УДК 681.5

О ПРИНЦИПАХ ПОСТРОЕНИЯ ЦИФРОВЫХ ПРОМЫШЛЕННЫХ СЕТЕЙ

№25,

Технические науки

Иванова Вилия Равильевна (Кандидат технических наук) ORCID:0000-0002-7667-5456

Ключевые слова: ЦИФРОВИЗАЦИЯ; ПРОМЫШЛЕННЫЕ СЕТИ; ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС; ПРОТОКОЛ ОБМЕНА ДАННЫМИ; МОДЕЛЬ OSI; УРОВНИ МОДЕЛИ OSI; DIGITALIZATION; INDUSTRIAL NETWORKS; TECHNOLOGICAL PROCESS; DATA EXCHANGE PROTOCOL; OSI MODEL; OSI MODEL LEVELS.

Аннотация: В статье приводится анализ цифровых промышленных сетей, которые должны отвечать разнообразным требованиям и позволять связывать оборудование систем автоматизации воедино.

В настоящее время главной тенденцией развития промышленных сетей является их цифровизация. Она подразумевает некую среду передачи данных, которая отвечает множеству требований, является более надежной в сравнительном плане и позволяет увеличить скорость передачи данных. Помимо большого количества преимуществ такой сети, стоит отметить, что ускорение хода развития систем автоматизации напрямую зависит от внедрения цифровых промышленных сетей и организации топологии сети согласно стандартам Международной энергетической комиссии [1, 2].

К промышленным сетям предъявляются разные требования: надежность, помехоустойчивость, скорость передачи данных, физические характеристики и др. Если классифицировать параметры сетей по определенным критериям, то можно выделить следующие основные требования, которые предъявляются к сетям:
– простота организации физического канала передачи данных;
– обеспечение резервирования и самовосстановления при аварийных ситуациях;
– стоимость устройств аппаратной реализации;
– возможность реализации распределенной системы автоматизации за счет установки максимального количества точек доступа [3, 4].

Для согласования всего перечня требований известно техническое решение, предложенное Международной организацией по стандартизации (ISO), которое предполагает использование семиуровневой эталонной модели взаимодействия открытых систем – OSI (Open system Interconnection model) (рис. 1).


Рис. 1. Уровни модели OSI

Модель предлагает различные уровни взаимодействия систем. В современных системах автоматизации модель OSI выступает в качестве фундамента всех сетевых сущностей, в силу четкости и удобства разграничения способов представления, передачи и обработки данных. Для реализации каждого уровня используются правила совместного использования узлов связи. Так на канальном уровне выполняется управление передачей данных путем подключения сетевого оборудования согласно стандартным интерфейсным протоколам; определяется тип физической топологии в сети; определяется тип физической среды передачи данных (проводные линии, кабельные или беспроводные каналы связи).

На канальном уровне наблюдается тенденция построения «распределенного» управления, где используются три метода сетевого взаимодействия (централизованный, децентрализованный и комбинированный) для обеспечения алгоритма разрешения коллизий и отсутствия потери фрэймов [5].

Сетевой уровень отвечает за маршрутизацию данных, то есть построение пути между отправителем сообщения и получателем. Транспортный уровень является центральным и его задачей выступает управление трафиком в сети, на этом уровне есть возможность деления длинных сообщений и функция буферизации (или подавления менее приоритетных сообщений. Сеансовый уровень обладает возможностью управления очередности поступающих данных и их передачи, а также позволяет осуществить форму диалога пользователей (дуплексная, полудуплексная). За синтаксис представления данных отвечает уровень представления данных, где выполняется обработка и определяется смысловое значение [6].

За выполнение вычислительных, информационно-поисковых и справочных работ, преобразование логических данных отвечает прикладной уровень.

Основной целью эталонной модели выступает более ясное понимание соответствующих функций и процессов. В настоящее время считается доступным средством обучения пользователей принципам работы сетей и механизмам отправки и получения данных.

В современных сетях ограничиваются использованием при проектировании только тремя уровнями (физический, канальный, транспортный), но несмотря на это технический прогресс говорит о больших возможностях и масштабируемости систем управления, что безусловно подразумевает использование всех уровней модели OSI и позволяет увеличить перечень преимуществ систем, построенных по эталонной модели. Таковыми станут упрощение разработки протоколов связи, создание унифицированных решений программно-технических комплексов; исключение возможностей изменения технологий или свойств одного уровня без учета последствий для верхних и нижних уровней; создание общего языка для описания функций сетевого взаимодействия.

Список литературы

  1. Иванова В.Р. Разработка критериев оценки принимаемых решений в области проектирования, создания и эксплуатации активно-адаптивных электроэнергетических систем / В.Р. Иванова, И.Ю. Иванов // Материалы международной научной конференции «Высокие технологии и инновации в науке». СПб: – 2018. С. 112-116.
  2. Иванова В.Р. Структурный и параметрический синтез алгоритмов противоаварийного управления для реализации адаптивной частотной делительной автоматики электротехнических систем / В.Р. Иванова, И.Ю. Иванов, В.В. Новокрещенов // Проблемы энергетики , 2019. Т. 21, № 4. С. 66 — 76, DOI:10.30724/1998-9903-2019-21-4-66-76.
  3. Шишов О.В. Программируемые контроллеры в системах промышленной автоматизации / – М.: Инфра-М, 2017. 365 с.
  4. Иванова В.Р. Разработка учебного стенда для эффективной и безопасной эксплуатации резервного электроснабжения на промышленных предприятиях/ В.Р. Иванова, Л.В. Фетисов // Изв. вузов. Проблемы энергетики. 2018. № 9-10. С.165 -169
  5. Ivanova V.R. The Analysis of Measurements of Indicators of Quality of the Electric Power and Calculation of Economic Efficiency After Installation of the Booster Transformer / Fetisov L.V., Bulatov O.A. // 2018 International Multi-Conference on Industrial Engineering and Modern Technologies (FarEastCon): Vladivostok, 2018. Pр. 1-4.
  6. Иванова В.Р. Анализ основных элементов интеллектуальной электроэнергетической системы с активно-адаптивной сетью // В.Р. Иванова, В.В. Новокрещенов, О.Д. Семенова // Материалы I Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы и перспективы развития электроэнергетики и электротехники», 2019. С. 12 – 17.