Сети Industrial Ethernet
|
Кэрол Эверетт Оливер
Сети в заводских цехах — явление не новое, однако разные производители управляющих устройств поддерживают разные фирменные и открытые сетевые технологии, что затрудняет информационный обмен в масштабе всего завода. И только несколько лет назад компании стали применять в производственных помещениях технологию Ethernet, уже давно “прописавшуюся” в офисах. Возник рынок решений
Industrial Ethernet(промышленная сеть Ethernet), который развивается по пути обеспечения совместимости устройств разных производителей, упрощения технического обслуживания сети и снижения стоимости соответствующих решений. И число решений на этом рынке неуклонно растет. На первый взгляд реализовать
сеть Industrial Ethernetдля упрощения связи с заводским оборудованием несложно, поскольку уже существуют стандарты на структурированные кабельные системы (СКС) и их компоненты, используемые в офисных средах. Однако между офисной и промышленной средами имеются существенные различия, связанные с экстремальными условиями эксплуатации оборудования в последней. «На промышленном предприятии вы имеете дело с гораздо более сложной средой, — говорит Боб Нигл, менеджер подразделения
Industrial Ethernet Groupкомпании Woodhead Connectivity — Сетевые кабели приходится прокладывать между автоматизированными участками и внутри них. При этом не всегда возможно строго следовать стандарту на СКС TIA/EIA-568». Производители кабелей и разъемов создают продукты с повышенной надежностью, способные устойчиво работать в агрессивных промышленных средах. Кроме того, подкомитет TR-42.9 ассоциации TIA разрабатывает стандарт на промышленные кабельные системы, поддерживающие продукты разных производителей. Специфика сетей Industrial Ethernet Хотя спецификации на промышленные кабельные системы продолжают эволюционировать, многие производители, имеющие опыт выпуска кабелей и коннекторов для агрессивных сред, уже поставляют свои продукты на рынок решений Industrial Ethernet. «Три года назад вместе с Брайаном Пейсоном я разработал Industrial Ethernet-коннектор RJ-Lnxx, который стал первым запатентованным восьмиконтактным модульным коннектором RJ-45 для этого специфического рынка, — говорит Марк Филлион, менеджер по проектированию продуктов компании Woodhead Connectivity. — Но поскольку диапазон условий эксплуатации кабельных компонентов довольно широк, назревает необходимость в модернизации этих продуктов. Чтобы выработать лучшее решение, конечным пользователям и органам стандартизации придется работать в тесном контакте друг с другом».
Industrial Ethernet — это сеть для заводских цехов или других сред с тяжелыми условиями эксплуатации оборудования. С ее помощью легко связывать компьютеры между собой, поскольку Ethernet-инфраструктура наверняка уже существует в офисе предприятия. Однако в отличие от офисных инфраструктур к кабелям и коннекторам Industrial Ethernet предъявляются повышенные требования. «Трудности с проектированием СКС связаны с широким диапазоном условий их применения, — говорит Питер Шарп, старший консультант по телекоммуникациям инженерно-консалтинговой компании Giffels Associates Limited и председатель подкомитета TR-42.9 ассоциации TIA. — С одной стороны, это может быть грязный металлургический комбинат, на котором используются химические растворители, вода и технические масла, оказывающие вредное влияние на кабельную систему, а с другой — чистейшая клиническая лаборатория, в которой могут присутствовать источники электромагнитных помех». Основные различия между промышленными и офисными кабельными системами связаны не с принципами их работы, а с наличием (в промышленных системах) продуктов нового поколения, способных устойчиво функционировать в агрессивных средах, отсутствующих в офисах. Стоит отметить, что средства Industrial Ethernet применяются не только в заводских цехах, но и на нефтедобывающих предприятиях, на открытых площадках, где установлено телекоммуникационное оборудование, в военных системах или магазинах (для подключения торговых терминалов). Инсталлируя кабельные продукты на разного рода предприятиях, следует учитывать диапазон рабочих температур (экстремальные температуры бывают на нефтедобывающих платформах и в наружных информационных киосках), возможность попадания воды (это особенно характерно для заводов по переработке пищевых продуктов), уровень влажности и наличие вибрации. Средства Industrial Ethernet должны быть достаточно гибкими, чтобы обеспечивать высокоскоростную передачу данных в реальном масштабе времени и возможность управления (посредством приложений для ПК) программируемыми логическими контроллерами и модулями ввода-вывода разных производителей. В отличие от офисных инфраструктур с телекоммуникационными шкафами промышленные кабельные системы переконфигурируются значительно реже и в них не требуется применять модульные коммутационные панели. Монтажные шкафы и коннекторы должны соответствовать правилам безопасности, принятым ассоциацией NEMA, и строгим спецификациям на разного рода воздействия, механические и окружающей среды. Системы Industrial Ethernet будут состоять из герметизированных и негерметизированных распределенных блоков управления и модулей ввода-вывода, расположенных на автоматизированных производственных участках. При разработке кабельных продуктов для зданий производственного назначения одна из самых сложных проблем связана с флуктуациями температуры, выходящими за обозначенные текущими спецификациями пределы. Существующие коннекторы производятся для работы в диапазоне температур от –10 °C до +60 °C, типичном для большинства офисных сред и малых промышленных предприятий. Однако в агрессивных средах температура может выходить из указанного диапазона на продолжительное время, вызывая сбои в передаче данных и снижая надежность работы коммуникационных систем. Новые компоненты должны работать в полном промышленном диапазоне температур, т. е. от –25 °С до +85 °С. |
|
| «Существуют несколько категорий медного кабеля Ethernet, — говорит Нигл. — Большая часть энергии потока данных 100Base-T находится ниже 70 МГц. Учитывая тот факт, что кабель категории 5 отфильтровывает высокочастотные шумы, обеспечивая более высокое отношение сигнал—шум, он лучше подходит для промышленных сред, чем кабель категории 6, и стоит дешевле оптоволокна».
Для существенного снижения общего уровня шумов большое значение имеет ослабление синфазной помехи. Синфазная помеха — это напряжение по отношению к земле, |
 Многопарный кабель Teldor в полиэтиленовой оболочке (диапазон температур -55 ~ +60 °С) |
| присутствующее на всех проводниках кабеля. Поскольку в промышленных средах существует множество источников наводок, влияние синфазных помех на работу коммуникационных систем является довольно острой проблемой. «Экстремальная температура, высокая влажность, солнечный свет и параметры окружающей среды, связанные с работой промышленных установок, способны ухудшить электрические и механические характеристики кабеля, — объясняет Джефф Махолл, директор по маркетингу отделения Helix/HiTemp Cables компании Draka Comteq. — Кабель может стать негибким и ломким. Если его защитная оболочка треснет, то не исключено, что со временем нарушится и целостность проводников».
Махол добавляет, что в обеспечении надежной работы кабеля большую роль играют его внешняя оболочка и защитный экран. По его мнению, в промышленных условиях следует применять всепогодный UTP- или STP-кабель категории 5е (сегодня его называют кабелем категории 5i), соответствующий военным спецификациям, включая спецификацию MIL-C-24640A на водонепроницаемость. Кабель должен иметь полиэтиленовую внешнюю оболочку черного цвета с повышенной устойчивостью к ультрафиолетовому излучению и истиранию. При необходимости кабель может быть армирован. |
|
|
Связь с внешним миром Для успешной работы сети Ethernet в целом большое значение имеют параметры коннекторов. Текущий стандарт на передачу данных предлагает использовать восьмиконтактный модульный коннектор категории 5 с защитным кожухом. Однако не все такие коннекторы, выпускаемые серийно, подходят для промышленных сред. Это связано с очень разными методиками их испытаний на устойчивость к вибрации, ударам, экстремальным температурам и на герметичность. |
 Разъем RJ-Lxxn, вариант PCB |
 Коммутационный шнур для Industrial Ethernet |
«Нам пришлось модифицировать стандартный коннектор, — говорит Брайан Пейсон, вице-президент компании Woodhead Connectivity по техническим вопросам. — Перед нами стояла основная задача — защитить его от воздействия влаги и химикатов, поэтому мы выбрали кожух и резьбовое соединение, такие, как у продуктов военного назначения».
«Конструируя первый коннектор для промышленных сред, — говорит Филлион, — мы стремились прежде всего обеспечить его электрические характеристики на уровне категории 5е и реализовать метод герметизации, защищающий от загрязнений. |
| Мы разработали тестовую установку, в которой кабель с коннектором погружались в воду на 30 мин». Чтобы сохранить функциональность защелки коннектора, в системе сочленения были предусмотрены два уплотнительных кольца. «Коннектор RJ-Lnxx имеет класс защиты IP67, т. е. он защищен от попадания влаги и пыли внутрь и его вибростойкость соответствует стандарту IEC 60068-2-6», — объясняет Филлион. | |
| В течение трех лет после выпуска на рынок Industrial Ethernet-коннектор RJ-Lnxx был модифицирован согласно пожеланиям заказчиков.
В настоящее время для разных нужд поставляются розетки нескольких конструкций — с контактами типа 110, с монтажной печатной платой и др. |
 Проходной соединитель |
| Инсталляторы могут изготовлять соединительные шнуры с защищенными коннекторами в полевых условиях или приобретать их (нужной длины) на заказ. В продаже имеются несколько типов кабелей, включая кабель с кевларовой оболочкой и широчайшим диапазоном рабочих температур — от –70 °С до +105 °С..
Статья опубликована на сайте «Сети и Ситемы связи». |
|
Новый рынок для ЛВС связан с использованием их в производственных помещениях. Ранее в них применялись ИТ-решения, которые сводились к изолированным (несетевым) программным приложениям для планирования выпуска продукции и составления отчетов. Однако в настоящее время развитие ИТ-решений в этих помещениях идет по пути использования передовых сетевых систем. Дело в том, что для усиления позиций в конкурентной борьбе фирмы нуждаются в получении информации о своих производственных операциях в реальном масштабе времени.
Вернуться в начало страницыcomsoft.kiev.ua © 2009