Өнеркәсіптік желі топологиясындағы ақаулар: Schneider Modicon және Phoenix Contact жүйелеріндегі сызықтық, жұлдызша, сақина және ағаш топологияларының істен шығуы

Өнеркәсіптік жүйенің үздіксіз жұмыс істеуі үшін желі топологиясын білу неге маңызды?

Әрбір өнеркәсіптік желінің өзіндік құрылымы бар, ал әрбір құрылымның істен шығу белгісі болады. Алайда инженерлердің көпшілігі бұл белгілерді тек ақау болған кезде үйренеді. Мен мұны құю желісінде қиын жолмен түсіндім. Schneider Modicon M580 PLC құрылғысы үш Altivar VFD-ін Modbus RTU арқылы тізбектей қосты. VFD-2-дегі бір босап қалған клемма VFD-3-пен байланысты үзді, ал VFD-1 қалыпты түрде сұрау жіберіп тұрды. Топология картасына ешкім сенбегендіктен, желі төрт сағатқа тоқтады. Сондықтан желілік, жұлдызша, сақина және ағаш тәрізді топологиялардың істен шығу ерекшеліктерін ақау туындамай тұрып зерттеңіз.

Желілік топологияда аяқтау және ұзындыққа қатысты қандай қателіктер жиі кездеседі?

Желілік топология құрылғыларды бірінші түйіннен N түйініне дейін тізбектей қосады. Ол кабельді аз қажет етеді және шағын, аса маңызды емес қолданбаларға қолайлы. Алайда оның жасырын қауіптері бар. Біріншісі — аяқтау кедергісі. RS-485 Modbus RTU сегментіне физикалық екі шетіне де 120 Ом аяқтау кедергісі қажет. Profibus DP сегментіне арнайы аяқтау желісі керек: дұрыс шина коннекторларын пайдаланып, жұп сым арасына 220 Ом және 390 Ом ығыстыру резисторлары орнатылады; олар тек бірінші және соңғы құрылғыда қосылуы тиіс. Бұған қоса, бір магистральда үш қосулы аяқтау құрылғысы тұрғанын кездестіргенмін. Сигнал шағылыстары кадрларды кездейсоқ бұрмалап, CRC қателері M580 ерекше жағдайлар журналына толып кетті. Екіншісі — қашықтық. Modbus RTU магистралі 9 600 бод жылдамдықта шамамен 1 200 метрге дейін сенімді жұмыс істейді. Жылдамдықты 115 200-ге көтерсеңіз, қауіпсіз ұзындық айтарлықтай қысқарады. Соңында, ақаудың асимметриясын есте сақтаңыз. Қуаты өшірілген құрылғы әдетте тізбекті өткізе береді. Ал қысқа тұйықталған клемма бүкіл желіні үзеді.

• 1-қадам: Физикалық магистральды аралап, әр құрылғының орнын қағазға түсіріңіз.
• 2-қадам: Аяқтау құрылғысының басқа жерде емес, дәл екі физикалық шетте ғана қосулы екенін тексеріңіз.
• 3-қадам: Ығыстыру кернеуі мен сигнал сапасын желі тестерімен өлшеңіз.
• 4-қадам: Бод жылдамдығын кабельдің жалпы ұзындығымен салыстырыңыз және шекті мәнге жақын болса, жылдамдықты азайтыңыз.

Жұлдызша топологиясы орталық коммутатордың жарамдылығына неге толық тәуелді?

Жұлдызша топологиясында барлық құрылғы бір орталық коммутаторға қосылады. Ақауды іздеу оңай, ал кеңейту ыңғайлы. Алайда орталық құрылғы — істен шығудың жалғыз нүктесі. Егер коммутатор істен шықса, онымен бірге бүкіл ұяшық та тоқтайды. Мен Phoenix Contact FL SWITCH басқарылатын коммутаторы Modbus TCP байланыс модулі арқылы қосылған Modbus TCP ұяшығын сүйемелдейтін зауытта жұмыс істеймін. Коммутатор жұмысын жалғастырды, бірақ бір жолы қате бапталған порт бір IO-Scanner-ден мультикаст трафигін тасқындатты. Бірнеше секунд ішінде барлық Modbus TCP клиенттерінің күту уақыты аяқталды. Бұған қоса, басқарылмайтын коммутатор мұндай ақау туралы хабарлай да алмайды. Сондықтан өндіріс үшін маңызды жерлерде басқарылатын коммутаторларды пайдаланыңыз. Мультикаст трафигін шектеу үшін IGMP snooping функциясын қосыңыз. Соңында порт статистикасын баптап, пайдаланушылар байқамай тұрып қателер есептегіштерінің өсуі туралы дабыл орнатыңыз.

• 1-қадам: Өндірістік ұяшықтардағы басқарылмайтын коммутаторларды басқарылатын құрылғыларға ауыстырыңыз.
• 2-қадам: IGMP snooping функциясын қосып, порт статистикасын апта сайын тексеріңіз.
• 3-қадам: Пайдаланылмайтын порттарды құлыптап, жылдамдық пен дуплексті қолмен белгілеңіз.
• 4-қадам: Әрбір маңызды ұяшық үшін бағдарламаланған, суық резервтегі бір коммутаторды сөреде ұстаңыз.

Сақиналы топологияда резервтеуді қалай дұрыс баптауға болады?

Сақиналы топология әрбір құрылғыға екі байланыс жолын береді. Қалыпты жұмыс кезінде бір жол логикалық түрде бұғатталып, сақина желі сияқты жұмыс істейді. Кабель үзілсе, сақина балама жол арқылы қайта қалпына келеді. Алайда қалпына келу толығымен дұрыс баптауға байланысты. Phoenix Contact басқарылатын коммутаторлары IEC 62439-2 стандартында белгіленген MRP — Media Redundancy Protocol протоколын қолдайды. MRP үшін дәл бір коммутатор сақина менеджері, яғни MRM ретінде бапталуы керек, ал қалғандары клиенттер болады. Дұрыс бапталған жағдайда қалпына келу 200 миллисекундтан аз уақыт алады. Schneider Modicon M580 қашықтағы IO түйіндеріне арналған жеке резервтік сақинасын ұсынады. Сондықтан әр іске қосу кезінде менеджер рөлін тексеріңіз. Бірде екі түрлі мердігер баптаған екі менеджері бар сақинаны тексердім. Желі бірнеше ай бойы қалыпты жұмыс істеді. Кейін бір кабельдің ажыратылуы қайталанатын пакеттер мен тасқын трафигін туғызып, бүкіл сегмент тұрақсыз болып кетті. Бұған қоса, сақиналардың екінші заңын есте сақтаңыз: бірінші үзілістен кейін сізде резервтеусіз желі қалады. Үзілісті дереу жөндеңіз.

• 1-қадам: Әр сақина сегментінде дәл бір MRP менеджері бар екенін растаңыз.
• 2-қадам: Іске қосу кезінде бір кабельді әдейі ажыратып, сақинаны сынаңыз.
• 3-қадам: Қалпына келу уақытын процестің рұқсат етілген шегімен салыстырып өлшеңіз.
• 4-қадам: Сақинаны қайта баптау оқиғалары туралы дабыл орнатыңыз, сонда үзілген кабель сол күні жөнделеді.

Иерархиялық ағаш тәрізді топологияда таратылымдық дауылдарды қалай болдырмауға болады?

Ағаш тәрізді топологиялар ірі зауыттарда жақсы масштабталады. Ұяшық коммутаторлары аймақтық коммутаторларға біріктіріледі, ал аймақтық коммутаторлар зауыттың магистральдық желісіне қосылады. Алайда иерархия тәуелділіктер қалыптастырады. Жоғары деңгейдегі коммутатор істен шықса, оның төменіндегі барлық құрылғы байланыстан қалады. Бұған қоса, бір қарапайым сымдау қатесі бүкіл ағашты істен шығаруы мүмкін. Екі коммутатор арасындағы артық патч-кабель Ethernet тұзағын жасайды. Таратылымдық кадрлар шексіз айналып, бірнеше секунд ішінде барлық коммутаторды шамадан тыс жүктейтін таратылымдық дауыл туындайды. Мұндай жағдайдың бүкіл орау цехын тоқтатқанын көрдім. Барлық жабдық сау болып көрінгенімен, PLC құрылғылары мен HMI жүйелері кездейсоқ байланысын жоғалтты. Егер Spanning Tree Protocol тым баяу әрекет етсе немесе мүлде бапталмаса, дауыл жеңеді. Сондықтан иерархияда жылдам spanning tree функциясын қосып, әрбір жоғары бағыттағы кабельді физикалық түрде таңбалаңыз.

• 1-қадам: Барлық иерархиялық Phoenix Contact коммутаторларында RSTP функциясын дұрыс басымдықтармен қосыңыз.
• 2-қадам: Кездейсоқ айқас қосылуды болдырмау үшін әр жоғары бағыттағы кабельді таңбалап, түс бойынша кодтаңыз.
• 3-қадам: Әр порттағы таратылымдық пакеттерді бақылап, күрт өсуі туралы дабыл орнатыңыз.
• 4-қадам: Коммутатор бөлмесін құлыптап, кез келген патчтау жұмысына өзгеріс енгізуді мақұлдау тәртібін талап етіңіз.

Қорытынды және әрекет жөніндегі кеңестер

Топологияның істен шығуы — ең қолайсыз сәтте байқалатын жобалау қателері. Біріншіден, әрбір RS-485 магистральның аяқталуын және ұзындық қорының дұрыстығын тексеріңіз. Екіншіден, басқарылатын коммутаторларды стандартқа айналдырып, операторлар дабылды көрмей тұрып олардың статистикасын оқыңыз. Бұған қоса, іске қосу кезінде әрбір резервтік сақинаны кабельді физикалық түрде ажыратып сынаңыз. Алайда іске қосу сынағынан өткен сақина әлі де сау деп ешқашан ойламаңыз — әр коммутатор ауыстырылғаннан кейін менеджер рөлін тексеріңіз. Сондықтан топология сызбаларын жаңартып отырыңыз және оларды бақыланатын құжаттар ретінде қарастырыңыз. Соңында, осы нұсқаулықтағы ақау жаттығуларын командаңызбен бірге өткізіңіз. Сақинаның жұмысын үйренудің ең жақсы уақыты — жоспарланған сынақ, түнгі сағат 3-тегі ақау емес.

Автор: Xu Jiawei — PLC, DCS және басқару жүйелері саласында 10 жылдан астам тәжірибесі бар өнеркәсіптік автоматтандыру инженері.