Большинство современных систем автоматизации и диспетчеризации представляют собой разветвленные комплексы, спроектированные под определенные задачи, тип объекта, специфический состав и особенности функционирования инженерного оборудования.
Вопрос обмена данными до сих пор не унифицирован в достаточной мере. Нередко АСДУ состоят из подсистем и оборудования от разных производителей, которые руководствуются своими стандартами и принципами обмена данными, реализуя эти принципы с помощью корпоративных или узкоспециализированных протоколов.
Поэтому значительные масштабы, сложный состав и архитектура современных систем автоматизации и диспетчеризации ставит перед специалистами не менее сложную задачу подбора протоколов, которые могли бы эффективно взаимодействовать в рамках одной АСДУ и обеспечивать экономию ресурсов без интеграции дополнительных устройств и ПО для интерпретации сигналов, а также гарантировать надежный, защищенный обмен данными между компонентами сетей и подсистем.
Обзор наиболее обсуждаемых протоколов
Modbus: один из наиболее распространенных, используется практически во всех сферах автоматизации (в частности, для учета расходов электроэнергии, воды, тепловых ресурсов). Основан на архитектуре «мастер-слейв», обеспечивает передачу данных через последовательные интерфейсы RS 485/422/232, сети TCP/IP. Преимущества: доступность, простота, невысокая стоимость технологии. Недостатки: не способен устранить несовместимость протоколов многих видов контрольного и учетного оборудования.
DLMS/COSEM: стек-ориентированный протокол на базе модели OSI. Используется в системах учета и контроля расходов электрики, газа, воды и тепла. Больше используется в западных странах. Преимущества: гибкость, возможность широкого выбора интерфейсов передачи данных, автоматическое определение модели интерфейса, стандартизация функционала устройств, контролируемый доступ к информации, дает возможность внедрять унифицированные драйвера, обеспечивающие связь между устройствами от разных производителей. Недостатки: не способен преодолеть некоторые ограничения по реализации стандарта, которые «прописаны» производителями, сложность протокола, невысокая популярность среди отечественных изготовителей.
M BUS: также широко применяется в сферах контроля и учета расходов энергетических, газовых, тепловых и водных ресурсов. Довольно популярен на Западе и в отечественной сфере решений для АСДУ. Архитектура шины – «мастер-слейв». Среда функционирования: телефонный кабель или кабель типа «витая пара». Поддерживает до 250 единиц оборудования в сети. Есть специализированные варианты протокола для беспроводных сетей.
Преимущества: любая топология сети на базе витой пары, качественная передача данных от большого количества устройств на расстояние до нескольких километров, высокая помехозащищенность, невысокие затраты на интеграцию и эксплуатацию, простота масштабирования системы, криптозащита данных. Недостатки: невысокая скорость передачи данных, не регламентирована интерпретация данных соответственно типам измерений и измерительным каналам, небольшой выбор соответствующих устройств на отечественном рынке, мало справочной и технической информации.
ГОСТ Р МЭК 60870-5: протокол применяется, в основном, в системах телемеханики и учета энергоресурсов. Охватывает большинство уровней сетевого взаимодействия (от физического до прикладного). Шифрование данных, поддержка работы со стандартными сетями TCP/IP, использование «физического» интерфейса UART, скорость – 300-9600 бод. Минусы: ограниченная поддержка протоколов в подсистемах высших уровней, невысокая популярность среди производителей счетчиков электроэнергии, недостаточная реализация поддержки взаимодействия оборудования с разными протоколами.
PLC (IEC 61344): стандарт, который используется, в основном, в системах учета и управления потреблением энергии, но может применяться для расходомеров, учета тепла, газа. Среда функционирования – электрические сети среднего и низкого напряжения. Основное достоинство – подходит для построения недорогих АСДУ бытового типа. Нет необходимости прокладки дополнительных информационных кабелей, вся информация может передаваться по электрическому кабелю. Простые и быстрые пусконаладочные работы. К недостаткам относится чувствительность к качеству кабельной силовой линии и ее контактам, ограниченность набора передаваемых данных, невозможность согласовать устройства с разными протоколами обмена данными.
Euridis:стандарт, ограниченный территориально и функционально. Используется протокол только в сфере учета электричества, в основном во Франции и Северной Африке. Среда передачи – витая пара. Для передачи в других средах необходимы шлюзы. Длина линии – до 500 метров, небольшое количество единиц оборудования (до 100), скорость передачи сравнительно низкая (до 1200 бит/с). Передача данных может быть асинхронной, полудуплексной, двунаправленной.
LonTalk от Echelon Corporation: предназначен для контроля и управления механизмами в сетях с разными средами коммуникации (витая пара, электролинии, оптоволокно, радиочастоты), входящих в АСДУ разного состава и назначения («умный дом», транспортный контроль, промышленность, подсистемы освещения, отопления, вентиляции, кондиционирования и так далее). Один из наиболее универсальных, многозадачных и признанных многими производителями оборудования протоколов на базе техноплатформы LonWorks. Базируется на спецификации по стандарту ANSI ANSI/CEA 709.1.
Принципы подбора протоколов
Основные требования к протоколам, используемым в системах автоматизации и диспетчеризации, были сформулированы еще в конце восьмидесятых годов прошлого столетия, и не утратили актуальность.
К таким требованиям можно отнести:
- открытость;
- доступность технической информации, систематизированной согласно модели OSI/ISO;
- не менее 1200 адресов;
- перво-уровневый доступ к среде обмена данными, логическая сегментация;
- функционирование в нескольких средах передачи;
- пособытийный опрос;
- оптимальная помехоустойчивость;
- работа с телеграммами переменной длины;
- «горячее» сетевое подключение контроллера;
- прогнозируемый сетевой обмен;
- механизмы сетевой диагностики;
- удаленное программирование контроллеров;
- максимальная функциональность и удобство ПО, для настройки и диагностики сетей.
С учетом разнообразия на современном рынке оборудования, работающего с разными протоколами, его эффективный подбор видится возможным только после изучения технических условий и всех расчетов, которые осуществляются во время проектирования, силами профильных специалистов в сфере организации систем автоматизации и диспетчеризации.
