Comunicații în mediu industrial

Retelele locale industriale – Notiuni introductive

Ierarhizarea structurilor de comunicatie in mediu industrial

Conducerea unui proces industrial nu se poate realiza fara accesul la o baza obiectiva de date care sa caracterizeze starile si comportarea dinamica a procesului. Chiar si cel mai simplu sistem de reglare nu poate fi conceput fara informatia furnizata de un traductor al marimii reglate.

Pe de alta parte, trecerea in cea mai mare masura a functiilor de conducere pe seama unor sisteme numerice de prelucrare a informatiei (regulatoare numerice, echipamente de comanda numerica, automate programabile, calculatoare de proces, sisteme multiprocesor) ridica problema transferului de date sub forma numerica intre aceste echipamente, constituind un nivel superior de prelucrare a informatiei fata de cel primar, al achizitiei de date din proces. Se contureaza astfel o structura ierarhica a sistemului de transmitere de date care urmareste structura ierarhizata de conducere a procesului, intreprinderii sau macrosistemului industrial sau economic.

In figura urmatoare se prezinta o solutie generala de ierarhizare pe patru nivele a sistemului de transmitere de date:

Figura 1.1

Semnificatia notatiilor din figura 1.1 este urmatoarea:

CDDP - concentrator/distribuitor date proces

TI - traductor inteligent

EEI - element de executie inteligent

CPH - calculator de proces host (gazda)

AP - automat programabil

CNC - echipament de comanda numerica

ECRI - echipament de conducere robot

RN - regulator numeric

CCP/F - calculator central productie/fabricatie

CC/G - calculator conducere/gestiune

CCS - calculator central supervizare

Structura din figura 1.1 se vrea generala, in sensul ca nu particularizeaza natura procesului condus. Diversitatea acestor procese face totusi imposibila o delimitare stricta, perfect compatibila cu o solutie de conducere universal valabila. Cel putin din punctul de vedere al transmiterii de date, o particularizare specifica o constituie viteza cu care se face transferul, aceasta viteza depinzand pe de o parte de natura procesului, iar pe de alta parte de repartizarea spatiala (geografica) a surselor de informatie si a receptoarelor.

Astfel, de obicei procesele sunt clasificate ca fiind lente sau rapide. Procesele lente sunt in general cele ce implica transfer de masa si de energie, cu constante de timp (care asigura stabilizarea dupa regimuri tanzitorii) de ordinul secundelor, minutelor, orelor sau chiar mai lungi. In aceasta categorie se incadreaza majoritatea proceselor de automatizare din industria chimica, industria metalurgica, industria materialelor de constructii, transporturi, precum si toata gama asa numitelor sistemelor de dispecerizare (distributie pe o arie geografica larga). In categoria proceselor rapide (constante de timp de ordinul milisecundelor, maxim secunde) se inscriu majoritatea proceselor din industria constructoare de masini, mai exact asa numitele procese de fabricatie, sistemele de conducere fiind de regula limitate la zone geografice reduse (celula flexibila, insula de productie, sectie, atelier, uzina). In literatura de limba engleza, cele doua categorii sunt clasificate in mod curent astfel:

- process control conducerea proceselor de productie

- manufacturing conducerea proceselor de fabricatie

In cele ce urmeaza vom incerca o tratare generala privind alegerea solutiei de principiu pentru un sistem complex de transmitere de date. Revenind la schema din figura 1.1, vom remarca ca intregul sistem de transmisie de date poate fi conceput ca o retea complexa, avand subretele la fiecare nivel, dupa cum urmeaza:

Nivelul aparatura (de camp)

Este nivelul la care schimbul de informatii se face direct cu procesul, implicand achizitia de date de la senzori si traductoare si respectiv distributia de comenzi spre elementele de executie. Solutiile moderne permit conectarea elementelor primare de achizitie/distributie pe o retea seriala cu comunicatie in banda de baza, numita magistrala de camp (field bus). Controlul acestei magistrale il are un echipament specializat - denumit cuplor - care este statia principala pentru toate elementele de transfer de date de la/spre proces, considerate statii secundare (traductoare inteligente, dispozitive concentratoare de date, elemente de executie, etc).

Sistemul de transmisie date este de tip polling, cuplorul transmitand invitatie la emisie pentru statiile secundare.

Una dintre primele magistrale de camp cu implementare integrala (hard/soft) a fost BITBUS produs de INTEL, alaturi de care mentionam si alte produse de firma: TDC 2000 (Honeywell), SINEC (Siemens), Procontrol (Brown Bowery), PROFIBUS (grup de firme europene sustinut de ISO).

Nivelul fabricatie (productie)

La acest nivel, elementele implicate in comunicatie sunt echipamente de conducere a proceselor unitare de tip automat programabil, CNC, calculator de proces sau unitati specializate. Aceste elemente se interconecteaza in retele locale (Local Area Network - LAN).

Intrucat mai multe statii din LAN pot fi simultan surse de informatie, se pune problema accesului la mediu, principalele solutii fiind accesul aleator propus de specificatia ETHERNET (Intel), respectiv accesul determinist propus de specificatia MAP (Manufacturing Automation Protocol), ultimul adoptat de un numar mare de utilizatori si suportat ca realizator de mai multe firme, intre care in primul rand General Electric. In general, retelele LAN de la acest nivel adopta transmisia in banda de baza pe suport de tip cablu coaxial.

Nivelul conducere

La acest nivel se conecteaza intre ele diferitele subretele existente la nivelul fabricatie, necesitand existenta unor echipamente speciale (dispozitive de rutare), care asigura transferul de informatie de pe o subretea pe alta. In specificatia MAP, la acest nivel este prevazuta o magistrala de banda larga prin care se face schimb de date cu viteze de 10 MB/s intre calculatoare.

Nivelul supervizare

Acest nivel de conducere se intalneste mai rar, fiind un sistem de comunicatie interuzinal de regula la distante mari (necesitand eventual transmisie prin satelit), iar transferul de date are loc la intervale mari de timp si cu viteze ridicate (peste 100 MB/s).