Учебное пособие по интерфейсам систем промышленной автоматизации (1015600), страница 19
Текст из файла (страница 19)
выходной диапазон передатчика±2В± 1.5 ВМакс. выходной диапазон передатчика±5В±5ВМакс. ток короткого замыкания± 150 мА± 250 мАпередатчикаМакс. выходное сопротивление100 Ом54 ОмпередатчикаЧувствительность по входу приёмника± 200 мВ± 200 мВМин. входное сопротивление приёмника4 кОм12 кОмДиапазон напряжений входного сигнала приёмника±7Вот –7 В до +12 ВУровень логической единицы приёмника> +200 мВ> +200 мВУровень логического нуля приёмника< –200 мВ< –200 мВРазное количество приёмников, подключаемых по интерфейсам RS-422A иRS-485, объясняется более жёсткими требованиями к минимальному входномусопротивлению приёмника со стороны RS-485, и одновременно большей мощностью передатчика. Допустимая нагрузка передатчика RS-485/RS-422A количественно определяется в терминах единичной нагрузки, которая, в свою очередь, определяется как входной импеданс одного стандартного приёмника (для RS-485 –12кОм) [35].
Таким образом, стандартный передатчик RS-485 может управлять 3293единичными нагрузками (32 параллельных 12-килоомных нагрузки). Однако длянекоторых приёмников RS-485 входное сопротивление является более высоким –48 кОм (1/4 единичной нагрузки) или даже 96 кОм (1/8 единичной нагрузки) - и,соответственно, к одной сигнальной линии могут быть подключены сразу 128 или256 таких приёмников. В общем случае можно подключить любую комбинациютипов приёмников, если их параллельный импеданс не превышает 32 единичныхнагрузки (т.е. общее сопротивление параллельно включенных приёмников неменьше 375 Ом).Для передачи информации оба интерфейса используют принцип дифференциальной (балансной) передачи данных.
Суть его заключается в передаче одногосигнала по двум проводам (рис. 3.17) [36]. Причём по одному проводу (условноA) идет оригинальный сигнал, а по другому (условно B) – его инверсная копия.Другими словами, если на одном проводе «1», то на другом «0» и наоборот. Таким образом, между двумя проводами витой пары всегда есть разность потенциалов: при «1» она положительна, при «0» – отрицательна.17.Рис. 3.17. Дифференциальный метод передачи данныхИменно этой разностью потенциалов и передаётся сигнал. Такой способ передачи обеспечивает высокую устойчивость к синфазной помехе. К примеру,электромагнитная волна, проходя через участок линии связи, наводит в обоихпроводах потенциал. Если сигнал передаётся потенциалом в одном проводе относительно общего провода, как в RS-232, то наводка на этот провод может исказить сигнал относительно хорошо поглощающей наводки схемной земли.
А придифференциальной передаче искажения не происходит. В самом деле, если двапровода пролегают близко друг к другу, да ещё перевиты, то наводка на оба провода одинакова. Потенциал в обоих одинаково нагруженных проводах изменяетсяодинаково, при этом информативная разность потенциалов остается без изменений.Приёмник, получая на дифференциальных входах (AB) разность потенциалов(UAB) переводит их в цифровой сигнал на выходе. Когда UAB > +200 мВ – приёмник определяет «1», когда UAB < –200 мВ – приёмник определяет «0». Если раз94ность потенциалов в линии настолько мала, что не выходит за пороговые значения – правильное распознавание сигнала не гарантируется.
Кроме того, в линиимогут быть и не синфазные помехи, которые исказят столь слабый сигнал.Как уже говорилось, стандарт RS-422A разрешает подключение к одной парепроводников одного передатчика и до десяти приёмников (рис. 3.18) [35]. Приэтом реализуется симплексный режим передачи информации.AADRRТBBRRдо 10 приёмников18.Рис. 3.18. Двухпроводное соединение устройств с помощью интерфейса RS-422AДля реализации двунаправленного обмена (дуплексный режим) используются устройства, объединяющие в себе приёмник и передатчик (рис. 3.19), и четырёхпроводная схема подключения (рис.
3.20). Приём и передача идут по двум отдельным парам проводов. При подобном подключении с помощью RS-422A возможно реализовать соединение «точка-точка». Терминальные сопротивленияRT=100 Ом устанавливаются на конце сигнальной линии на стороне приёмника.RS-485 – полудуплексный интерфейс [37, 38]. Приём и передача идут по одной паре проводов с разделением по времени. В сети может быть много передатчиков, так как они «умеют» отключаться в режиме приёма (рис. 3.21).
Все устройства подключаются к одной витой паре одинаково: прямые выходы (A) к одномупроводу, инверсные (B) – к другому. На обоих концах витой пары устанавливаются терминаторы – RT=100 Ом.Интерфейс RS-485 может использоваться в четырёхпроходном режиме дляорганизации шины с централизованным арбитражем (рис. 3.22) [37]. В этом случае только один ведущий узел (Master) имеет право инициировать обмен данными, а все остальные ведомые узлы (Slave) только отвечают на его запросы. Приёмники всех ведомых узлов подключаются к передатчику ведущего узла, а передатчики всех ведомых – к приёмнику ведущего.Специальный тип разъёмов для RS-422A/RS-485 не определён.95RS-485RS-422AADDIBРазрешениепередачиA’RROADDIRROB’BD (Driver) – передатчик; R (Receiver) – приёмник; DI (Driver Input) – цифровой входпередатчика; RO (Receiver Output) – цифровой выход приёмника; A, A’ – прямойдифференциальный вход/выход; B, B’ – инверсный дифференциальный вход/выход19.Рис.
3.19. Сигналы приёмопередатчиков RS-422A и RS-485DR20.RТAABBA’A’B’B’RRТDРис. 3.20. Четырёхпроводное соединение устройств с помощью интерфейса RS-422ADAARТ BBRRТRDADBR21.Рис. 3.21. Двухпроводное соединение нескольких устройств с помощью интерфейса RS-48596MASTERDRSLAVEAARТ BBAARТ BBRТRТRDSLAVEADBAR22.BРис.
3.22. Четырёхпроводное соединение нескольких устройств с помощью интерфейса RS-485Интерфейс «токовая петля»Распространённым вариантом последовательного интерфейса является токовая петля. В ней электрическим сигналом является не уровень напряжения относительно общего провода, а ток в двухпроводной линии, соединяющей приёмники передатчик. Логической единице (состоянию «включено») соответствует протекание тока 20 мА, а логическому нулю отсутствие тока. Такое представление сигналов для описанного формата асинхронной посылки позволяет обнаружить обрыв линии – приёмник заметит отсутствие стоп-бита (обрыв линии действует какпостоянный логический нуль).
Скорость передачи – 19200 кбит/с.Токовая петля обычно предполагает гальваническую развязку входных цепейприёмника от схемы устройства. При этом источником тока в петле является передатчик (этот вариант называют активным передатчиком). Возможно и питаниеот приёмника (активный приёмник), при этом выходной ключ передатчика можетбыть также гальванически развязан с остальной схемой передатчика. Существуютупрощенные варианты без гальванической развязки, но это уже вырожденныйслучай интерфейса.Токовая петля с гальванической развязкой позволяет передавать сигналы нарасстояния до нескольких километров.
Расстояние определяется сопротивлениемпары проводов и уровнем помех.97В табл. 3.3 приводятся сравнительные характеристики рассмотренных физических интерфейсов.3.Таблица 3.3.Сравнительные характеристики стандартных физических интерфейсовХарактеристикаRS-232CRS-422RS-485Токовая петляМакс. число передатчиков/1/11/1032/321/1приёмников на линииМакс. длина линии15 м1220 м1220 м6400 мМакс. скорость передачи115200 кбит/с12 м – 10 Мбит/с19200 кбит/с1200 м – 100 кбит/сВопросы для самоконтроля1. К какому уровню типовой структуры АСУ ТП относятся датчики? исполнительные механизмы? ПЛК? SCADA-системы?2.
Перечислите и опишите основные сетевые топологии. Какие способыуправления доступом к среде передачи используются в каждой из них?3. Какие уровни взаимодействия описывает модель взаимодействия открытых систем? Какие уровни чаще всего реализуются в промышленных сетях?4. Чем различаются симплексный, дуплексный и полудуплексный режимыпередачи данных?5. Какие способы непосредственного кодирования данных при передаче являются самосинхронизирующимися?6. Можно ли по временной диаграмме изменения сигнала в линии передачиотличить манчестерское кодирование от дифференциального манчестерского кодирования?7.
Назовите обязательные поля кадра асинхронной передачи.8. Можно ли по временной диаграмме изменения сигнала в линии передачиопределить частоту асинхронной передачи?9. Какие последовательные электрические интерфейсы обладают наибольшей помехоустойчивостью?10. Какой интерфейс поддерживает самую большую длину линии связи?11. Какие характеристики интерфейса зависят от длины линии связи?12. Чем определяется максимальное количество приёмопередатчиков объединяемых последовательным интерфейсом?13. Сколько приёмников можно подключить к передатчику RS-422?14.
Сколько приёмопередатчиков можно объединить с помощью интерфейсаRS-232? RS-422? RS-485? токовая петля?984. СОВРЕМЕННЫЕ СТАНДАРТЫ ПРОМЫШЛЕННЫХ СЕТЕЙТермин «промышленная сеть» (fieldbus, полевая шина) подчёркивает, чтосеть применяется для решения задач передачи информации в области, связаннойнепосредственно с производственной зоной, где работают контроллеры, датчикии исполнительные устройства. Задача промышленной сети состоит в организациифизической и логической связи датчиков и исполнительных устройств с системным интеллектом, роль которого выполняют ПЛК или промышленные компьютеры таким образом, чтобы информация с этого уровня была доступна общезаводской информационной системе.Промышленная сеть должна отвечать множеству разнообразных, а зачастуюпротиворечивых требований. От выбора сетевой архитектуры зависят не толькозатраты на создание системы, но и срок её жизни, её способность к развитию, тоесть интегральная стоимость системы.
Вот как могут быть сформулированы некоторые основные требования, которые предъявляются к «идеальной» промышленной сети [31].1) производительность;2) предсказуемость времени доставки информации;3) помехоустойчивость;4) доступность и простота организации физического канала передачи данных;5) максимальный сервис для приложений верхнего уровня;6) минимальная стоимость устройств аппаратной реализации, особенно науровне контроллеров;7) возможность получения «распределённого интеллекта», путём предоставления максимального доступа к каналу нескольким ведущим узлам;8) управляемость и самовосстановление в случае возникновения нештатныхситуаций.Как видно, в получившемся списке первое требование противоречит второму, третье — четвёртому и так далее. Более того, подобные противоречия приходится обходить постоянно и на всех уровнях проектирования, начиная с того, какой формат пакета передачи данных выбрать: тот, который позволит осуществлять расширенное управление сетью и удалённую загрузку, или тот, которыйобеспечит максимально быструю работу с большим числом дискретных сигналов,заканчивая решением философской проблемы, что лучше: применить не самоесовременное, но проверенное годами решение, или применить кажущееся блестящим и современным решение, которое почему-то оказывается дороже и до сихпор ещё не применяется на предприятии-конкуренте.99Таким образом, можно полагать, что промышленная сеть – суть один большой компромисс.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
