Рабочие станции

Обычно это персональные компьютеры, находящиеся на рабочих местах сотрудников, решающих конкретную задачу с помощью ЭВМ. Поэтому рабочие станции оборудованы всеми необходимыми устройствами ввода-вывода. Обычно рабочие станции входят в сеть, в которой также имеются мощные серверы, поставляющие информационные ресурсы и необходимое сетевое программное обеспечение, хранение которого на рабочих станциях нецелесообразно. Обычно рабочие станции не предназначены для работы в реальном времени и используются на диспетчерском уровне АСУ ТП и на рабочих местах разработчиков.

5.3. Сетевые компоненты
систем автоматики

Целесообразно выделять в общей структуре системы отдельные локальные задачи, решение которых поручать локальным контроллерам. Контур управления, таким образом, замыкается на нижнем уровне. Сеть же позволяет контроллерам в качестве аргументов для вычисления управляющего вектора использовать переменные других контроллеров, обеспечивая связанность системы управления в целом. Такая архитектура существенно увеличивает производительность, надежность и масштабируемость систем. Международной организацией по стандартизации (ISO) в 1984 г. была сформулировала модель взаимодействия открытых систем (OSI). Выделяются семь уровней такого взаимодействия (рис 5.9):

1. Физический уровень (нижний). Отвечает за физическую среду передачи: кабели, разъемы, согласование линий связи, электрическое преобразование сигналов.

2. Канальный уровень. На этом уровне основная задача – логическое управление линией передачи, управление доступом к сети, обнаружение ошибок передачи и их исправления путём повторной посылки пакетов.

3. Сетевой уровень отвечает за адресацию пакетов данных, связывает физические сетевые адреса и логические имена, осуществляет выбор маршрута (маршрутизацию) доставки данных.

4. Транспортный уровень. Здесь осуществляется создание пакетов данных и гарантированная доставка этих пакетов. При необходимости используются процедуры восстановления потерянных данных.

Рис. 5.9. Уровни сетевого взаимодействия

5. Сеансовый уровень. Сеанс связи означает, что между абонентами сети установлено логическое соединение, определены логические имена, контролируются права доступа.

6. Представительский уровень. На этом уровне происходит преобразование рабочей информации в логическую и физическую форму, наиболее пригодную для дальнейшей передачи в сети. Здесь имеется ввиду такие процедуры, как сжатие, шифрование, преобразование форматов данных.

7. Прикладной уровень (уровень приложений). Уровень программ пользователя. Верхний уровень, непосредственно взаимодействующий с пользователем.

5.3.1. Локальные управляющие
вычислительные сети

Для передачи информации в системах автоматики всё шире используются не традиционные каналы связи, такие, как специализированные многожильные кабели, выделенные телефонные каналы и т.п. а локальные сети. Существенное различие при этом заключается не столько в виде физической среды передачи информации (кабеле), сколько в гораздо более сложных и эффективных способах кодирования, сжатия информации, а также в универсальности. К сожалению, современные решения, применяемые для построения локальных и глобальных информационных сетей (Internet) не всегда оказываются приемлемыми в силу нескольких причин, основные из которых:

не гарантированное время доставки информации, что малоприемлемо для систем реального времени;

сложность некоторых аппаратных решений, особенно для скоростных сетей.

В силу этого не будем останавливаться на стандартных решениях, а рассмотрим специальные сети, характерные для систем автоматики.

Foundation Fieldbus (далее FF) – самый молодой и быстро растущий стандарт на промышленную сеть. Он вобрал в себя самые современные технологии построения управляющей сети масштаба предприятия. Практически стандарт определяет два уровня сети. На нижнем уровне (Н1) в качестве физической среды передачи данных за основу взят стандарт IEC 61158-2, который позволяет использовать сеть FF на взрывоопасных производствах с возможностью запитки датчиков непосредственно от канала связи. Скорость передачи информации на уровне H1 составляет 31,5 кбит/с. На верхнем уровне (бывший H2) в настоящее время, как правило, используется FF HSE (High Speed
Ethernet), основанный, как видно из названия, на сети Ethernet со скоростью 100 Мбит/с. На физическом уровне интерфейсы
Н1 Foundation Fieldbus и PROFIBUS-РА используют одинаковую витую пару, одинаковые уровни сигналов и скорости передачи и позволяют оконечным устройствам запитываться непосредственно от канала связи. Более того, два этих протокола могут одновременно уживаться на одном и том же физическом участке сети.

Fieldbus является примером специализированной сети. Часто в системах автоматики используют сегменты обычных локальных и глобальных сетей. Невозможно провести четкую и однозначную границу между локальными и глобальными сетями. Большинство локальных сетей имеет выход в глобальную сеть, но характер передаваемой информации, принципы организации обмена, режимы доступа к ресурсам внутри локальной сети, как правило, сильно отличаются от тех, что приняты в глобальной сети. И хотя все компьютеры локальной сети в данном случае включены также и в глобальную сеть, специфики локальной сети это не отменяет. Возможность выхода в глобальную сеть остается всего лишь одним из ресурсов, разделяемых пользователями локальной сети. По локальной сети может передаваться самая разная цифровая информация: данные, изображения, телефонные разговоры, электронные письма и т.д. Кстати, именно задача передачи изображений, особенно полноцветных динамических изображений, предъявляет самые высокие требования к быстродействию сети. Чаще всего локальные сети используются для разделения (то есть совместного использования) таких ресурсов, как дисковое пространство, принтеры и выход в глобальную сеть, но это всего лишь незначительная часть тех возможностей, которые предоставляют средства локальных сетей. Например, они позволяют осуществлять обмен информацией между компьютерами разных типов. Абонентами (узлами) сети могут быть не только компьютеры, но и другие устройства, например принтеры, плоттеры, сканеры. Локальные сети дают возможность организовать систему параллельных вычислений на всех компьютерах сети, что позволяет многократно ускорить решение сложных математических задач. С их помощью можно также управлять работой сложной технологической системы или исследовательской установки с нескольких компьютеров одновременно. Упомянем о таких важнейших понятиях теории сетей, как сервер и клиент.

Сервером называется абонент (узел) сети, который предоставляет свои ресурсы другим абонентам, но сам не использует ресурсы других абонентов, то есть служит только сети. Серверов в сети может быть несколько, и совсем не обязательно сервер – это самый мощный компьютер. Выделенный сервер – это сервер, занимающийся только сетевыми задачами. Невыделенный сервер может заниматься помимо обслуживания сети и другими задачами. Специфический тип сервера – это сетевой принтер.

Клиентом называется абонент сети, который только использует сетевые ресурсы, но сам свои ресурсы в сеть не отдает, то есть сеть его обслуживает. Компьютер-клиента также часто называют рабочей станцией, каждый компьютер может быть одновременно как клиентом, так и сервером.

Под сервером и клиентом часто понимают также не сами компьютеры, а работающие на них программные приложения. В этом случае то приложение, которое только отдает ресурс в сеть, является сервером, а то приложение, которое только пользуется сетевыми ресурсами, является клиентом.