Курс АСУ ТП непрерывных производств. Конспект лекций

Станислав Львович Горобченко, 2021

Этот курс о том, что такое АСУ ТП, как профессионально строятся системы АСУ ТП, как работают системы, и что нужно знать, чтобы работать с ними, включая выбор и применение технических средств автоматизации в непрерывных производствах, в особенности целлюлозно-бумажной промышленности и энергетике.Курс предназначен для начинающих специалистов и студентов дистанционных курсов "Автоматизированные системы управления технологическими процессами". Задачей модуля является предоставление Вам цельного видения материала на основе конспекта лекций, прочитанных автором по дисциплине "Автоматизированные системы управления технологическими процессами". В пособии Вы увидите системно сжатые материалы, которые помогут в освоении знаний. Это особенно важно, когда Вы уже прошли обучение и теперь Вам нужно подняться над простым знанием того или иного предмета до его полноценного обобщения. Модуль построен на основе технологии сжатия данных, знаниевых материалов и системных (когнитивных) карт памяти.

2. Основные понятия сетевой терминологии

2.1. Основные понятия сетевой терминологии

Понятие сети

Сеть — это совокупность объектов, образуемых устройствами передачи и обработки данных. Международная организация по стандартизации определила вычислительную сеть как последовательную бит-ориентированную передачу информации между связанными друг с другом независимыми устройствами.

По территориальному признаку различают:

Локальные

Глобальные

– — Городские

– — Региональные

– — Национальные

– — Транснациональные

Локальные вычислительные сети (ЛВС) или LocalAreaNetwork (LAN), расположенные в одном или нескольких близко расположенных зданиях. ЛВС обычно размещаются в рамках какой-либо организации (корпорации, учреждения), поэтому их называют корпоративными.

Распределенные компьютерные сети, глобальные или WideAreaNetwork (WAN), расположенные в разных зданиях, городах и странах, которые бывают территориальными, смешанными и глобальными. В зависимости от этого глобальные сети бывают четырех основных видов: городские, региональные, национальные и транснациональные. В качестве примеров распределенных сетей очень большого масштаба можно назвать: Internet, EUNET, Relcom, FIDO.

Коммуникационная сеть

Коммуникационная сеть предназначена для передачи данных по каналам связи, также она выполняет задачи с преобразованием данных.

Канал связи — путь или средство, по которому передаются сигналы. Существуют:

— Физический — соединение на основе витых пар, коаксиальных кабелей, оптических каналов или эфира.

— Логический — маршрут, проложенный между физическими каналами и узлами коммутации.

а)

б)

в)

Рис. 2.1. Организация физических каналов связи

а) витая пара; б) коаксиальный кабель; в) оптоволоконный кабель

Информационная сеть

Информационная сеть — предназначена для хранения информации и состоит из информационных систем.Информационная система — объект, способный осуществлять хранение, обработку или передачу информации.

Протокол, трафик и метод доступа

Протокол — это совокупность правил, устанавливающих формат и процедуры обмена информацией между двумя или несколькими устройствами.

Трафик — это поток сообщений в сети передачи данных. Под ним понимают количественное измерение в выбранных точках сети числа проходящих блоков данных и их длины, выраженное в битах в секунду.

Метод доступа — это способ определения того, какая из рабочих станций сможет следующей использовать канал связи и как управлять доступом к каналу связи

Топология

Топология — это описание физических соединений в сети, указывающее какие рабочие станции могут связываться между собой.

Рис.2.2. Топология сетей

Архитектура сетей

Архитектура — это концепция, определяющая взаимосвязь, структуру и функции взаимодействия рабочих станций в сети. Она предусматривает логическую, функциональную и физическую организацию технических и программных средств

Основные виды архитектур:

— Терминал — Главный компьютер

— Клиент — Сервер

— Одноранговая

Состав сетей

В состав сети в общем случае включается следующие элементы:

— сетевые компьютеры (оснащенные сетевым адаптером);

— каналы связи (кабельные, спутниковые, телефонные, цифровые, волоконно-оптические, радиоканалы и др.);

— различного рода преобразователи сигналов;

— сетевое оборудование.

Виды сетей

Различают два понятия сети: коммуникационная сеть и информационная сеть (рис. 1.1).

— Коммуникационная сеть предназначена для передачи данных, также она выполняет задачи, связанные с преобразованием данных. Коммуникационные сети различаются по типу используемых физических средств соединения.

— Информационная сеть предназначена для хранения информации и состоит из информационных систем.

Рис. 2.3. Информационные и коммуникационные сети

Компьютерная сеть

Компьютерная сеть состоит из информационных систем и каналов связи.

— Под информационной системой следует понимать объект, способный осуществлять хранение, обработку или передачу информация. В состав информационной системы входят: компьютеры, программы, пользователи и другие составляющие, предназначенные для процесса обработки и передачи данных

— Под каналом связи следует понимать путь или средство, по которому передаются сигналы. Средство передачи сигналов называют абонентским, или физическим, каналом.

— Логический канал — это путь для передачи данных от одной системы к другой. Логический канал прокладывается по маршруту в одном или нескольких физических каналах.

— Протокол — это совокупность правил, устанавливающих формат и процедуры обмена информацией между двумя или несколькими устройствами.

— Топология — это описание физических соединений в сети, указывающее какие рабочие станции могут связываться между собой.

— Архитектура — это концепция, определяющая взаимосвязь, структуру и функции взаимодействия рабочих станций в сети.

2.2. Преимущества использования сетей

Соединенные в сеть компьютеры обмениваются информацией и совместно используют периферийное оборудование и устройства хранения информации рис. 2.4.

Рис. 2.4. Использование периферийного оборудования

Компьютерная сеть позволит совместно использовать периферийные устройства, включая:

— принтеры;

— плоттеры;

— дисковые накопители;

— приводы CD-ROM;

— дисководы;

— стримеры;

— сканеры;

— факс-модемы;

Компьютерная сеть позволяет совместно использовать информационные ресурсы:

— каталоги;

— файлы;

— прикладные программы;

— игры;

— базы данных;

— текстовые процессоры.

2.3. Архитектура сетей

Определение архитектуры сети

Архитектура сетиопределяет основные элементы сети, характеризует ее общую логическую организацию, техническое обеспечение, программное обеспечение, описывает методы кодирования. Архитектура также определяет принципы функционирования и интерфейс пользователя.

Виды сетевых архитектур

Архитектура"терминал-главный компьютер"

Это концепция информационной сети, в которой вся обработка данных осуществляется одним или группой главных компьютеров.

Рассматриваемая архитектура предполагает два типа оборудования:

— главный компьютер, где осуществляется управление сетью, хранение и обработка данных;

— терминалы, предназначенные для передачи главному компьютеру команд на организацию сеансов и выполнение заданий, ввода данных для выполнения заданий и получения результатов.

Главный компьютер через мультиплексоры передачи данных (МПД) взаимодействует с терминалами, как представлено на рисунке ниже.

Рис.2.5. Архитектура"Терминал-главный компьютер"

Одноранговая архитектура

К одноранговым сетям относятся малые сети, где любая рабочая станция может выполнять одновременно функции файлового сервера и рабочей станции.

В одноранговых сетях дисковое пространство и файлы на любом компьютере могут быть общими.

Одноранговые сети являются наиболее легким и дешевым типом сетей для установки. Они на компьютере требуют, кроме сетевой карты и сетевого носителя, только операционной системы Windows 2000/02 или WindowsforWorkgroups. При соединении компьютеров, пользователи могут предоставлять ресурсы и информацию в совместное пользование.

Достоинства и недостатки одноранговых сетей

Достоинства:

— они легки в установке и настройке;

— отдельные ПК не зависят от выделенного сервера;

— пользователи в состоянии контролировать свои ресурсы;

— малая стоимость и легкая эксплуатация;

— минимум оборудования и программного обеспечения;

— нет необходимости в администраторе;

— хорошо подходят для сетей с количеством пользователей, непревышающим десяти.

Недостатки:

Существенным недостатком одноранговых сетей является отсутствие централизованного администрирования.

Использование одноранговой архитектуры не исключает применения в той же сети также архитектуры"терминал — главный компьютер"или архитектуры"клиент — сервер".

Архитектура"Клиент-сервер"

Это концепция информационной сети, в которой основная часть ее ресурсов сосредоточена в серверах, обслуживающих своих клиентов.

Рис.2.6. Архитектура"Клиент-сервер"

Рассматриваемая архитектура определяет два типа компонентов: серверы и клиенты.

Сервер — это объект, представляющий сервис — другим объектам сети по их запросам.

Клиенты — это рабочие станции, которые используют ресурсы сервера и предоставляют удобные интерфейсы пользователя.

В сетях с выделенным файловым сервером на выделенном автономном ПК устанавливается серверная сетевая операционная система. Этот ПК становится сервером. Программное обеспечение(ПО), установленное на рабочей станции, позволяет ей обмениваться данными с сервером.

Сети на базе серверов имеют лучшие характеристики и повышенную надежность. Сервер владеет главными ресурсами сети, к которым обращаются остальные рабочие станции.

Достоинства и недостатки клиент-серверной архитектуры

Достоинства:

— позволяют организовывать сети с большим количествомрабочих станций;

— обеспечивают централизованное управление учетнымизаписями пользователей, безопасностью и доступом, чтоупрощает сетевое администрирование;

— эффективный доступ к сетевым ресурсам;

— пользователю нужен один пароль для входа в сеть и для получения доступа ко всем ресурсам, на которые распространяются права пользователя.

Недостатки:

— неисправность сервера может сделать сеть неработоспособной, как минимум потерю сетевых ресурсов;

— требуют квалифицированного персонала для администрирования;

— имеют более высокую стоимость сетей и сетевого оборудования.

Выбор архитектуры

Следует выбрать одноранговую сеть, если:

— количество пользователей не превышает десяти;

— все машины находятся близко друг от друга;

— имеют место небольшие финансовые возможности;

— нет необходимости в специализированном сервере, таком как сервер БД, факс — сервер или какой-либо другой;

— нет возможности или необходимости в централизованном администрировании.

Следует выбрать клиент-серверную сеть, если:

— количество пользователей превышает десять;

— требуется централизованное управление, безопасность, управление ресурсами или резервное копирование;

— необходим специализированный сервер;

— нужен доступ к глобальной сети;

— требуется разделять ресурсы на уровне пользователей.