping и Tunneling, позволяват в рамките на една универсална безжична инфраструктура да се обслужват всички полеви мрежи и протоколи. Не се налага изграждане на отделни мрежи с отделни изходи и преносна среда в ограничен честотен ресурс, както и наемане на различни специалисти по поддръжката им.
Посредством стандартна ISA100.11a опорна мрежа е възможно свързването на който и да е сензор, към който й да е възел от мрежата. Стандартът позволява използването на ценово атрактивни нерутиращи устройства в безжичната мрежа, за случаите в които е възможна реализация за комуникация директно с рутерите на опорната мрежа. Включените технологии: Radio Agnostic, Subnets, Variable Time Slots и Peer to Peer Communications предоставят широки възможности и устойчива във времето концепция.
Сигурност и надеждност на мрежите
ISA100.11a използва 128 bit AES криптиране. Поддържа се специална функционалност за доказване на автентичността и конфиденциалността на информацията. Специален мениджър по сигурността се грижи за разпределянето и управлението на ключове за достъп до мрежата и между отделните устройства в нея. Данните се криптират на две нива – за данни и на транспортно ниво.
Възможността за създаване на мрежа чрез ретранслиране както на ниво сензори, така и на ниво опорна мрежа, резервираното системно управление и входни точки осигуряват множество алтернативни пътища за данните от полевите измервания към контролните системи. Загубата на който и да е рутиращ възел води до загуба само на текущата измерена стойност, докато системата напълно запазва своята производителност посредством набор от резервни пътища.
Съвместимост между устройства на различни производители
Съответствието със стандарта ISA100.11a гарантира възможността една и съща безжична система за индустриални полеви измервания да бъде изградена от устройства на различни производители. Всяко последващо разширение или подмяна на дефектирало оборудване също дава свободата да се избира оптималното към момента пазарно предложение, без изискване да се използват устройства от строго определени производители.
Например, в завод в Тексас успешно работи базирана на ISA100.11а система, изградена от продукти на водещи производители като Gastronics, Honeywell, Nivis, Wilson Mohr, Wireless Access Solutions и Yokogawa. Според коментари на експлоатационния персонал, съвместната работа на оборудването в комплекс с непрекъснато развитие и интегриране на нововъведения в ISA100 гарантира защитата на направените инвестиции.
Живот на батерията и показания в реално време
Доброто управление на разхода на енергия съвместно със стандартизирания интерфейс за приоритетно рутиране през опорната мрежа осигуряват дълъг живот на батерията на полевото оборудване. Възможността за адаптивно автоматично управление на мощността на предаване, съобразно изменението в статуса на ефира, дава възможност за допълнително пестене на батерия при запазване надеждността на измерванията.
Използването на опорната мрежа за връзка към контролните системи и технологии като TDMA/CSMA позволяват постигането на производителност на безжичните измервания, сравнима с тази на кабелните системи, с време за опресняване на показанията от 1 секунда. Част от останалите предимства на стандарта ISA100.11a са: разширяемост до хиляди сензори в обща мрежа, удобство при поддръжка на единствена мрежа за различни приложения, протоколи и измервания, както и отворен, световен, консенсусно базиран процес на разработка и усъвършенстване.
Бъдещо развитие на стандарта
Следващото издание на стандарта - ISA100.12, включва интегриране на WirelessHART, което ще позволи на потребителите вече използващи подобни устройства, да се възползват от предимствата на новия стандарт и съответстващите му продукти и решения. Този подход ще даде възможност да се защити HART интелектуалната собственост и да се продължи развитието на индустриалните безжични измервания на основата на отворен стандарт, общодостъпност и консенсусно-базирани решения.
Вижте още от Автоматизация
Новият брой 9/2024
