- •1. Архитектура автоматизированной системы
- •1.1. Разновидности архитектур
- •1.1.1. Требования к архитектуре
- •1.1.2. Простейшая система
- •1.1.3. Распределенные системы автоматизации
- •1.1.4. Многоуровневая архитектура
- •1.2. Применение интернет-технологий
- •1.2.1. Проблемы и их решение
- •1.2.2. Основные понятия технологии интернета
- •1.2.3. Принципы управления через интернет
- •1.2.4. Микро веб-серверы
- •1.2.5. Примеры применения
- •1.3. Понятие открытой системы
- •1.3.1. Свойства открытых систем
- •Модульность
- •Платформенная независимость
- •Взаимозаменяемость
- •Интероперабельность (аппаратно-программная совместимость)
- •Масштабируемость (наращиваемость)
- •Интерфейс пользователя
- •Программная совместимость
- •1.3.3. Достоинства и недостатки
- •1.4. Заключение к главе "Архитектура автоматизированных систем"
- •Обзор публикаций
- •2. Промышленные сети и интерфейсы
- •2.1. Общие сведения о промышленных сетях
- •2.2. Модель osi
- •2.2.1. Физический уровень
- •2.2.2. Канальный уровень
- •2.2.3. Сетевой уровень
- •2.2.4. Транспортный уровень
- •2.2.5. Сеансовый уровень
- •2.2.6. Уровень представления
- •2.2.7. Прикладной уровень
- •2.2.8. Критика модели osi
- •2.3. Интерфейсы rs-485, rs-422 и rs-232
- •2.3.1. Принципы построения Дифференциальная передача сигнала
- •"Третье" состояние выходов
- •Четырехпроводной интерфейс
- •Режим приема эха
- •Заземление, гальваническая изоляция и защита от молнии
- •2.3.2. Стандартные параметры
- •2.3.3. Согласование линии с передатчиком и приемником
- •2.3.4. Топология сети на основе интерфейса rs-485
- •2.3.5. Устранение состояния неопределенности линии
- •2.3.6. Сквозные токи
- •2.3.7. Выбор кабеля
- •2.3.8. Расширение предельных возможностей
- •2.3.9. Интерфейсы rs-232 и rs-422
- •2.4. Интерфейс "токовая петля"
- •Аналоговая "токовая петля"
- •Цифровая "токовая тепля"
- •2.5. Hart-протокол
- •Принципы построения
- •Сеть на основе hart-протокола
- •Адресация
- •Команды hart
- •Язык описания устройств ddl
- •Разновидности hart
- •2.6.1. Физический уровень
- •Электрические соединения в сети can
- •Трансивер can
- •2.6.2. Канальный уровень
- •Адресация и доступ к шине
- •Достоверность передачи
- •Передача сообщений
- •Пауза между фреймами
- •Фильтрация сообщений
- •Валидация сообщений
- •2.6.3. Прикладной уровень: caNopen
- •Коммуникационные модели
- •2.6.4. Электронные спецификации устройств caNopen
- •2.7.1. Физический уровень
- •2.7.2. Канальный уровень Profibus dp
- •Коммуникационный профиль dp
- •Передача сообщений
- •2.7.3. Резервирование
- •2.7.4. Описание устройств
- •2.8.1. Физический уровень
- •2.8.2. Канальный уровень
- •Описание кадра (фрейма) протокола Modbus
- •Структура данных в режиме rtu
- •Структура Modbus rtu сообщения
- •Контроль ошибок
- •2.8.3. Прикладной уровень
- •Коды функций
- •Содержание поля данных
- •Список кодов Modbus
- •2.9. Промышленный Ethernet
- •2.9.1. Отличительные особенности
- •2.9.2. Физический уровень
- •Методы кодирования
- •Доступ к линии передачи
- •Коммутаторы
- •2.9.3. Канальный уровень
- •2.10. Протокол dcon
- •2.11. Беспроводные локальные сети
- •2.11.1. Проблемы беспроводных сетей и пути их решения
- •Зависимость плотности мощности от расстояния
- •Влияние интерференции волн
- •Источники помех
- •Широкополосная передача
- •Методы модуляции несущей
- •Другие особенности беспроводных каналов
- •Методы уменьшение количества ошибок в канале
- •Передача сообщений без подтверждения о получении
- •Использование пространственного разнесения антенн
- •Вопросы безопасности
- •Физический и канальный уровень
- •Модель передачи данных
- •Структура фреймов
- •Сетевой уровень
- •Уровень приложений
- •Физический и канальный уровень
- •Архитектура сети Wi-Fi
- •2.11.5. Сравнение беспроводных сетей
- •2.12. Сетевое оборудование
- •2.12.1. Повторители интерфейса
- •2.12.2. Концентраторы (хабы)
- •2.12.3. Преобразователи интерфейса
- •Преобразователь rs-232 - rs-485/422
- •Преобразователь rs-232 в оптоволоконный интерфейс
- •Преобразователь usb в rs-232, rs-485, rs-422
- •2.12.4. Адресуемые преобразователи интерфейса
- •2.12.5. Межсетевые шлюзы
- •2.12.6. Другое сетевое оборудование
- •Маршрутизаторы
- •Сетевые адаптеры
- •Коммутаторы
- •Мультиплексоры
- •Межсетевой экран
- •2.12.7. Кабели для промышленных сетей
- •2.13. Заключение к главе "Промышленные сети и интерфейсы"
- •3. Защита от помех
- •3.1. Источники помех
- •3.1.1. Характеристики помех
- •3.1.2. Помехи из сети электроснабжения
- •3.1.3. Молния и атмосферное электричество
- •3.1.4. Статическое электричество
- •3.1.5. Помехи через кондуктивные связи
- •3.1.6. Электромагнитные помехи
- •3.1.7. Другие типы помех
- •3.2. Заземление
- •3.2.1. Определения
- •3.2.2. Цели заземления
- •3.2.3. Защитное заземление зданий
- •3.2.4. Автономное заземление
- •3.2.5. Заземляющие проводники
- •3.2.6. Модель «земли»
- •3.2.7. Виды заземлений
- •Силовое заземление
- •Аналоговая и цифровая земля
- •«Плавающая» земля
- •3.3. Проводные каналы передачи сигналов
- •3.3.1. Источники сигнала
- •3.3.2. Приемники сигнала
- •3.3.3. Прием сигнала заземленного источника
- •3.3.4. Прием сигнала незаземленных источников
- •3.3.5. Дифференциальные каналы передачи сигнала
- •Токовый дифференциальный канал
- •Балансный канал
- •3.4. Паразитные связи
- •3.4.1. Модели компонентов систем автоматизации
- •3.4.2. Паразитные кондуктивные связи
- •3.4.3. Индуктивные и емкостные связи
- •3.5. Методы экранирования и заземления
- •3.5.1. Гальванически связанные цепи
- •3.5.2. Экранирование сигнальных кабелей
- •3.5.3. Гальванически развязанные цепи
- •3.5.4. Экраны кабелей на электрических подстанциях
- •3.5.5. Экраны кабелей для защиты от молнии
- •3.5.6. Заземление при дифференциальных измерениях
- •3.5.7. Интеллектуальные датчики
- •3.5.8. Монтажные шкафы
- •3.5.9. Распределенные системы управления
- •3.5.10. Чувствительные измерительные цепи
- •3.5.11. Исполнительное оборудование и приводы
- •Заземление в промышленных сетях
- •3.5.12. Заземление на взрывоопасных объектах
- •3.6. Гальваническая развязка
- •3.7. Защита промышленных сетей от молнии
- •3.7.1. Пути прохождения импульса молнии
- •3.7.2. Средства защиты
- •3.8. Стандарты и методы испытаний по эмс
- •3.9. Верификация заземления и экранирования
- •3.10. Заключение
- •Радикальные методы решения проблем заземления
- •Другие советы
Преобразователь rs-232 в оптоволоконный интерфейс
Оптоволоконный канал имеет ряд неоспоримых преимуществ, связанных с оптическим способом передачи информации:
большая дальность передачи: обычно до 2 км в многомодовом канале или до 20 км в одномодовом; с повторителями - до нескольких сотен километров;
нечувствительность к электромагнитным помехам, в том числе при разряде молнии или электростатических разрядах;
отсутствие аварийных ситуаций и порчи оборудования в случае коротких замыканий, отсутствие коррозии мест соединений;
более высокая пропускная способность (скорость передачи) или уменьшенное количество ошибок в канале при той же скорости по сравнению с медным кабелем;
гальваническая развязка с практически неограниченным напряжением изоляции;
хорошая защищенность от несанкционированного доступа: невозможно перехватить передаваемую информацию, не нарушив связь по каналу.
Одномодовое оптоволокно позволяет передавать сигнал на большее расстояние, чем многомодовое, однако коннекторы и приемопередатчики, а также вся кабельная инфраструктура для многомодового оптоволокнаобычно на 25...50% дешевле, чем для одномодового. Это связано с жесткими технологическими допусками на компоненты систем для одномодового волокна.
В многомодовом кабеле распространяются световые волны нескольких мод (длин волн), в одномодовом - одной длины волны. Диаметр сердцевины многомодового оптоволокна на порядок больше длины волны, поэтому технологические допуски на кабельную инфраструктуру могут быть больше и изготовление - дешевле.
Примером оптоволоконного преобразователя может служить преобразователь SN-OFC-ST-62.5/125 фирмы НИЛ АП, передающий сигналы по оптоволокну на длине волны 820 нм, имеющий пропускную способность 5 Мбит/с, дальность передачи 1,5 км и разъемы типа ST для оптического кабеля.
Преобразователь usb в rs-232, rs-485, rs-422
Преобразователь из USB в RS-232/422/485 гораздо сложнее, чем описанные выше. Сложность появляется вследствие того, что для шины USB стандартом установлен определенный порядок обмена пакетами данных и пакетами квитирования с устройствами USB. Поэтому побитовая ретрансляция становится невозможной и в преобразователе интерфейсов большую роль играет модификация драйверов порта.
Преобразователи из USB в RS-232/422/485 используются, когда компьютер имеет недостаточное количество портов RS-232/422/485, но есть неиспользуемые порты USB. При подключении к компьютеру преобразователя и установки соответствующих драйверов в операционной системе появляется новый виртуальный COM-порт, который со стороны программного и аппаратного интерфейса ничем не отличается от обычного.
2.12.4. Адресуемые преобразователи интерфейса
Адресуемый преобразователь интерфейса может выполнять часть сетевых функций: проверку доступности канала, состязание за доступ к каналу, разбивку данных на кадры, обнаружение и коррекцию ошибок, повторную передачу в случае обнаружения ошибок. В частности, адресуемый преобразователь RS-232 в CAN выполняет все функции физического и канального уровня CAN, в соответствии со стандартом, см. раздел "CAN", однако он не выполняет функций уровня приложений, как это делают межсетевые шлюзы.
Наиболее распространены адресуемые преобразователи интерфейса RS-232 в RS-485, которые позволяют подключить к сети на основе интерфейса RS-485 такие устройства, как вольтметр, аппарат для считывания штрих-кодов, кассовый аппарат или ПЛК с интерфейсом RS-232. Для подключения нескольких таких устройств к компьютеру без адресуемых преобразователей потребовалось бы несколько COM-портов, по количеству RS-232 устройств. Дополнительные COM-порты можно получить с помощью преобразователей USB в RS-232 или с помощью многопортовых сетевых карт. Увеличить количество USB портов можно также с помощью USB-хабов.
Вторым вариантов является подключение устройств с портом RS-232 к общей шине RS-485 с помощью адресуемого преобразователя. Обращение к таким устройствам выполняется по адресу, записанному в ППЗУ преобразователя. Использование шины RS-485 вместо нескольких портов RS-232 позволяет также отнести устройство на расстояние до 1,2 км от компьютера и расположить его в любом удобном месте.
Примером адресуемого преобразователя может быть модуль NL-232AC фирмы НИЛ АП, структурная схема которого не отличается от структуры обычного безадресного преобразователя (рис. 2.47), отличие содержится только в микропрограммном обеспечении. Настройка модуля (установка адреса, скорости обмена, длины поля данных, режима четности, количества стоповых битов и др.) выполняется командами в ASCII-кодах, которые посылаются в модуль через порт RS-232.
Скорости обмена преобразуемых портов могут быть различными. Например, если интерфейс RS-232 имеет стандартную скорость обмена 115200 бит/с, а CAN имеет стандартную скорость 125000 бит/с, то преобразование таких интерфейсов невозможно без промежуточной буферизацией данных, которая выполняется, например, с помощью буфера FIFO (First Input - First Output).
Функцию адресуемого преобразователя можно реализовать с помощью универсального контроллера, имеющего соответствующие порты. Контроллер, содержащий программу преобразования портов, называюткоммуникационным контроллером. Коммуникационный контроллер принимает сигнал через один из своих портов и передает его через другой порт. В общем случае коммуникационный контроллер может также выполнять функции сигнализации состояния шины, несложные функции управления и быть как ведомым, так и ведущим.
Широкое применение нашли адресуемые преобразователи интерфейса RS-232 в Ethernet. Они позволяют подключить устройство с портом RS-232 к компьютеру через сеть Ethernet. Поскольку написание программ для работы с Ethernet портом значительно сложнее, чем с COM, преобразователи RS-232 в Ethernet поставляются с драйверами, которые создают в компьютере виртуальные COM-порты, каждый из которых соответствует устройству RS-232, подключенному к шине Ethernet через адресуемый преобразователь. Это позволяет использовать программы, написанные для работы через COM-порт, в сети Ethernet без какой-либо их модификации. Пользовательское приложение общается с RS-232-устройствами через виртуальный COM-порт, а все сложности Ethernet и стандарта IEEE 802.3 оказываются скрыты в драйверах, поставляемых в комплекте с адресуемым преобразователем.