СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ПРОТОКОЛОВ СВЯЗИ ДЛЯ ИНТЕГРАЦИИ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ДОЗИРОВАНИЕМ

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ПРОТОКОЛОВ СВЯЗИ ДЛЯ ИНТЕГРАЦИИ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ДОЗИРОВАНИЕМ

Авторы публикации

Рубрика

Информационные технологии

Просмотры

76

Журнал

Журнал «Научный лидер» выпуск # 8 (209), Февраль ‘25

Дата публикации 22.02.2025

Поделиться

В статье представлен сравнительный анализ протоколов связи, используемых для интеграции автоматизированных систем управления дозированием. Актуальность исследования обусловлена необходимостью повышения эффективности и надежности процессов дозирования. В работе рассмотрены основные протоколы, включая Modbus, Profibus, CAN и Ethernet/IP, OPC UA с акцентом на их архитектурные особенности.

В современном производственном процессе автоматизация играет ключевую роль, особенно в таких областях, как управление дозированием. Эффективная интеграция автоматизированных систем управления дозированием требует надежных и высокоскоростных протоколов связи, которые обеспечивают обмен данными между различными компонентами системы. В данной статье мы проведем сравнительный анализ наиболее распространенных протоколов связи, используемых для интеграции автоматизированных систем управления дозированием.

1 Общая характеристика протоколов связи

Протоколы связи представляют собой набор правил и стандартов, которые определяют, как данные передаются и обрабатываются в сети. В контексте автоматизированных систем управления дозированием важными аспектами являются скорость передачи данных, надежность, возможность работы в реальном времени и совместимость с различными устройствами.

2 Основные протоколы связи

В рамках нашего анализа мы рассмотрим следующие протоколы:

  • Modbus
  • Profibus
  • CAN (Controller Area Network)
  • Ethernet/IP
  • OPC UA (Open Platform Communications Unified Architecture)

3 Сравнительный анализ протоколов

3.1. Modbus

Modbus — один из самых популярных протоколов для промышленных приложений. Он прост в реализации и поддерживает как последовательные, так и сетевые соединения. Однако его скорость передачи данных ограничена, и он не обеспечивает высокую степень безопасности.

Недостатки Modbus:

  • протокол определяет метод передачи только двух типов данных;
  • не регламентирует начальную инициализацию системы;
  • длина запроса ограничена, а данные могут быть запрошены только из последовательно расположенных регистров;
  • не предусмотрен способ, с помощью которого ведомое устройство могло бы обнаружить потерю связи с ведущим, кроме анализа общего сетевого трафика;
  • не регламентированы соответствие регистров типам измерений и измерительным каналам.

Из достоинств следует отметить, что практически все промышленные системы контроля и управления имеют программные драйверы для работы с Modbus-сетями [1, с. 1].

3.2 Profibus

Profibus предлагает более высокую скорость передачи данных и поддерживает сложные топологии сети. Он широко используется в автоматизации и может интегрироваться с различными устройствами. Однако его настройка может быть более сложной по сравнению с Modbus.

3.3 CAN

CAN протокол изначально разработан для автомобильной промышленности, но также находит применение в автоматизации. Он обеспечивает высокую надежность и устойчивость к помехам, что делает его идеальным для критически важных приложений. Однако его пропускная способность может быть ограничена для некоторых задач.

Преимущества протокола CAN следующие:

  • возможность работы в режиме жесткого реального времени;
  • высокая устойчивость к помехам;
  • широкий диапазон скоростей работы;
  • арбитраж доступа к сети без потери пропускной способности;
  • минимальные затраты на использование.

Недостатки протокола CAN:

  • небольшое количество данных, которое можно передать в одном пакете (до 8 байт);
  • большой размер служебных данных в пакете (по отношению к полезным данным) [2].

3.4 Ethernet/IP

Ethernet/IP использует стандартные Ethernet-сети для передачи данных и обеспечивает высокую скорость и гибкость. Он поддерживает работу в реальном времени, что делает его подходящим для систем управления дозированием. Однако его реализация может потребовать более сложного оборудования.

К преимуществам Ethernet/IP можно отнести:

  • низкая стоимость оборудования;
  • простота внедрения.

Недостатки следующие:

  • ограничение по длине сегмента сети;
  • уязвимость к коллизиям данных.

3.5 OPC UA

OPC UA является современным протоколом, который обеспечивает высокий уровень безопасности и совместимости между различными системами. Он поддерживает работу с большими объемами данных и может использоваться в облачных приложениях. Однако его внедрение может быть более затратным и требовать значительных ресурсов.

OPC UA обладает следующими преимуществами:

  • полностью кроссплатформенный стандарт;
  • шифрование и аутенфикация;
  • унификация данных, в «классической» OPC существуют несколько стандартов для каждого варианта использования: OPC DA – для текущих данных, OPC HDA – для архивных данных и сообщений.

К плюсам также можно отнести то, что OPC UA клиент и сервер могут быть скомбинированы в одном приложении для взаимодействия с другими OPC UA клиентами [3, с. 1].

Рисунок 1. Комбинированная структура OPC UA

Заключение

Выбор протокола связи для интеграции автоматизированных систем управления дозированием зависит от конкретных требований и условий эксплуатации. Modbus и Profibus подходят для простых и средних задач, в то время как Ethernet/IP и OPC UA обеспечивают более высокую производительность и гибкость. Важно учитывать не только технические характеристики, но и экономические аспекты, такие как стоимость внедрения и обслуживания системы.

Таким образом, тщательный анализ и выбор протокола связи являются ключевыми факторами для успешной интеграции автоматизированных систем управления дозированием, что в конечном итоге влияет на эффективность и надежность производственных процессов.

Список литературы

  1. Борисов, Г.Б. Обзор протоколов передачи данных приборов учета для российского рынка // Автоматизация в промышленности №11, 2016. – 4 с.
  2. Песельник, М.Г. Использование CAN технологии в бортовых системах управления транспортными средствами // Международная научная конференция «Современные проблемы информатизации в системах моделирования, программирования и телекоммуникациях». – URL: http://econf.rae.ru/article/4840 (дата обращения 21.02.2025)
  3. OPC UA: новый стандарт в интеграции АСУ ТП [Электронный ресурс] // finestart: [сайт]. – URL: https://finestart.school/media/opc_ua (дата обращения: 20.02.2025)
Справка о публикации и препринт статьи
предоставляется сразу после оплаты
Прием материалов
c по
Осталось 3 дня до окончания
Размещение электронной версии
Загрузка материалов в elibrary
Публикация за 24 часа
Узнать подробнее
Акция
Cкидка 20% на размещение статьи, начиная со второй
Бонусная программа
Узнать подробнее