Классификация и топология сети АСУ ТП

Введение
АСУ ТП используется для автоматизации технологических процессов в разнообразных отраслях промышленности, связанных с выработкой, преобразованием и передачей энергии, получением новых веществ, материалов и продуктов, созданием комфортных условий работы для людей и оборудования.
Области применения АСУ ТП: тепловые и атомные электростанции, парогазовые и газотурбинные установки, химические и металлургические комбинаты, районные тепловые станции, полупроводниковые, цементные и стекольные производства, сельскохозяйственные хранилища, системы кондиционирования и т.п.
АСУ ТП должны эксплуатироваться во взрывобезопасных помещениях.
АСУ ТП должны содержать развитые средства инжиниринга, позволяющие специалистам-технологам проектировать проекты любого технологического процесса без привлечения профессиональных программистов.
АСУ ТП объекта управления должно обеспечивать:
− эффективный контроль технологических параметров объекта и управление этими параметрами, полное представление информации о ходе технологического процесса в реальном времени и ретроспективный анализ информации;
− безопасность работы автоматизируемого оборудования во всех режимах работы;
− максимально возможную в данных условиях экономичность работы объекта;
− комфортность работы оперативного и обслуживающего персонала.
Основная часть
В архитектуре АСУ ТП используется двухуровневая организация сетей в стандарте Ethernet. Нижний уровень объединяет между собой отдельные контроллеры, входящие в системные модули (СМ). Каждый СМ имеет свою автономную контроллерную сеть.
На верхнем уровне информационно-вычислительных средств (ИВС) связываются с рабочими станциями посредством системной сети.
Сетевые средства АСУ ТП обеспечивают двусторонний обмен информацией:
− между абонентами внутри одного проекта;
− между абонентами разных проектов, включая проекты, выполненные на АСУ ТП;
− между устройствами других систем АСУ ТП.
В процессе компоновки сетевых средств определяется:
− число рабочих станций, как абонентов сети;
− число шлюзов, как абонентов сети;
− число и типы коммутаторов и маршрутизаторов;
− размещение коммутаторов и шлюзов в сетевых стойках;
− вид (витая пара или оптоволокно) и длина всех кабельных соединений;
− число блоков питания (обычных и бесперебойных);
− необходимость резервирования сетевых средств.
Принципы построения сети, следующие:
− все контроллеры имеют канал связи с сетью Ethernet;
− контроллеры одного системного модуля подключаются к своему локальному коммутатору;
− локальный коммутатор контроллеров связывается с одним из портов шлюза. Другой порт этого шлюза подключается к системному коммутатору;
− рабочие станции могут подключаться к своему локальному коммутатору либо (как например, архивная станция) непосредственно к системному коммутатору;
− в центре (на уровне предприятия) устанавливается магистральный маршрутизируемый коммутатор (в дальнейшем - маршрутизатор), к которому подключаются все системные коммутаторы отдельных проектов предприятия. Порты этого маршрутизатора настраиваются так, что по адресным сообщениям отдельные проекты могут общаться внутри проекта и не распространяются на другие проекты;
− в проектах, выполненных на АСУ ТП, к их системному коммутатору подключается шлюз. Он выполняет роль моста между сообщениями в формате NetBEUI, циркулирующими в проектах АСУ ТП, и сообщениями в формате TCP/IP, циркулирующими в проектах. Два сетевых адаптера этого шлюза подключаются к одному коммутатору.
В АСУ ТП используется два вида протоколов: TCP/IP и NetBBEUI. Первый вид используется на верхнем уровне, второй – на нижнем контроллерном уровне. Шлюз выполняет взаимное преобразоваие протоколов.
Средства верхнего уровня (включая другие шлюзы) связываются со шлюзом посредством сеансов, обеспечивающих гарантированную доставку сообщений.
Шлюз устанавливает сеансы связи с контроллерами, принадлежащими одному с ним системному модулю

. Для спаренных контроллеров сеансы устанавливаются индивидуально для каждого контроллера в паре.
При обмене информации между контроллерами в пределах одного системного модуля предусматриваются обмен по сеансам через шлюз.
Рис.1. - Сетевая архитектура АСУ ТП
Для описания адресации абонентов в сети используются следующие определения:
− абонент сети - любое устройство, входящее в АСУ ТП и подключенное к сети Ethernet;
− уполномоченный абонент - любой абонент системной сети, передающий сообщения об ошибках (шлюз, рабочая станция, блок синхронизации времени );
− контроллер;
− спаренный контроллер - дублированный или кластерный контроллер;
− активный контроллер - отдельный контроллер в дублированном контроллере, в данный момент, управляющий объектом;
− приоритетный контроллер - отдельный контроллер кластера, к которому в данный момент направляются запросы;
− спаренный шлюз - два одиночных шлюза, относящихся к одному системному модулю и включенных в разные сети при их дублировании;
− предприятие - совокупность всех проектов, чьи технические средства подключены к одной сети Ethernet.
Существуют две категории адресов: IP-адрес и К-адрес. Между этими адресами имеется таблица соответствия:
− IP-адрес - стандартный 4-х байтный адрес TCP/IP для сети Ethernet;
− К-адрес - стандартный 2-х байтный адрес для сети АСУ ТП.
На уровне сети Ethernet всем абонентам верхней сети задаются IP-адреса. На уровне АСУ ТП всем уполномоченным абонентам, кроме того, задаются К-адреса. В приложениях АСУ ТП вся адресация выполняется по К-адресам.
Для легализации абонентов в сети они должны быть прописаны в базе данных проекта средствами приложения администратор БД.
Все рабочие станции и сервера одной АСУ ТП, предназначенные как для использования в качестве средств проектирования и администрирования проекта, так и для оперативных и диагностических средств, рекомендуется включать в один домен сети Windows. Среди этих станций две должна быть назначены контроллерами домена (основной и резервный) и работать постоянно. Рекомендуется в качестве контроллера домена назначать сервер БД или архивную станцию.
На Станции-контроллере домена должна стоять OS Windows Server. Среди обслуживающего персонала рабочих станций должен быть назначен администратор домена, в обязанности которого входит присвоение имен и номеров ПК рабочих станций, учет и назначение прав доступа пользователей.
Рекомендуется устанавливать следующие параметры протокола TCP/IP:
− IP-адреса серверов – статические, устанавливаемые в значения вида 192.168.xD.xS. Здесь xD - порядковый номер звена сети: локальной АСУ ТП, блока или агрегата, xS – номер сервера внутри звена + 1. Центральное звено имеет номер 0. xS, как правило, принимает значения от 2 до 10, но при большем количестве серверов можно использовать более широкий диапазон;
− IP-адреса рабочих станций – динамические, распределяются по протоколу DHCP в диапазонах 192.168.xD.11-192.168.xD.99 (диапазон настраивается в установках DHCP-сервера);
− маска сети 255.255.255.0;
− в поля DNS прописываются адреса серверов, на которых включены службы DNS. Как правило, это 192.168.xD.2 и 192.168.xD.3;
− шлюз 192.168.xD.1 для связи с другими подсетями при использовании многосегментной сети;
− при интеграции локальных АСУ ТП в единое информационное пространство их сети объединяются с помощью маршрутизатора, интерфейсы которого имеют IP-адреса вида 192.168.xD.1 (в данном случае xD – номер звена, в которое подключен соответствующий интерфейс);
− при дублировании сетевых средств к каждой Рабочей станции подключаются две параллельно работающие независимые сети, для каждой из которых необходимо установить свои параметры IP-адресации. Номера звеньев этих сетей рекомендуется выбирать близкие друг другу.
В АСУ ТП небольшого объема (не более 10 рабочих станций), в которых отсутствует выделенный сервер, создание домена Windows не обязательно: достаточно объединить ПК в рабочую группу