Резервирование промышленных сетей

В состав промышленной сети входят линии связи, комму­таторы, сетевые мосты, маршрутизаторы, сетевые контрол­леры, преобразователи интерфейсов и источники питания. Однако чаше всего резервируются только линии связи как наименее надёжные элементы.Основной характеристикой метода резервирования про­мышленных сетей является длительность перехода на резерв.

Рис. 16. Резервирование методом голосования

Рис. 17. Резервирование промышленной сети с помощью коммутации портов

(У1...УЪ - оконечные устройства, Kj...K3 - модули резервирования сети)

Резервирование сетей PROFIBUS, Modbus, CAN

Р езервирование промышленных сетей выполняется обычно одновременно с ре­зервированием контроллеров). Для этого в каждом ПЛК использу­ют два (реже — три) сетевых порта, к од­ному из них подключают основную про­мышленную сеть, к другому - резервную Каждый контроллер имеет средства контроля работоспособности сети и в случае её отказа переключает свой порт на резервную сеть. В системах с голосованием резервирование выпол­няется проще: исходящий поток сообщений посылается во все сети одновременно, а входящие пото­ки из всех сетей проходят через схему голосования . Для контроллеров, имеющих один сетевой порт и не пред­назначенных для работы в резервированных сетях, выпуска­ются специальные модули резервирования, которые имеют один разъём (М на рис. 17) для подключения к порту оконеч­ного устройства, например ПЛК, и два разъёма (А и В) для подключения к основной и резервной сети (рис. 17). Модули могут работать в многомастерных сетях как с ведущими, так и с ведомыми устройствами. Ведомых устройств, подключа­емых к одному модулю резервирования, может быть не­сколько (У,...У5 на рис. 17). Модуль работает как коммутиру­емый повторитель интерфейса, одновременно контролируя исправность сети. Отказ обнаруживается по первому симво­лу в передаваемом сообщении, и при его появлении модуль переключается на резервный порт.

Основной проблемой резервирования сетей методом заме­щения является обнаружение отказа. Поскольку после отка­за (например, обрыва) сети на некотором участке доставка сообщений к отсоединённой части сети невозможна, обна­ружение отказа должно выполняться каждым участником се­ти автономно. Но это возможно только в многомастерных сетях или в сетях, имеющих специальные аппаратные сред­ства контроля. Протоколы резервирования промышленных сетей являют­ся узкоспециализированными закрытыми разработками фирм-производителей контроллеров и в общедоступной ли­тературе не описаны.

Резервирование промышленных сетей Ethernet

Резервированию в промышленных сетях Ethernet с комму­таторами посвящена серия стандартов IEEE [17, 18]. Однако первоначально они были предназначены только для исклю­чения замкнутых контуров в сетях, поэтому требования к быстродействию алгоритмов учтены не были. В связи с рез­ким ростом спроса на промышленный Ethernet (рост около 50% в год с 2004 г., 1191) возросли требования ко времени пе­реключения на резерв. Поэтому в 2005 году началась работа над новым стандартом IEC 62439 "High Availability Automati­on Networks" («Сети промышленной автоматизации с высо­кой готовностью»), которая была инициирована комитетом IEC по цифровой коммуникации ТС65С.

Основной проблемой при резервировании сетей Ethernet с коммутаторами является устранение замкнутых логических контуров (петель, циклов). Логические петли не допускают­ся потом\, что при их наличии коммуникационные пакеты могли бы вечно путешествовать по сети, ограничивая её пропускную способность.

Существует несколько методов резервирования промыш­ленного Ethernet:

• агрегирование линий связи;

• резервирование на основе протоколов STP и RSTP:

• организация в сети физического кольца;

• полное резервирование всей сети.

Первые два метода стандартизованы, вторые два являются нестандартными разработками фирм-производителей, и многие из них защищены патентами.