Построение промышленных коммуникаций на базе оборудования Korenix

В промышленной автоматизации в последнее время все большее внимании уделяется системам передачи информации. Задачи построения надежного информационного пространства возникают везде, где решаются задачи автоматизации. Построение сетей передачи данных, связь с датчиками и исполнительными механизмами, системы передачи данных на транспорте, системы видеонаблюдения - список можно продолжать бесконечно.

Рис. 1   Примерная структура сети промышленного предприятия

Рассмотрим некоторую абстрактную задачу построения информационной системы. На рисунке 1 представлена примерная структура сети для промышленного объекта. Действительно, какой бы объект мы не рассматривали, основой для получения информации являются, различные сенсоры и местные устройства управления. Это могут быть системы телеметрии на месторождениях, датчики на промышленном производстве, устройства контроля климата, видеонаблюдение в здании и так далее. В настоящее время сети датчиков в основном работают с использованием RS-протоколов, Ethernet на этом уровне представлен слабо. Отдельно надо сказать о сетях LON, широко используемых в автоматизации зданий, хотя и здесь Ethernet и RS-сети находят свое применение.

Следующий уровень - это сети устройств ввода-вывода и управляющих контроллеров, здесь соотношение начинает меняться в пользу Ethernet, хотя RS-сети по прежнему используются для связи контроллеров между собой. Получение информации от нижнего уровня в основном происходит по RS-сетям (аналоговые датчики в данной статье не рассматриваются). Еще выше находятся сети станций человеко-машинного интерфейса, здесь уже повсеместно используется Ethernet, как и в общезаводских сетях.
С данной моделью можно соглашаться или нет, но в любом случае Ethernet и RS-сети являются наиболее широко распространенными в объектах автоматизации.

Основные проблемы, возникающие при построении сетей передачи информации, можно разделить на две части - надежность оборудования и каналов передачи данных и совместимость различного оборудования, сред и протоколов.
На большинстве производств системный интегратор рискует столкнуться с несколькими установленными ранее сетями, построенными на оборудовании различных производителей, зачастую несовместимыми.
Возникает вопрос, что делать? Естественно вырисовывается два решения: первое это построить сеть заново, заменив существующий «винегрет» на оборудование одного вендора. Второе попытаться интегрировать существующие сети в создаваемую информационную систему.
И то и другое решение требует оборудования, которое может решить задачи по совместимости, обеспечивая при этом заданную степень надежности. При этом большинство промышленных предприятий неохотно тратят деньги на дорогое сетевое оборудование, предпочитая бюджетное решение.
Вырисовывается некоторый идеал вендора сетевого оборудования, который должен иметь широкий модельный ряд устройств, для решения различных задач, при этом оборудование должно обладать высокой надежностью, иметь возможности резервирования, совместимость с оборудованием других производителей и бюджетную цену. На первый взгляд звучит как утопия. Большинство компаний либо предлагают ограниченный функционал, например, только коммутаторы, либо не обеспечивают необходимого качества.
У большинства людей в голове лежит стереотип - дешево значит некачественно. В основном этот стереотип возник благодаря азиатским компаниям, в последнее время массово предлагающим коммуникационное оборудование, сомнительного качества. Однако, благодаря им же, этот стереотип начинает ломаться. Яркий пример, компания Korenix (Тайвань), официальным дистрибьютором которой на территории РФ является ООО «ПЛКСистемы». Рассмотрим оборудование Korenix в рамках портрета идеального вендора, нарисованного выше, и применительно к модели сети предприятия, представленной на рис1.

Датчики и исполнительные механизмы  – Для связи в единую сеть устройств RS-сети и передачи информации, как между ними, так и на верхние уровни по сетям Ethernet компания Korenix имеет в своем ассортименте несколько серий серверов последовательных устройств под общим названием JetPort. Основное их достоинство заключается в возможности подключения последовательных устройств, сколь угодно удаленных друг от друга, через сеть Ethernet. Сервера JetPort поддерживают туннелирование, что позволяет им связывать последовательные устройства между собой.
Таким образом, решается не только проблема подключения удаленных устройств, но и подключение последовательных устройств в сеть Ethernet. В серии JetPort представлены несколько моделей на различное количество портов, с поддержкой оптического Ethernet, WiFi, наличием дискретных входов/выходов. Серверы последовательных устройств семейства JetPort поддерживают самую высокую скорость обмена информацией по последовательному интерфейсу (460,8 kbps).
Все модели имеют промышленное исполнение, предполагающее использование в тяжелых условиях с повышенным уровнем вибрации, низкими температурами и высоким уровнем влажности. Старшие модели, оснащены дискретными входами/выходами, оптической изоляцией портов, системами резервирования связи и системами оповещения о неисправностях.
В случае, когда построение RS-сетей не требуется и речь идет только о преобразовании RS в Ethernet или совместимости различных RS протоколов, Korenix предлагает серию преобразователей JetCon.
Преобразователи интерфейсов JetCon предназначены для работы в системах, где требуется подключение и согласование между собой устройств оснащенных разными типами интерфейсов, а также в качестве удлинителей линий связи.
Так, конвертеры фирмы Korenix JetCon 2101 и JetCon 2101i служат непосредственно для преобразования интерфейсов RS-232 в RS-422/485, причем модель с литерой «i» оптически изолирована. Повторитель JetCon 2101ir позволяет увеличить максимальную длину линии связи на 1200 м. С помощью JetCon также решается задача совместимости различных сред передачи данных Ethernet. JetCon 2301-m и JetCon 2301-s преобразуют электрический Ethernet в многомодовое или одномодовое оптоволокно соответственно Как и JetPort, JetCon имеют промышленное исполнение с возможностью работы при низких температурах.
Отдельного внимания заслуживает серия устройств JetCard, представляющая собой серию мультипортовых плат расширения RS интерфейсов персонального компьютера. Платы производятся на базе высокопроизводительного микрочипа Oxford (OX16PCI954, OX16C954), что позволяет обеспечить скорость передачи до 921,6 Кбит/с, а автоматический аппаратный контроль потока и встроенный буфер типа FIFO емкостью 128 байт на каждый порт позволяют максимально снизить нагрузку на центральный процессор компьютера. Все платы JetCard оборудованы защитой от статического электричества (до 15 киловольт), а модели с символом "i" в маркировке – еще и оптической изоляцией каждого порта. JetCard рассчитаны на нормальную работу при температурах от -10 до +70 °C, а платы с литерой "w" предназначены для работы в еще более жестких температурных условиях.

Контроллеры и операторские станции – на этом уровне наиболее распространенной технологией является Ethernet. Соответственно основным оборудованием будут являться коммутаторы. Korenix предлагает несколько линеек промышленных коммутаторов под общим названием JetNet.
JetNet 2005 – пятипортовый неуправляемый коммутатор - бюджетное решение для применения в небольших сетях. Возможно исполнение с четырмя портами BASE TX и одним FX. JetNet 3000 – серия неуправляемых коммутаторов, поддерживаются технологии кольца Super Ring (JetNet 3505, JetNet 3508), Gigabit Ethernet (JetNet 3010G) имеют встроенные релейные выходы. В серию входят пяти и восьми портовые коммутаторы. В моделях с индексом «f» вместо одного порта BASE TX находится порт FX. JetNet 4000 – серия управляемых коммутаторов с поддержкой SNMP, RMON, QoS, VLan, IGMP. Встроенная система протоколирования событий и оповещения, в том числе по e-mail. Релейные выходы. Коммутаторы JetNet 4000 поддерживают патентованные технологии резервирования Korenix Super Ring и Dual Homing. В серию входят 5 и 8 портовые коммутаторы. Так же как и в младших сериях в моделях с индексом «f» один порт BASE TX замещается на FX. В 8-ми портовом коммутаторе JetNet 4008f замещаются два порта.
JetNet 5010G – старшая модель в серии коммутаторов JetNet. Эта модель появилась на рынке не так давно и полностью отвечает современным требованиям, поддерживая все новомодные технологии. Семь портов 10/100ТХ + 3 10/100/1000SFP. Поддержка технологий резервирования Rapid Super Ring, время восстановления кольца < 5мс и Dual Homing II. Поддержка SNMP, Web Browser, Telnet, Console Management. Два дискретных входа, два выхода реле сухого контакта. Зеркалирование портов. VLan, IGMP, E-mail, журнал событий.
Как видно из представленных коммутаторов можно построить сеть для любых задач. Не требуется особого интеллекта, не нужно резервирование каналов, тогда бюджетные серии 2000 и 3000. Необходимы управляемые коммутаторы, требуются возможности администрирования – 4000 серия. Для сложных задач построения, критических ко времени восстановления при сбоях сетей с гибкими возможностями управления и высокими скоростями, используется JetNet 5010G.
При этом все коммутаторы имеют промышленное исполнение, стойкость к пыли и вибрациям. Возможно низкотемпературное исполнение.

Вернемся теперь к проблеме надежности передачи данных. Естественно в первую очередь надежным должно быть само оборудование. Korenix уделяет большое внимание надежности своих изделий и имеет собственную тестовую лабораторию.

Например, устройства серии JetNet проходят испытания на защиту от электрических сбоев и на стойкость к вибрациям.

• Поддержка защиты от электрических сбоев между портами
  • До 1200 В у JetNet 5010G 3010G 4508
  • До 1500 В у JetNet 2005 1301
• Испытание на вибрации
  • 5~100Гц/Амплитуда1мм, 0.7G /90Мин. X.Y.Z. 6 осей
  • 3~50Гц/Амплитуда3.5мм,1.0 G/90Мин. X.Y.Z. 6 осей
  • 50G, продолжительность 11мс, X,Y,Z, 3 удара на ось (шок)
• Сертификаты
  • IEC 61000-2-32
  • IEC 61850-3
  • IEEE 1613
  • UL1604 Class I Div 2

Для защиты от потери информации Korenix предлагает несколько технологий резервирования. Кольцевые топологии Super Ring и Rapid Super Ring c повышенным временем восстановления, резервированное соединение колец Dual Homing II, Link Aggregation повышение пропускной способности и резервирование каналов между коммутаторами за счет соединения по нескольким портам.

Незатронутым остался вопрос совместимости с оборудованием других производителей, и вот тут в бочку меда добавится небольшая ложка дегтя. Отсутствие единых стандартов на оборудование промышленного Ethernet привело к тому, что большинство производителей используют свои технологии при построении кольцевых топологий. Говорить о совместимости тут очень тяжело. Тем не менее, Korenix в отличие от других производителей все-таки обладает некоторыми возможностями. Коммутаторы Korenix могут работать под управлением оборудования Cisco, также существует возможность работы в сетях Hiper-Ring компании Hirschmann, правда последняя возможность официально недокументированна, хотя и встречается в пресс-релизах Korenix.

На рис 2 показан пример сети предприятия, построенной на оборудовании Korenix.

Рис. 2  Сеть предприятия

Данный пример призван продемонстрировать возможность решения различных задач на оборудовании Korenix. Как видно из рисунка, оборудование обеспечивает связь последовательных устройств, их прямое подключение к местным станциям управления, передачу информации по сетям Ethernet, преобразование электрической среды передачи данных в оптическую, последовательных интерфейсов в Ethernet, различные технологии резервирования.

Еще одним моментом, на котором хотелось бы заострить внимание, является внимание компании Korenix к новейшим разработкам в сетевых технологиях. Так Korenix одним из первых представил на рынке коммутаторы c поддержкой PoE. В настоящий момент в линейке PoE коммутаторов представлено 4 модели как управляемых, так и неуправляемых коммутаторов, отличительной особенностью которых является возможность подключать по технологии PoE устройства мощностью до 30 Вт. Стандартно представленные на рынке PoE коммутаторы ограничивают подключаемые устройства мощностью в 15,4 Вт.

Новым продуктом также является серия JetBox, представляющая собой компактные промышленные компьютеры, для решения как отдельных вычислительных задач, так и задач управления сетью.

Последней инновацией, анонсированной буквально на днях, являются Ethernet модули ввода/вывода. Модули построены на основе RISC-процессора и в своей номенклатуре имеют аналоговый и дискретный ввод/вывод, ввод с датчиков измерения температуры и предназначены для работы по протоколу Modus/TCP в локальных LAN-сетях или через Internet.
Модули JetI/O 6500 в сети Ethernet одновременно могут проходить настройку (при помощи HTTP, Telnet, утилит Windows) и заниматься сбором данных и управлением в режиме реального времени. Наличие встроенного OPC-сервера с поддержкой протокола Modbus/TCP позволяет пользователю легко интегрировать JetI/O 6500 с любым OPC Modbus/TCP клиентом – к примеру, HMI/SCADA сторонних производителей.

Заключение: Вернемся к началу, где мы пытались нарисовать портрет идеального вендора и посмотрим насколько оборудование Korenix ему соответствует. Как видно из вышесказанного проблема совместимости и надежности оборудованием с успехом решается, остался вопрос цены. Вот тут Korenix оказывается позади конкурентов, правда в хорошем смысле этого понятия. Цены на Korenix на рынке промышленных коммутаторов одни из самых низких. Если же сравнивать Korenix только с серьезными компаниями, предлагающими аналогичную номенклатуру изделий, то единственным конкурентом останется Moxa. Здесь стоит сказать, что Korenix молодая компания, и образована она людьми, ушедшими как раз из Moxa. Другой вопрос, что за последние годы Korenix разработал множество своих решений, позволивших ему во многих областях опередить оборудование конкурентов. Цены же, изначально державшиеся на низком уровне, из-за высокой конкуренции по–прежнему остаются ниже той же Moxa.
Оборудование Korenix получило международное признание, так с 2006 года компания является членом ODVA. Ассоциация EtherCAT признала конверторы JetCon самыми быстрыми конверторами в мире, коммутаторы JetNet получили награду «лучший выбор» на выставке Computex 2007.

Чтобы показать серьезность компании, не так давно представленной в РФ, приведем основные проекты из референс листа Korenix c указанием используемого оборудования.

• Система удаленного контроля буровых работ в Норвегии
  • JetNet5010G
  • JetNet2005f-s
  • JetPort 5601
• Система видеонаблюдения на нефтяном заводе в Кувейте
  • JetNet 3705 PoE
• Система передачи данных нефтехранилище, Саудовская Аравия
  • JetNet 5010G
• Контроль транспортировки природного газа по трубопроводу, Китай
  • JetNet 5010G
  • JetNet 3010G
• Дорожная информационная система, Малайзия
  • JetCon 2301-s
  • JetPort 5601
• Система контроля за движением поездов, Великобритания
  • JetNet 4706
• Cистема контроля подвижного состава на ж/д, РФ
  • JetNet 2005
  • JetNet 2005F-S
• Система видеонаблюдения в Лефортовском туннеле, РФ
  • JetNet 4008, 4008f-s
• Система видеонаблюдения в общественном транспорте в Испании
  • JetNet 3705 PoE
• Система охранного видеонаблюдения складского комплекса, РФ
  • JetNet 5010G
  • JetNet 2005
• Управление энергоподстанциями, Испания
  • JetNet 4508
• Управление энергоподстанциями, РФ
  • JetPort5601
  • JetPort5604i
• Контроль транспортировки при добыче угля, Польша
  • JetNet 5010G
• Система контроля электроэнергии Тайваньского национального парка
  • JetCon 4508f-s

Как видим, оборудование Korenix используется в энергетике, транспорте, нефтегазовой промышленности, горнодобывающей промышленности. Благодаря своей невысокой стоимости и широкой номенклатуре изделий, Korenix является оптимальным выбором при создании проектов автоматизации.

Бочарников Д.В.
Шауро В.С.