Применение сетевого оборудования в промышленности



Перспектива развития современной промышленности – увеличение степени автоматизации, что позволит снизить влияние человеческого фактора при управлении технологическими процессами. Также существенно увеличится надежность и, как следствие, повысится эффективность производства.

Организации активно внедряют системы удаленного мониторинга и контроля. Их применение означает, что большая часть процедур будет проходить без непосредственного участия людей. Параметры технологического процесса регистрируются датчика и из цехов к местам принятия решения, например, в диспетчерскую. Обратно поступает управляющий сигнал, вносящий коррективы в работу.

Для нормальной работы системы необходимы надежные средства передачи данных. В качестве таких средств применяются информационные сети организаций, в частности локальные вычислительные (ЛВС). Они создают общее информационное пространство, объединяя инфраструктуру заводских комплексов, системы учета, охрану, наблюдение, другие элементы контроля и безопасности.

Физической основой ЛВС является сетевое оборудование. К нему принято относить: конечные (пользовательские) устройства, серверы, специализированное оборудование для перенаправления или преобразования сигнала, а также средства соединения – кабели.

Отличие профессионального/промышленного сетевого оборудования от потребительского

При установке офисных устройств коммуникации на производственных площадках, оказывается, что они неудовлетворительно работает в сложных условиях и быстро выходят из строя. Сетевое оборудование в индустриальном исполнении должно обладать:

  • Высокой степенью защиты от пыли и влаги;
  • Устойчивостью к вибрациям;
  • Системой резервирования;
  • Повышенной защитой от электромагнитного и механического воздействия;
  • Устойчивостью к определенному диапазону температур (зависит от применения);
  • Высокой надежностью.

Чтобы соответствовать данным требованиям, при производстве промышленного сетевого оборудования используются более дорогие компоненты, способные функционировать при экстремально низких или высоких температурах.

Паяные соединения в обязательном порядке подвергают лакировке. Это позволяет защитить элементы от воздействия окружающей среды. Однако платы лакировке не подвергают, как правило, они, в промышленном исполнении, обладают собственной защитой.

Все оборудование проходит дополнительное тестирование. Одни этапы позволяют проверить функциональность устройств в экстремальных условиях эксплуатации, другие дают возможность выявить скрытые дефекты, не обнаруженные ранее.

Взрывозащищенное сетевое оборудование

На производственных предприятиях, а также в добывающей отрасли, работы часто осуществляются в условиях, которые определяются как взрывоопасные. Согласно ГОСТ IEC 60079-10-1-2013, существует три класса взрывоопасных зон:

  • Зона 0 – имеется постоянная утечка взрывоопасного газа, вызванная технологическим процессом;
  • Зона 1 – есть вероятность наличия взрывоопасной газовой смеси в результате нормальной работы оборудования;
  • Зона 2 – в нормальных условиях работы наличие взрывоопасного газа маловероятно.

Остальные условия, согласно нормативным документам, к взрывоопасным не относятся. К электрооборудованию, работающему в перечисленных зонах, предъявляются особые требования. В первую очередь, важно, чтобы не было искрения. Другое требование относится к коррозионной стойкости, при эксплуатации устройства в химически активной среде. Остальные связаны с конструктивными особенностями приборов и установлены индивидуально для различных сред.

Сетевое оборудование, применяемое во взрывоопасных условиях должно быть сконструировано соответствующим образом, согласно заявленной степени защиты:

  • Устройство имеет обычные электрокомпоненты. При этом оболочка абсолютно герметична и не производит газообмен с внешним пространством;
  • Конструкцией устройства предусмотрено, что оно не нагревается до опасных температур, а также не вызывает искрения;
  • Прибор укомплектован обыкновенными электрокомпонентами, корпус не является герметичным. При взрыве оболочка аппарата не разрушается, нет ее нагрева, воспламененные частицы не распространяются вне корпуса.

Применение данных систем востребовано на предприятиях химической промышленности, а также в условиях шахт, где существует опасность накапливания рудничного газа. Сетевое оборудование во взрывозащищенном исполнении используется для создания комплексов видеонаблюдения, связи, контроля доступа, также применяется для автоматизации технологических процессов.

Проводное промышленное сетевое оборудование

По условиям эксплуатации и назначению сеть промышленного предприятия условно можно разделить на три зоны:

  • Сеть офисных помещений;
  • Сеть расположенная в цехах;
  • Элементы сети, расположенные непосредственно на оборудовании.

В офисах инженерно-технические работники занимаются разработкой и совершенствованием продукции и процессов ее производства. При должном уровне автоматизации и развитии ЛВС, управляющие программы можно отправлять непосредственно на оборудование, где они немедленно реализуются.

Оборудование должно быть оснащено соответствующим образом, чтобы иметь возможность выполнять программы или вносить изменения в технологический процесс: корректировать температуру, дозировку, режим, направление, менять инструмент, материал, а также выполнять другие действия. Современные станки с числовым программным управлением – станки с ЧПУ – обладают большей частью перечисленных функций.

Также, необходимо обеспечить обратную связь, чтобы получать данные непосредственно от оборудования. Для этого используются датчики, которые в режиме реального времени отображают необходимую информацию. Это позволяет следить за процессом, прогнозировать его развитие, вовремя осуществлять коррекцию.

Применение систем востребовано не только на производственных предприятиях, а также в других сферах, где требуется дистанционный контроль типовых технологических процессов: при добыче полезных ископаемых, в строительстве.

Основная часть сетевого оборудования – устройства для промежуточной обработки сигнала. Они делятся на две большие группы: активные и пассивные. Активные устройства постоянно анализируют состояние каналов передачи, выбирают режимы функционирования и маршруты движения данных так, чтобы снижать нагрузку на сеть. Аналитические возможности устройство получает за счет встроенных алгоритмов. К данному типу относятся:

  • Сетевые мосты. Увеличивают дальность передачи данных. Могут усиливать и конвертировать сигнал;
  • Коммутаторы. Аналогично мостам усиливают сигнал, но обладают высокой скоростью работы за счет функции передачи данных по частям. Могут одновременно поддерживать несколько соединений;
  • Шлюзы – устройства с несколькими интерфейсами, что позволяет соединять сети на основе разных стандартов передачи данных. Разновидность шлюзов – маршрутизаторы. Устройства структурирующие сеть. Коммуникация с помощью маршрутизаторов позволяет разделить единое информационное пространство на сегменты, что делает систему более устойчивой к сбоям.
  • Сетевые экраны. Защитные средства сети. Они фильтруют потоки данных, устраняя угрозу несанкционированного доступа.

Пассивным считается оборудование не имеющее отдельного питания от электросети. Оно перераспределяет сигнал, способствует его затуханию. Также сюда относят инфраструктуру сети – кабели, разъемы, коннекторы.

Чтобы обеспечить передачу данных между оборудованием, применяют следующие виды кабеля:

  • Витая пара;
  • Коаксиальный;
  • Оптоволоконный.

Витая пара выполняется в виде двух скрученных проводов. Существуют экранированные и неэкранированные разновидности. Отличается низкой стоимостью, однако сигнал в данном кабеле быстро затухает. Не рекомендуется применять, если расстояние между активным оборудованием превышает 100 метров.

Коаксиальный кабель обладает более сложной конструкцией. В центре расположен цельный или двойной проводник. Вокруг находится слой диэлектрического материала. Следующий слой – проводящий, выполнен из алюминиевой фольги, либо сделан в виде металлической оплетки. Слой выполняет экранирующую функцию. Последний слой сделан из диэлектрика. В зависимости от способа передачи типа сигнала (цифровой или аналоговый) дальность может составлять от 4 до 50 километров.

Оптоволокно передает сигнал в виде светового луча. Скорость составляет порядка 2 Гбит/с. Тип передачи – многоканальный, симплексный. Сам кабель всегда имеет четное количество волокон – это необходимо, чтобы связь была двусторонней. Главные достоинства: высокая скорость и невосприимчивость к электромагнитным помехам. Недостатки: высокая стоимость оборудования, сложность подключения.

От правильного выбора кабеля зависит надежность системы. Для прокладки промышленных сетей это наиболее актуально, потому что кабели работают в сложных условиях. Они должны выдерживать высокие температуры, вибрации, должны быть устойчивы к истиранию, к воздействию масел, смазок, горючего. При прокладке сетей на производствах необходимо учитывать все нюансы условий эксплуатации и выбирать кабель с достаточной защитой.

Беспроводное профессиональное/промышленное сетевое оборудование

Беспроводные технологии прочно вошли в жизнь человека и применяются практически во всех областях деятельности. Достоинства данных технологий отлично подходят для решения многих производственных задач. Оборудование совместимо с проводным оборудованием и легко интегрируется в уже имеющуюся сеть.

Основным элементом системы является беспроводная точка доступа. Используются для создания беспроводной сети и для реализации подключения к ней внешних устройств. Применяемое в промышленности сетевое оборудование обладает повышенной защитой от негативных факторов: экстремальных температур, загрязненности, влажности.

Оборудование оснащается разъемами Ethernet для подключения к общезаводской ЛВС. Могут использоваться подключение с помощью ADSL и GPRS. Встроенные Wi-Fi модули обеспечивают беспроводное соединение. Стандарты связи применяются разные, в том числе и устаревшие IEEE 802.11 a/b/g/n. В основном, современное оборудование использует IEEE 802.11ac.

Устройства поддерживающие данный стандарт функционируют в частотном диапазоне до 5 МГц. Скорость передачи информации может достигать 6,77 Гбит/с. В ближайшие годы планируется появление новейшего стандарта IEEE 802.11ax, тесты которого показывают максимальную достижимую скорость 11 Гбит/с. Частотный диапазон может быть расширен до 1-7 МГц.

Одна из наиболее востребованных технологий беспроводной связи – MIMO. За счет пространственного кодирования увеличивает ширину полосы пропускания. Повышает скорость, а также позволяет усилить сигнал, увеличить его стабильность и дальность передачи.

Для создания беспроводных сетей применяют несколько видов оборудования. Устройства имеют разное функциональное назначение и бывают следующих типов:

  • Беспроводные роутеры;
  • Wi-Fi репитеры;
  • Беспроводные адаптеры;
  • Роутеры с поддержкой ADSL или 4G.

Беспроводные роутеры осуществляют управление потоками данных между сегментами ЛВС. Основные задачи данного типа оборудования поддерживать соединение с устройствами-клиентами и выполнять функции маршрутизатора.

Wi-Fi репитеры повышают мощность и увеличивают площадь покрытия беспроводной сети. Позволяют слабому оборудованию связываться с роутером, усиливая сигнал с клиентского устройства. Использует технологию MIMO.

Беспроводные адаптеры применяются в устройствах-клиентах для подключения к беспроводному роутеру. Могут быть как внутренние – встроенные; так и внешние.

Роутеры с поддержкой ADSL или 4G необходимы для использования в сетях, работающих по соответствующим стандартам, в условиях, когда подключение другим способом невозможно или не рентабельно.

Применение беспроводных сетей на промышленных предприятиях увеличивает мобильность сотрудников, повышают скорость передачи информации, обеспечивают связь в малодоступных местах. Отсутствие кабелей упрощает обслуживание системы. Wi-Fi часто используется в качестве дублирующей системы связи.

Беспроводные сети играют важную роль при автоматизации на промышленных предприятиях. Наметившаяся тенденция на уменьшение степени непосредственного участия человека в производственных процессах заставляет массово внедрять системы передачи данных. С их помощью организовывают удаленный мониторинг и дистанционное управление оборудованием. В добывающей промышленности на использовании беспроводных технологий основана концепция «Интеллектуальное месторождение».

Есть устройства, которые сделаны в соответствии со стандартом 802.11 p и соответствуют требованиям EN50155. Они обеспечивают стабильный прием при скорости перемещения источника сигнала до 120 км/ч. Такие системы предназначены для использования на транспорте, в том числе железнодорожном, как в целях обеспечения интернет соединения – для удобства пассажиров, так и в целях контроля и дистанционного управления поездами.

Сетевое оборудование создает единое пространство для обмена информацией. Чтобы данные передавались своевременно и максимально точно, следует своевременно обновлять инфраструктуру. Надежность работы ЛВС – залог безупречного функционирования организации.

Важным достоинством единой ЛВС является возможность доступа к информационной среде из любой точки предприятия. Посредством передачи данных через Интернет или напрямую подключив к локальной сети с помощью GPRS, можно получать мгновенный доступ ко всей необходимой корпоративной информации, находясь на любых удаленных объектах.

Общее информационное пространство позволяет с легкостью автоматизировать работу оборудования. Можно поручить регулировку типовых процессов специальному программному обеспечению, а контроль передать единому диспетчерскому центру.

Обладая возможностью мгновенно обмениваться данными без труда удастся координировать действия сотрудников, контролировать ход любого производственного процесса, принимать активное участие в работе находясь в любой части планеты.