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.

4. Сети и сетевая технология в АСУ ТП

4.1. Основные положения сетевой технологии

Что такое сеть?

Это совокупность устройств и систем, которые подключены друг к другу (логически или физически) и общающихся между собой. Сюда можно отнести сервера, компьютеры, телефоны, маршрутизаторы и так далее. Размер этой сети может достигать размера Интернета, а может состоять всего из двух устройств, соединенных между собой кабелем.

Концепт-карта основных понятий сетевой технологии приведена на рис. 4.1.

Рис.4.1.а Концепт карта Основные понятия в формате содержательной картинки

Рис. 4.1.б Концепт карта в виде схемы

Рис. 4.1.в. Детализированная Концепт-карта основных понятий сетевой технологии

4.2. Топология сети

Виды сетей

Рис.4.2. Концепт-карта Сеть

Топология с общей шиной

Одна из первых физических топологий. Суть состоит в том, что к одному длинному кабелю подсоединяли все устройства, организовывая локальную сеть.

Рис. 4.3. Топология с общей шиной

Кольцевая топология

В данной топологии каждое устройство подключается к 2-ум соседним, создавая, таким образом, кольцо: c одного конца компьютер только принимает, а с другого только отправляет.

Рис.4.4. Кольцевая топология

Топология звезда

Все устройства подключаются к центральному узлу, который уже является ретранслятором.

Рис.4.5. Топология"Звезда"

Полносвязная топология

Все устройства связаны напрямую друг с другом. То есть с каждого на каждый. Данная модель является, пожалуй, самой отказоустойчивой, так как не зависит от других.

Рис.4.6. Полносвязная топология

Неполносвязная топология

Как правило, вариантов ее несколько. Она похожа по строению на полносвязную топологию. Отличие состоит в устройстве перенаправляющее сигналы.

Рис. 4.7. Неполносвязная топология

Смешанная (древовидная) топология

Самая популярная топология, которая объединила все топологии выше в себя.

На сегодняшний день, данная топология используется во всех средних и крупных компаниях.

Рис. 4.8. Древовидная топология

Концепт-карты по теме Топология сети представлены ниже

Рис. 4.10. Концепт-карта Топология сети

Топология сети. Локальная сеть

Концепт-карта Топология сети. Локальная сеть показана ниже.

Рис.4.11. Концепт-карта Топология сети. Локальная сеть.

4.3. Компоненты локальной сети

4.12. Концепт-карта компоненты локальной сети

Промышленные сети

Рис. 4.13. Концепт-карта Промышленные сети

4.4. Сетевые архитектуры

4.5. Ethernet

Понятие Ethernet

Ethernet — самая популярная сетевая архитектура. Она использует узкополосную передачу со скоростью 10 Мбит/с, топологию"шина", а для регулирования трафика в основном сегменте кабеля CSMA/CD (CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetection — множественный доступ с контролем несущей и обнаружением коллизий) — метод доступа, используемый в топологиях"шина"и"звезда".

Алгоритм работы Ethernet

Рис.4.14. Алгоритм множественного доступа с прослушиванием несущей и разрешением коллизий

Описание работы алгоритма CSMA/CD

Рабочие станции"прослушивают"канал передачи данных, чтобы определить, не осуществляет ли уже другая станция передачу кадра данных. Если ни одна из станций не передает,"слушающая станция"посылает свои данные. Суть"прослушивания"проверить наличие несущей (определенного уровня напряжения или света).

Среда (кабель) Ethernet является пассивной, т.е. получает питание от компьютера. Следовательно, она прекратит работу из-за физического повреждения или неправильного подключения терминатора.

Характеристики сети Ethernet

традиционная топология — линейная шина;

— другие топологии — звезда, шина;

— тип передачи — узкополосная;

— метод доступа — CSMA/CD;

— спецификации — IEEE 802.3;

— скорость передачи данных — 10 и 100 Мбит/с;

— кабельная система — толстый и тонкий коаксиальный, UTP.

Кадр Ethernet

Кадр Ethernet — это последовательность бит, которая начинает и заканчивает каждый пакет Ethernet, передаваемый по сети. Кадр состоит из заголовка и постинформации, которые окружают и инкапсулируют данные, генерируемые протоколами вышележащих уровней модели OSI. Информация в заголовке и постинформации указывает адрес системы, пославшей пакет, и системы, которая должна получить его, а также выполняет несколько других функций, важных для доставки к месту назначения.

Кадр IEEE 802.3

Кадр IEEE 802.3 является основным форматом кадра ETHERNET, определенный стандартом IEEE 802.3, I

Рис.4.15. Кадр IEEE 802.3

Стандарты IEEE на 10 Мбит/с

Рис.4.16. Сравнительная характеристика топологий сети Ethernet

Карта памяти по теме Архитектура сетей представлена ниже.

Рис.4.17. Карта памяти Виды архитектур

Рис.4.18. Карта памяти Архитектура сетей