Модуляция дискретных сигналов
В природе и технических устройстве абсолютно непрерывных сигналов не существует, поэтому дискретные сигналы преобразуются в частотные. У каждого сигнала имеется свой диапазон частот.
Модуляции подлежат все дискретные сигналы:
Одним из преимуществ модуляции является то, что несколько сигналов, преобразованных в колебания одних и тех же частот могут быть переданы одному и тому же каналу, в этом случае говорят, что моделируемый дискретный сигнал занимает широкую полосу частот или передается на несущей частоте. В отличии от этого широко полосная передача предполагает наличие у приемника и передатчика модулятора и демодулятора, вместе они называются модемами.
Широкополосная передача не требует согласование частот, поэтому используется чаще.
Отдельные устройства промышленных сетей соединяются через RS (RS-322, RS-422, RS-423).
На рисунке приведен пример соединения RS-232.
DDE – приемники и передатчики
DCE - модемы.
Основной проблемой при передачи данных по сети является сохранение достоверности информации.
На аппаратном уровне сохранность информации достигается схемами защиты электромагнитных шумов.
На рисунке представлены протоколы передачи RS-232 (разработан для приема передачи, расположенных рядом устройств (3-5 метров)).
RS-422, RS-423 и т.д. – создаются для дальних передачи и здесь должны быть предусмотрены экранирование проводов для защиты от магнитных полей.
Рисунок б – Стандарт на RS-422, когда у приемника используется дифференциальный вход. Экранируются провода на месте передачи и приема, больше того не требуется экранировать.
Рисунок в - Стандарт на RS-423 – здесь дифференцирование входов приемника и передатчика.
Неофициальным стандартом является использование при передачи информации токовой петли. Токовый сигнал является более защищенным, чем напряжения.
На стороне передатчика устанавливается ключ. Токовая петля заключается в том, что источник токового сигнала находится на стороне передатчика или на стороне приемника (Рисунок б).
Рисунок а – токовая петля с активным передатчиком, рисунок б – с активным приемником. Наличие тока в сети означает стартовый бит, отсутствие – стоковый бит.
Три типа протоколов
Для передачи данных используются 3 стандартных протокола:
Рисунок а – знак-ориентированный протокол
Рисунок б – бит-ориентированный протокол
Рисунок в – протокол с просчетом байтов
Обозначения:
SYN – биты синхронизации
SOH – стартовый бит заголовка
STX – стартовый бит текста
ETX – стоповый бит текста
BCC, CRC1, CRC2 – биты контроля ошибок.
В промышленных сетях стандарту подлежат:
Скорость передачи
Управление потоком данных
Маршрутизация
Протокол передачи сообщений
Так как нет единого стандарта по промышленным сетям, то международная организация по стандартизации ISO приняла единый стандарт ISO/OSI по взаимодействию открытых ситем.
ISO- Международная организация по стандартизации
OSI – взаимодействие открытых систем
Согласно ISO/OSI стандарту локальная система управления должна иметь 7 уровней, которые представлены на рисунке.
Физический уровень – осуществляет кодирование и физическую передачу данных. Определяемый параметр – скорость передач.
Канальный уровень – осуществляет обнаружение и исправление ошибок.
Сетевой уровень – отвечает за переключение и связь между схемами
Транспортный уровень – обеспечивает обнаружение и исправление ошибок, предотвращают перегрузки.
Сеансовый уровень – выполняет функции установки, поддержания и прекращения связи, а также реализует методы восстановления соединения, если возникают проблемы с линией связи.
Уровень представления – определяет способ представления информации в стандартном формате.
Прикладной уровень – связывает программу пользователя с процессом коммуникации и определяет, какие функции для этого необходимы.
Из всех промышленных сетей наибольшее распространение имеет сеть PROFIBUS, претендующая на международный стандарт:
PROFIBUS DP (Decentralized Periphery). Предназначен для централизованной периферии. Представляет сеть наиболее высокого уровня. В обязательном порядке имеется Master и Slafe. Контроллер является мастером и имеет в своем обозначении аббревиатуру DP (Simatic 315 DP).
PROFIBUS FMS (Field Message Specification)
PROFIBUS PA (Process Automation)
PROFIBUS FMS и PROFIBUS PA предназначены для организации более простых сетей нижнего уровня. Например, PROFIBUS PA – это подключение измерительных исполнительных устройств и нескольких контроллеров.
Скорости: от 9,6 Кбод – Кбит/сек (при длине линии до 1200 м) до 12 Мбод (при длине до 100 м)
На рисунке представлена схема подключения сети PROFIBUS с разгрузочными регистрами, обычно сопровождаются программным обеспечением Siemens и правильная его реализация является надежная защита данных.
Подключение подразумевает стандартные девятиштырьковые разъемы. Регистры помещаются внутри станции или находятся непосредственно в разъемах. В качестве источника используется станция.
На рисунке представлен вариант того, как происходит обмен информацией, имеется 5 подчиненных станций. Данные, расположенные в памяти основных микроконтроллеров, являются равнодоступными для всех контроллеров сети. Четвертый контроллер имеет доступ и к сети и к главной станции.
Правильное использование ПО сохраняется при соблюдении правил:
в сети PROFIBUS должно находится до 32 абонентов в 1 сегменте
сегменты подключаются посредством интерфейса RC-485
длина сегмента ограничена скоростью передачи
в пределах одного сегмента есть хотя бы один мастер устройства
адресация внутри сегмента начинается с 0 и назначается мастеру или программатору
повторитель является одним и
з абонентов сети.