Informatsioonitasandi võrkude üldised omadused ja nõuded

Informatsioonitasand hõivab võrgusidega automaatse juhtimissüsteemi hierarhias kõige kõrgema kihi. Selle tasandi süsteeme kasutatakse ärilise info vahetamiseks ja haldamiseks. Kõik olulised tootmisprotsesse puudutavad parameetrid kogutakse ja arhiveeritakse andmebaasis, kuna see on vajalik juhtimisotsuste tegemiseks. Informatsioonitasandi võrkusid iseloomustab kõrge läbilaskevõime (kandemaht), need võrgud on mõeldud suurte andmemahtude vahetamiseks. Neile iseloomulikud probleemid on enamjaolt seotud:

  • Edastatava informatsiooni kiiruse ja hulga optimeerimisega;
  • Ülekantavate andmete turvalisusega;
  • Andmekaitse autoriseerimata ligipääsu eest;
  • Ühtse lähenemise puudumine tööstusliku automatiseerimise rakenduskihi defineerimisel. Terve hulga võrkude lahendusi on kokkusobimatud, kuna need erinevad sidesüsteemi arhitektuuri, rakenduskihi protokollide, objekt-orienteeritud modelleerimise ja süsteemide konfiguratsioonimudelite poolest.

Kõige laialdasemalt kasutatavaks võrguks selle tasandi kaasaegsetes süsteemides on Ethernet. Ethernet’i tüüpi LAN ja WAN võrkude kasutamine ja Interneti kiire areng on olulised põhjused, miks tööstuslikus automatiseerimises ollakse huvitavad Ethernet’ist ja TCP/IP/UDP-st. Kiire Ethernet, programmeeritavad kommutaatorid ja täis-dupleks side rakendamine võimaldab sel tasandil seada üles järjest efektiivsemaid informatsiooni ja juhtimissüsteeme. Tööstuslikus automatiseerimises kasutatavat Ethernet’i standardversiooni kutsutakse tööstuslikuks Ethernetiks (Industrial Ethernet). Mitmed organisatsioonid on ühendanud jõud, et arendada välja üldine tööstusliku Etherneti protokoll. Siiski iseloomustab nende organisatsioonide lahendusi operatsioonide ühildamatus. Mõned populaarsed spetsifikatsioonid (võrgud) on:

  • Ethernet / IP (Open DeviceNet Vendor Association);
  • Foundation Fieldbus High-Speed Ethernet (Foundation Fieldbus);
  • Interbus on Ethernet (Interbus Club);
  • Open Modbus (Modconnect);
  • Profinet 1.0 / 2.0 (Profibus User Organization);
  • IDA (IDA Group).

Informatsioonitasandi võrkude reaalajaline toimimine

Mõned kõige olulisemad põhjused, miks Ethernet ei ole võimeline tagama ajaintervalli, mille jooksul süsteem peaks vastama välisele sündmusele, on:

  • Suuri andmekirjeid vahetavad seadmed blokeerivad teiste sõlmede (seadmete) ligipääsu võrgule määramatuks ajaks;
  • Kahe või enama seadme samaaegsel andmeedastusel tekivad kokkupõrked, mis tõkestavad liikluse kõigisse seadmetesse. Mida suurem arv seadmeid võrgus, seda suurem on tõenäosus kokkupõrgeteks;
  • Puudub võimalus eristada kõrge ja madala prioriteediga liiklust;
  • Puudub garantii minimaalse viitega ühenduskanali loomiseks reaalajalise andmevahetuse eesmärgi jaoks;
  • Sagedusriba on jagatud kontrollimatult, mistõttu tekib vajadus kasutada arbitreerimist.

Informatsioonitasandi võrkudes kasutatavad seadmed

  • Suured juhtarvutid, mis võimaldavad juhtida suuri andmehulki ja keerulisi arvutusülesandeid. Need on võimelised haldama sadu ja tuhandeid kasutajaid;
  • Operaatortööjaamad ja kasutajaliidesed;
  • Sisend/väljundmoodulid ja adapterid;
  • Programmeeritavate kontrollerite protsessorid, robotid ja süsteemid.

Informatsioonitasandi võrkude topoloogia

  • Informatsioonitasandit iseloomustab täht-topoloogia kasutamine (pilt 8.1), mis hõlmab kakspunkt-ringis kommutaatoriga ühendatud seadmete gruppe, kindlustades sellega järgmised asjaolud:
  • Võrgus olevad sõlmed säilitavad kommutaatorite abil sobitatud andmeedastuskiiruse 10/100/1000 Mbit/s ;
  • Kasutada lihtsustatud struktuuriga kaabeldust, kerge hooldamine ja diagnostika.

Informatsioonitasandi andmevahetuse tüübid

Informatsioonitasandil kasutatakse järgmisi peamisi andmevahetustüüpe:

Pilt 8. 1. Informatsioonitasandi täht-topoloogia kasutamine [64]

Üldise iseloomuga andmete vahetamine:

  • Kasutatakse suurte kirjete puhul, mis ei ole ajakriitilised;
  • Andmevahetus toimub läbi lühikese elueaga konkreetsete ühenduste;
  • Andmepaketid edastatakse TCP/IP protokolli abil ja kasutatakse selle spetsiifilisi töötlemisfunktsioone.

Sisend-väljundandmed:

  • Andmevahetus toimub väikeste ajakriitiliste andmepakettidega läbi pikaelueaga kaudsete ühenduste;
  • Andmepaketid edastatakse UDP/IP protokollide abil, mille peamiseks eeliseks on UDP suur läbilaskevõime.
  • Reaalajaline sünkroniseeritud tsükliline andmevahetus:
  • See sünkroniseerib tsüklilist andmevahetust masina/tootja ja suvalise hulga tarbijate vahel;
  • Andmepaketid edastatakse UPD protokolli abil.