Модернизация автоматизированных систем управления

На различных предприятиях, службы эксплуатации технологических установок на базе автоматизации и электроприводов фирмы SIEMENS, пущенных в эксплуатацию в 80-х - начале 90 годов, сталкиваются с трудностями в обеспечении запасными частями и в связи с физическим старением оборудования. Невозможность своевременной и оперативной замены компонентов систем управления повышает риск незапланированных простоев с последующими экономическими последствиями. Замена на новую элементную базу связана не только с большими затратами на модернизацию, но и в большей степени, со значительными экономическими потерями в результате остановки производства для ее проведения.

Специалистами НПО ДОНИКС выполнена разработка пошаговых методик модернизации электроприводов и систем автоматизации на элементной базе SIEMENS в условиях действующего производства с минимальными экономическими потерями. Методики разрабатывались и были использованы для применения на  реальном объекте – прокатном стане, и могут быть использованы для модернизации любых других объектов, автоматизация которых была выполнена на элементной базе SIEMENS.

В 2002 году компания Siemens AG официально объявила о прекращении дальнейшего производства контроллеров семейства SIMATIC S5 и информационных сетей обслуживающих данную серию контроллеров – SINEC H1, DUST 6, SINEC L1.  На всех предприятиях использующих данную технику возникла проблема дальнейшей ее эксплуатации. С момента окончания производства этих комплектующих, цены на них неуклонно растут и возникают проблемы с невозможностью поставки определенных типов изделий вообще. В то же время, длительная эксплуатация дает о себе знать вынужденными простоями технологического оборудования, приводящими к значительным экономическим потерям.

На проволочном стане технологическая сеть построена на основе толстого коаксиального кабеля по стандарту 10BASE-5,  AUI-трансиверов и AUI коммутаторов.  (Смотри рисунок 1)

Рисунок 1 – Часть примерной структуры многосегментной сети Ethernet проволочного стана построенной с применением технологии 10Base-5

К недостаткам сети на базе толстого коаксиального кабеля стоит отнести:

• высокую стоимость кабеля,
• при повреждении кабеля или плохом соединении происходит останов работы всей сети,
• необходимо заранее предусмотреть подводку кабеля ко всем возможным местам установки компьютеров, ввиду сложной расширяемости сети.

Так как разъемные соединения сетевого оборудования установленного на проволочном стане находятся в эксплуатации длительное время, то, учитывая особенность технологии работы сети, отсутствие контакта в одном из мест влечет за собой остановку всей сети и как следствие всего технологического оборудования стана.

Наличие вычислительной сети 10BASE-5 затрудняет развитие средств АСУ ТП на объектах, где она установлена, ввиду ее малой пропускной способности, проблемами с расширяемостью сети и отсутствия сетевых адаптеров с интерфейсом AUI на борту современных средств автоматизации.

Эксплуатационные характеристики систем управления отныне определяются не только программируемыми логическими контроллерами, но также в сильной степени зависят от окружения, в котором они находятся. И кроме средств визуализации, управления и контроля здесь также подразумевается высокопроизводительная система связи.

НАШИ ПРЕДЛОЖЕНИЯ

Для повышения надежности работы существующего технологического оборудования и обеспечения возможности дальнейшей модернизации систем автоматического управления стана, первым этапом по модернизации, предлагаем произвести замену технологических сетей проволочного стана на современные.

Предлагаем коммутируемую, дуплексную, резервированную со скоростной реконфигурацией Fast Ethernet - коммуникационную сеть для промышленного применения предназначенную для работы на уровне локальных станций и производственных участков, с использованием немодулированной передачи данных, базирующаяся на стандарте IEEE 802.3. Сеть может работать при скорости передачи 10/100 Мбит/с с использованием волоконно-оптического кабеля и экранированной витой пары. Обобщенная структура кольцевой резервируемой дуплексной сети представлена на рисунке 2.

Предполагается внедрить коммутируемую сеть с использованием управляемых коммутаторов, которые предназначены для построения линейных, звездообразных и кольцевых структур сети Industrial Ethernet со скоростью обмена данными 10/100 Мбит/с.

Они обеспечивают электрическое или оптическое подключение станций или сети в соответствии с типами встроенных портов различных типов коммутаторов. Коммутаторы имеют широкие диагностические функции, встроенный WEB сервер, возможность резервированного питания, позволяют быструю замену вышедших из строя приборов без повторного конфигурирования системы.

Рисунок 2 – Обобщенная структура современной дуплексной оптической управляющей сети на базе комплектующих фирмы SIEMENS AG с кольцевой топологией

Ограничения по длине каналов связи (без повторителей): для витой пары –100метров, для многомодового оптического волокна – 3 км.

Внедрение технологии коммутируемых сетей позволит:

• использовать  один коммутатор для временного соединения нескольких пар подсетей;
• с помощью механизма фильтрации данных с использованием MAC адресов терминалов Ethernet сохранять локальные потоки данных локальными, (через коммутаторы передаются только те данные терминалов, которые адресованы в другие подсети);
• существенно увеличить количество подключаемых терминалов по сравнению с обычными сетями Ethernet;
• ограничить количество передаваемых ошибок из обслуживаемой подсети.

Несмотря на более высокую степень сложности, технология коммутируемых сетей обладает целым рядом преимуществ по сравнению с технологией использования повторителей:

• возможность формирования подсетей и сетевых сегментов;
• увеличение пропускной способности и увеличение производительности сети;
• простые правила конфигурирования сети;
• применение топологий, включающих до 50 коммутаторов и увеличение протяженности сети до 150км без существенного увеличения задержки распространения сигналов;
• неограниченное расширение сети за счет подключения новых доменов/подсетей;
• простое расширение существующих сетей.

Дуплексный режим работы сети:

·         позволяет избегать конфликтных ситуаций в процессах приема и передачи данных;

·         пропускная способность сети существенно возрастает, поскольку исчезает необходимость в повторной передаче одних и тех же телеграмм;

·         каждая сетевая станция способна одновременно передавать и принимать данные.

В результате пропускная способность сети Fast Ethernet возрастает до 200Мбит/с.

Примерный фрагмент предлагаемой структуры новой сети Ethernet представлен на рисунке 3. Переход на новую сеть, предполагается осуществлять в технологические паузы без замены существующего оборудования. Подключение к существующему оборудованию с AUI интерфесом планируется осуществить с помощью трансиверов RJ-45 – AUI подключаемых непосредственно к разъему AUI управляющего контроллера или к AUI разъему сетевой карты на рабочей станции.

Рисунок 3 – Фрагмент примерной структуры новой управляющей сети

Существует возможность оставить старую сеть SINEC H1 в качестве резервной.

Ориентировочно проектирование, монтаж, наладка и переход на новую сеть может занять до 6 месяцев.