Интерфейсы промышленных сетей.

при построении многоканальных систем массового сбора информации недостаточно иметь в наличии требуемое количество и номенклатуру конструктивно, электрически и метрологически совместимых друг с другом ФБ. Необходимо обладать и некоторым набором правил, позволяющих упорядочить обмен информацией между отдельными ФБ. Совокупность правил организации потоков данных и взаимодействия ФБ в системе и технических средств сопряжения и управления получила названиеинтерфейс.

Табл. 3.4.

Сравнительные характеристики основных топологий

Характеристики	Звезда	Кольцо	Шина
Режим доступа	Доступ и управление через центральный узел	Децентрализованное управление. Доступ от узла к узлу	Возможен централизованный и децентрализованный доступ
Надежность	Сбой центрального узла приводит к сбою всей системы	Разрыв линии связи приводит к сбою всей сети	Ошибка одного узла не приводит к сбою всей сети
Расширяемость	Ограничена числом физических портов центрального узла	Возможно расширение, но время ответа при этом увеличивается	Возможно расширение, но время ответа при этом увеличивается

Основными достоинствами промышленных сетей являются недорогие линии и надежность передачи данных. Данные передаются последовательно бит за битом, как правило, по одному физическому каналу. Такой режим передачи не только экономит кабельное оборудование, но и позволяет решать задачи по надежной передаче данных на большие расстояния. Время передачи, однако, увеличивается пропорционально длине битовой строки.

Последовательные интерфейсы отличаются друг от друга способом передачи электрических сигналов. В системах сбора информации чаще всего используются такие интерфейсы, как RS-232C; RS-422; RS-485 и токовая петля. На рис.3.45 приведены схемы соединения передатчиков и приемников. ограничения на длину линии и максимальную скорость передачи данных приведены в табл.3.5. В RS-232 используются несимметричные линии. RS-422A и RS-485 работают на симметричных линиях связи. В них для каждого сигнала используются дифференциальные приемопередатчики с отдельной витой парой проводов для каждой сигнальной цепи. В интерфейсах RS-232C, RS-422F и RS-485 сигнал представляется потенциалом или разностью потенциалов. В интерфейсе «токовая петля» информативным параметром является ток [11].

Интерфейс RS-232C

В этом интерфейсе используются несимметричные передатчики и приемники – сигнал передается относительно общего провода – «схемной земли».

Электрически система основана на импульсах ±12В, кодирующих последовательности «0» и «1». Логической единице соответствует напряжение на входе приемника –12… –3 В. Логическому нулю соответствует диапазон +3…+12В. Диапазон –3…+3 – зона нечувствительности (гистерезис приемника): состояние линии изменяется только после пересечения порога (рис.3.46).

Рис.3.45 Стандарты последовательного интерфейса:

а) RS-232C; б) RS-422A; в) RS-485

Таблица 3.5

Ограничения длины интерфейсных шин

Интерфейс	Длина линии	Максимальная скорость передачи данных
RS-232C	15 м	20 кбит/с
RS-422A, RS-485	12 м	10 Мбит/с
	120 м	1 Мбит/с
	1200 м	100 кбит/с

Механически этот стандарт определяет 9- и 25-контактные разъемы.

Основные сигналы передаются по линиям «передача/прием» данных. Скорость передачи выбирается из диапазона от 50 до 38400 бод. Остальные сигнальные линии передают статусную информацию коммутируемых устройств.

Недостатки интерфейса:

• отсутствие гальванической развязки устройств;

• низкая защищенность от синфазной помехи.

Рис. 3.46. Прием сигнала RS-232: а) напряжение на входе приемника; б) принятый логический сигнал

Интерфейс RS-422

Симметричный интерфейс RS-422 использует дифференциальные сигнальные линии (рис.3.45) и допускает как двухточечную, так и шинную топологию соединений. В нем информативной является разность потенциалов между проводниками А и В. Если на входе приемника , то это соответствует состоянию «выключено» - логический 0.если - состоянию «включено» (логическая 1). Диапазонявляется зоной нечувствительности (гистерезис), защищающей от воздействия помех.

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

Интерфейс RS-485

Этот тип интерфейса соответствует спецификации симметричной передачи данных, описанной в американском стандарте IEA RS-485. RS-485 электрически совместим с RS-422A. Принципиальное отличие передатчиков RS-485 заключается в возможности переключения в третье (высокоимпедансное) состояние.

Этот интерфейс может быть в двух версиях:

• двухпроводной (рис.3.47 а)) (все узлы равноправны). При этом передача может вестись в одном направлении. Один узел передает, остальные слушают;

• четырехпроводной (рис..47 б)). В этой версии может вестись дуплексная передача (одновременная двунаправленная передача) между двумя узлами. Третий узел при этом должен находится в высокоимпедансном состоянии.

Рис.3.47. Топология интерфейса RS-485: а) четырехпроводный;

б) двухпроводный

Этот интерфейс пригоден для высокоскоростной передачи данных.

Максимальная длина зависит от типа кабеля и скорости передачи.

В табл. 3.6. приводятся сравнительные характеристики этих трех стандартных физических интерфейсов.

Таблица 3.6.

Сравнительные характеристики стандартных физических интерфейсов

Сравнительные характеристики	RS-232	RS-422	RS-485
Максимальное число передатчиков/приемников на линии	1/1	1/10	32/32
Максимальная длина линии (без повторителей)	15 м	1220 м (100 кбит/с) 12м (10 Мбит/с)	1220 м (100 кбит/с) 12м (10 Мбит/с)

Интерфейс «токовая петля»

В этом интерфейсе для представления сигнала используется ток в двухпроводной линии, соединяющей приемник и передатчик. Логической единице (состоянию «включено») соответствует протекание тока 20 мА, а логическому нулю – отсутствие тока. Такое представление сигналов для асинхронной передачи позволяет обнаружить обрыв линии – приемник заметит отсутствие стоп-бита.

Токовая петля обеспечивает гальваническую развязку входных цепей приемника от схемы устройства. источником тока в петле может быть как передатчик (вариант «активный передатчик»), так и приемник (вариант «активный приемник»).

Этот тип интерфейса позволяет передавать сигналы на расстояния до нескольких километров, но при невысоких скоростях (не выше 19200 бит/с, а на километровых расстояниях до 9600 бит/с). допустимое расстояние определяется сопротивлением пары проводов и уровнем помех.