Нижний уровень АСУТП ГЭС: промышленные сети полевого уровня

Интерфейсы RS-485, RS-422 и RS-232

Интерфейс RS422

Симметричный интерфейс RS422 использует дифференциальные сигнальные линии отдельно для приема и передачи данных. На приемном конце используются две информационные линии и линия заземления. В основе кодирования передаваемых/принимаемых данных лежит принцип изменения напряжения на сигнальных линиях. Реализованный принцип кодирования делает этот стандарт устойчивым к внешним помехам.

Использование этого стандарта позволяет значительно удлинять физические линии передачи данных и увеличивать скорость.

С помощью интерфейса RS422 можно строить и шинные структуры.

Нижний уровень АСУТП ГЭС: промышленные сети полевого уровня

Интерфейсы RS-485, RS-422 и RS-232

Интерфейс RS485

Этот тип интерфейса наиболее распространен в промышленных сетях . Физический принцип передачи схож с интерфейсом RS422, но чаще всего используется только одна дифференциальная сигнальная линия с поочередной передачей/приемом (полудуплекс).

В основе построения интерфейса RS-485 лежит дифференциальный способ передачи

сигнала, когда напряжение, соответствующее уровню логической единицы или нуля, отсчитывается не от "земли", а измеряется как разность потенциалов между двумя передающими линиями: Data+ и Data- .Благодаря симметрии линий относительно "земли"

в них наводятся помехи, близкие по форме и величине. В приемнике с дифференциальным входом сигнал выделяется путем вычитания напряжений на линиях,

поэтому после вычитания напряжение помехи оказывается равным нулю. Для минимизации чувствительности линии передачи к электромагнитной наводке используется витая пара проводов.

Нижний уровень АСУТП ГЭС: промышленные сети полевого уровня

Интерфейсы RS-485, RS-422 и RS-232

•Интерфейс RS485

Второй особенностью интерфейса RS-485 является возможность перевода выходных каскадов в "третье" (высокоомное) состояние сигналом (Driver Enable). Для этого

запираются оба транзистора выходного каскада передатчика. Наличие третьего состояния позволяет осуществить полудуплексный обмен между любыми двумя устройствами, подключенными к линии, всего по двум проводам. Интерфейс RS-485 имеет две версии: двухпроводную и четырехпроводную. Двухпроводная используется для полудуплексной передачи , для полнодуплексной(дуплексной) передачи используют четыре линии связи: по двум информация передается в одном направлении, по двум другим - в обратном.

Нижний уровень АСУТП ГЭС: промышленные сети полевого уровня

Интерфейсы RS-485, RS-422 и RS-232

•Интерфейс RS485

Для согласования линии используют терминальные (концевые) резисторы . Величину резистора выбирают в зависимости от волнового сопротивления используемого кабеля. Для систем промышленной автоматики используются кабели с волновым сопротивлением от 100 до 150 Ом, однако кабели, спроектированные специально для интерфейса RS-485, имеют волновое сопротивление 120 Ом. На такое же сопротивление обычно рассчитаны микросхемы трансиверов интерфейса RS-485. Поэтому сопротивление терминального резистора выбирается равным 120 Ом, мощность - 0,25 Вт.

Сравнительные характеристики интерфейсов RS-485, RS-422 и RS-232

повторителей)

Нижний уровень АСУТП ГЭС: промышленные сети полевого уровня

Топология промышленных сетей.

Под топологией (компоновкой, конфигурацией, структурой) компьютерной сети обычно понимается физическое расположение компьютеров сети друг относительно друга и способ соединения их линиями связи. Важно

отметить, что понятие топологии относится, прежде всего, к локальным сетям, в которых структуру связей можно легко проследить.

Существует три базовые топологии сети:

Шина (bus) — все компьютеры параллельно подключаются к одной линии связи. Информация от каждого компьютера одновременно передается всем остальным компьютерам .

Нижний уровень АСУТП ГЭС: промышленные сети полевого уровня

Топология промышленных сетей.

Звезда (star) — к одному центральному компьютеру присоединяются остальные периферийные компьютеры, причем каждый из них использует отдельную линию связи. Информация от периферийного компьютера передается только центральному компьютеру, от центрального — одному или нескольким периферийным.

Кольцо (ring) — компьютеры последовательно объединены в кольцо. Передача информации в кольце всегда производится только в одном направлении. Каждый из компьютеров передает информацию только одному компьютеру, следующему в цепочке за ним, а получает информацию только от предыдущего в цепочке компьютера .

Нижний уровень АСУТП ГЭС: промышленные сети полевого уровня

Топология промышленных сетей.

Необходимо выделить некоторые важнейшие факторы, влияющие на

физическую работоспособность сети и непосредственно связанные с понятием топология.

•Исправность компьютеров ( абонентов) , подключенных к сети. Поломка абонента может заблокировать работу всей сети или не влияет на работу сети в целом.

•Исправность сетевого оборудования. Выход из строя сетевого оборудования одного из абонентов может сказаться на всей сети или может нарушить обмен только с одним абонентом.

•Целостность кабеля сети. При обрыве кабеля сети (например, из-за механических воздействий) может нарушиться обмен информацией во всей сети или в одной из ее частей.

•Ограничение длины кабеля, связанное с затуханием распространяющегося по нему сигнала. И чем большее расстояние проходит сигнал, тем больше он затухает . Необходимо следить, чтобы длина кабеля сети не была больше предельной длины Lпр (принимающий абонент не распознает ослабевший сигнал).

Нижний уровень АСУТП ГЭС: промышленные сети полевого уровня

Топология промышленных сетей.

Виды кабелей используемых в промышленных сетях. Витые пары

Витые пары проводов используются в пожалуй, самых популярных кабелях. Кабель на основе витых пар представляет собой несколько пар скрученных попарно изолированных медных проводов в единой диэлектрической (пластиковой) оболочке. Скручивание проводов позволяет свести к минимуму индуктивные наводки кабелей друг на друга и снизить влияние переходных процессов. Обычно в кабель входит две или четыре витые пары.

Неэкранированные витые пары характеризуются слабой защищенностью от внешних электромагнитных помех, для устранения этих недостатков применяется экранирование. Линии связи на основе витых пар, как правило, довольно короткие (обычно в пределах 100 метров). В настоящее время витая пара используется для передачи информации на скоростях до 1000 Мбит/с, хотя технические проблемы, возникающие при таких скоростях, крайне сложны.

Согласно стандарту, существуют пять основных и две дополнительные категории кабелей на основе неэкранированной витой пары (UTP). ( 1-7 категории)

Нижний уровень АСУТП ГЭС: промышленные сети полевого уровня

Топология промышленных сетей.

Виды кабелей используемых в промышленных сетях.

Коаксиальные кабели

Коаксиальный кабель представляет собой электрический кабель, состоящий из центрального медного провода и металлической оплетки (экрана), разделенных между собой слоем диэлектрика (внутренней изоляции) и помещенных в общую внешнюю оболочку

.

Коаксиальный кабель до недавнего времени был очень популярен, что связано с его высокой помехозащищенностью (благодаря металлической оплетке), более широкими, чем в случае витой пары, полосами пропускания (свыше 1ГГц), а также большими допустимыми расстояниями передачи (до километра). К нему труднее механически подключиться для несанкционированного прослушивания сети, он дает также заметно меньше электромагнитных излучений вовне. Однако монтаж и ремонт коаксиального кабеля существенно сложнее, чем витой пары, а стоимость его выше (он дороже примерно в 1,5 – 3 раза). Сложнее и установка разъемов на концах кабеля. Сейчас его применяют реже, чем витую пару.

Нижний уровень АСУТП ГЭС: промышленные сети полевого уровня

Топология промышленных сетей.

Виды кабелей используемых в промышленных сетях.

Оптоволоконные кабели

Оптоволоконный (он же волоконно-оптический) кабель – это принципиально иной тип кабеля по сравнению с рассмотренными двумя типами электрического или медного кабеля. Информация по нему передается не электрическим сигналом, а световым.

Структура оптоволоконного кабеля похожа на структуру коаксиального электрического кабеля Только вместо центрального медного провода здесь используется тонкое (диаметром около 1 – 10 мкм) стекловолокно, а вместо внутренней изоляции – стеклянная или пластиковая оболочка, не позволяющая свету выходить за пределы стекловолокна. В данном случае речь идет о режиме так называемого полного внутреннего отражения света от границы двух веществ с разными коэффициентами преломления (у стеклянной оболочки коэффициент преломления значительно ниже, чем у центрального волокна). Металлическая оплетка кабеля служит для механической защиты от окружающей среды (такой кабель иногда называют броневым, он может объединять под одной оболочкой несколько оптоволоконных кабелей ).