ΒΑΣΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ 3ο ΜΕΡΟΣ ΒΑΣΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΔΙΚΤΥΩΝ

Πραγματικός Χρόνος – Real Time Μεταγωγή Πακέτων – Μηνυμάτων Τεμαχισμός Μηνυμάτων σε Πακέτα Τύποι Βιομηχανικής δικτυακής κίνησης

ΔΙΚΤΥΑ ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΟΥ ΧΡΟΝΟΥ Η ανταλλαγή μηνυμάτων μεταξύ συσκευών (αισθητές, ενεργοποιητές, προγραμματιζόμενοι λογικοί ελεγκτές) μπορεί να είναι κρίσιμη και πρέπει να γίνεται πριν τη λήξη ενός συγκεκριμένου χρονικού ορίου, για την επίτευξη είτε της σωστής λειτουργίας ή την εξασφάλιση συνθηκών ασφάλειας προσωπικού και εγκαταστάσεων Δίκτυα Αυστηρού Πραγματικού Χρόνου (hard real-time network) Ο χρόνος κάθε επικοινωνίας έχει ένα αυστηρά καθορισμένο χρονικό σημείο λήξης (deadline). Ο όρος κρίσιμου χρόνου (time-critical) δηλώνει την απαίτηση μετάδοσης των πακέτων μέσα σε κρίσιμο χρόνο, όπως πχ. στην περίπτωση εφαρμογών συναγερμού. Το MAC πρωτόκολλο, ως το κατώτατο επικοινωνιακό πρωτόκολλο, πρέπει να παρέχει τη δυνατότητα μετάδοσης πακέτων μέσα σε αυστηρά καθορισμένο χρόνο ή όριο καθυστέρησης Δίκτυα Eλαστικού Πραγματικού Χρόνου (soft real-time networks) Επιτρέπεται η παραβίαση του χρονικού ορίου μετάδοσης για ένα περιορισμένο ποσοστό πακέτων ανάλογα με την εφαρμογή. Ένα πακέτο που δεν έχει μεταδοθεί επιτυχώς μέσα στο χρονικό όριο θεωρείται χαμένο (lost, discard), άσχετα αν τελικά λαμβάνεται από το σταθμό προορισμού. Είναι ΔΕΚΤΟ ένα μικρό ποσοστό απώλειας μηνυμάτων.  

ΜΕΤΑΓΩΓΗ (ΜΕΤΑΔΟΣΗ) ΜΗΝΥΜΑΤΩΝ ΜΕΤΑΓΩΓΗ (ΜΕΤΑΔΟΣΗ) ΜΗΝΥΜΑΤΩΝ Η ανομοιομορφία της παραγόμενης κίνησης (πχ. εύρους μηνυμάτων) οδηγεί σε ανεπιθύμητες καταστάσεις, όσον αφορά την διακίνηση πληροφορίας πραγματικού χρόνου ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ: Μετάδοση τριών μηνυμάτων (1, 2, 3). Το εύρος του 1 είναι πολύ μεγάλο. Τα δύο (2, 3) είναι μικρού εύρους αυστηρού πραγματικού χρόνου (πχ. μηνύματα συναγερμών). Το (1) καταλαμβάνει το κανάλι για μεγάλο χρονικό διάστημα, ώστε παραβιάζονται οι απαιτήσεις απόκρισης των (2) και (3)  ΔΕΝ μεταδίδονται μέσα στο επιτρεπτό διάστημα χρόνου και απορρίπτονται

ΜΕΤΑΓΩΓΗ (ΜΕΤΑΔΟΣΗ) ΠΑΚΕΤΩΝ ΜΕΤΑΓΩΓΗ (ΜΕΤΑΔΟΣΗ) ΠΑΚΕΤΩΝ Το κάθε μήνυμα «τεμαχίζεται» σε μικρότερες μονάδες πληροφορίας σταθερού εύρους (πχ. 256 Bytes) που ονομάζονται Πακέτα. ΠΡΟΗΓΟΥΜΕΝΟ ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ: Η μετάδοση τριών μηνυμάτων (1, 2, 3). Το 1 τεμαχίζεται σε 11 πακέτα. Τα 2 και 3 «χωρούν» αντίστοιχα μέσα σε ένα πακέτο το καθένα. Η μεταγωγή γίνεται όπως φαίνεται στο κάτω σχήμα. ΔΕΝ παραβιάζονται οι απαιτήσεις πραγματικού χρόνου των 2 και 3.

Ο ΤΕΜΑΧΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΜΗΝΥΜΑΤΟΣ ΣΕ ΠΑΚΕΤΑ ΚΑΙ Η ΜΕΤΑΔΟΣΗ ΤΩΝ ΠΑΚΕΤΩΝ

ΤΥΠΟΙ ΚΙΝΗΣΗΣ ΣΕ ΔΙΚΤΥΑΚΕΣ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ Σύγχρονη ή Περιοδική Κίνηση (Synchronous Traffic): - Περιοδική δειγματοληψία / μετάδοση των τιμών μεταβλητών από Αισθητήρια - Μετάδοση δεδομένων και εντολών προς Ενεργοποιητές Συνήθως υπόκειται σε αυστηρούς περιορισμούς ως προς το επιτρεπόμενο μέγιστο χρόνο απόκρισης (κλασσικές βιομηχανικές εφαρμογές είναι της τάξης 5 - 50 ms Ασύγχρονη Kίνηση (Αsynchronous Traffic): Τυχαία παραγόμενα πληροφοριακά πακέτα ή μηνύματα - φόρτωμα προγραμμάτων / παραμέτρων (όχι πραγματικού χρόνου) - συλλογή στοιχείων για επεξεργασία / διάγνωση κατάστασης συσκευών πεδίου (όχι πραγματικού χρόνου) - συλλογή πληροφορίας για διαμόρφωση τρόπου της λειτουργίας συσκευών συστήματος   (όχι πραγματικού χρόνου) - σήματα υψηλής προτεραιότητας (πχ. σήματα συναγερμού) απαιτούν εξυπηρέτηση σε αυστηρό (κρίσιμο) πραγματικό χρόνο  Ασύγχρονη κίνηση κρίσιμου χρόνου (10% της συνολικής ασύγχρονης κίνησης)

Απαιτήσεις σύγχρονης Βιομηχανικής Επιχείρησης Επικοινωνιακές ανάγκες Βιομηχανικού περιβάλλοντος – Γιατί Βιομηχανικά Δίκτυα ?? Μοντέλο 5 επιπέδων (CIM)

Απαιτούνται ·  Ακρίβεια στην παραγωγική διαδικασία και στην ροή της πληροφορία από το πεδίο ελέγχου (field) έως τα κεντρικά γραφεία (enterprise - CEO) ·  Ολοκληρωμένη παραγωγική δομή από το πεδίο ελέγχου έως τα κεντρικά γραφεία. ·  Πυραμιδοειδής κατανομή της πληροφορίας με απεικόνιση μόνο της αναγκαίας πληροφορίας ανά επίπεδο (φιλτράρισμα) ανάλογα με τις απαιτήσεις του επιπέδου. ·  Αποδοτική και σαφής απεικόνιση διεργασιών / δεδομένων της βιομηχανικής παραγωγής σε κάθε επίπεδο μέσω των συστημάτων Human Machine Interface (HMI) - SCADA

Αναγκαία Υποδομή: Βιομηχανικά δίκτυα πεδίου ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΚΕΣ ΑΝΑΓΚΕΣ ΣΤΟ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ Τάση ολοκλήρωσης όλων των διαδικασιών της σε ενιαίο λειτουργικό σχήμα Ολοκληρωμένη βιομηχανική παραγωγή με Η/Υ (CIM – Computer Integrated Manufacturing Αξιόπιστη Ροή πληροφορίας σε διεργασίες και συστήματα παραγωγής Κατανεμημένα συστήματα ελέγχου αυτοματισμών βασισμένα σε Η/Υ (Distributed Computer Control Systems – DCS) Συστήματα εποπτείας ελέγχου και συλλογής δεδομένων (Supervisory Control / Data Acquisition Systems – SCADA Δικτυωμένοι Προγραμματιζόμενοι λογικοί ελεγκτές (Programmable Logic Controllers – PLC) Εργαλεία μηχανικής λογισμικού (Programming Languages - S/W engineering tools) Αναγκαία Υποδομή: Βιομηχανικά δίκτυα πεδίου

ΠΩΣ ΕΠΙΤΥΓΧΑΝΕΤΑΙ

Αρχιτεκτονική Βιομηχανικών Συστημάτων Κεντρικοποιημένη πχ. DCS Κατανεμημένη πχ. με Δίκτυα Πεδίου

Η ΕΞΕΛΙΞΗ ΤΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΚΑΙ Η ΑΝΤΙΣΤΟΙΧΗ ΕΞΕΛΙΞΗ ΤΩΝ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ ΚΑΙ ΕΛΕΓΧΟΥ

Υπολογιστική Νοημοσύνη και Δυνατότητα Επικοινωνίας σε «μικρά συστήματα» (Μικροϋπολογιστές – Μικροελεγκτές)

Κεντρικοποιημένη Αρχιτεκτονική Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική

Κεντρικοποιημένη Αρχιτεκτονική Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική   Ύπαρξη μεγάλου αριθμού διεπαφών (Ι.S) και καλωδιώσεων Μεγάλο κόστος εγκατάστασης και συντήρησης Χρονοβόρα διαδικασία προσθήκης νέων γραμμών Χαμηλή αξιοπιστία λειτουργίας λόγω της κεντρικοποιημένης αρχιτεκτονικής Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική      Μείωση του αριθμού των καλωδίων για σύνδεση συσκευών πεδίου  μείωση του κόστους εγκατάστασης Δυνατότητα προσθήκης νέων συσκευών πεδίου με εύκολο τρόπο. Δυνατότητα υποστήριξης νέων προηγμένων λειτουργιών και υπηρεσιών, που εκμεταλλεύονται τις ιδιότητες των ευφυών αισθητών πχ. αυτοδιάγνωση καλής λειτουργίας, δυναμικός προγραμματισμός κ.λ.π.  Δυνατότητα χρήσης ψηφιακών συσκευών πεδίου με ικανότητα μέτρησης ταυτοχρόνως πολλαπλών μεγεθών (π.χ. θερμοκρασία, πίεση, ροή, κ.λ.π.). Αποφυγή “Single point of Failure” Υψηλή αξιοπιστία λειτουργίας

ΤΟ ‘ΠΕΡΙΟΡΙΣΜΕΝΟ’ OSI MONTΕΛΟ ΑΝΑΦΟΡΑΣ Οι "περιορισμένες” αρχιτεκτονικές προέρχονται από το βασικό μοντέλο του OSI-RM αφαιρώντας μερικά επίπεδα με τις αντίστοιχες λειτουργίες του Χρησιμοποιούνται σε βιομηχανικές εφαρμογές Δίνουν έμφαση στην εξασφάλιση υψηλής επικοινωνιακής απόδοσης έναντι των λειτουργικών υπηρεσιών.

ΑΝΟΙΚΤΗ ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΗ Δυνατότητα του συστήματος να συνδέεται με άλλα συστήματα / αντλεί - δίνει πληροφορίες / ενσωματώνεται - ενσωματώνει άλλα συστήματα ή βιομηχανικές συσκευές χωρίς να απαιτείται σημαντικός χρόνος ή επιπλέον εργασία ΧΡΟΝΙΚΗ ΚΡΙΣΙΜΟΤΗΤΑ ΔΙΕΡΓΑΣΙΩΝ Ύπαρξη σαφώς προκαθορισμένου χρονικού διαστήματος εντός του οποίου πρέπει να έχουν σωστά μεταδοθεί όλες οι πληροφορίες οι οποίες έχουν σχέση με τη διεργασία ΕΦΕΔΡΙΚΟΤΗΤΑ - ΠΛΕΟΝΑΣΜΟΣ Συνδεδεμένη με κρισιμότητα της βιομηχανικής διεργασίας είναι η απαίτηση για εφεδρικότητα (redundancy) τμημάτων ή του συνολικού συστήματος ΚΑΤΑΝΟΜΗ ΙΣΧΥΟΣ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑΣ Βιομηχανικές διεργασίες είναι κατανεμημένες χωρικά / χρονικά. Υπάρχει κατανομή του ελέγχου. Η διαδικασία ελέγχου κατανέμεται σε διάφορα σημεία της διεργασίας ΧΕΙΡΙΣΜΟΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ Τα SCADA συστήματα παρέχουν δυνατότητες παρακολούθησης μέσω οπτικοποιημένων οθονών και μιμικών διαγραμμάτων - εύκολη παρακολούθηση για το μέσο εργαζόμενο ΚΟΣΤΟΣ Κόστος εγκατάστασης / προγραμματισμού / επίλυσης προβλημάτων διεργασίας - πολύ μεγάλο κόστος συντήρησης του συστήματος. Βαθμιαία ανάπτυξη συστήματος  Κλιμακωτό κόστος ανάπτυξης ΦΥΣΗ ΤΗΣ EΦΑΡΜΟΓΗΣ