Метод передачи

В системе PROFIBUS каждый бит кодируется без возвращения к нулю и передается дифференциальным напряжением. Во время периода молчания незаземленная дифференциальная линия переводится оконечным устройством в единицу. Она передает данные как символ- ориентированные. Система FIP передает код и информацию таймера, кодируя их посредством Manchester II. Скорости передачи данных определены равными 31,25 Кбит/с, 1 и 2,5 Мбит/с. Арбитраж в FIP основан на назначении ременного окна каждому узлу для периодических данных и назначении окна по запросу для апериодических (рис. 2); существует необходимость глобальной синхронизации тактового генератора. Аналогично в CAN осуществляется передача двух взаимно дополняющих логических значений: рецессивного и доминантного. При одновременной передаче доминантного и рецессивного битов результирующий канал будет доминантным. Для аппаратной реализации логического "И" используется логический "О". Бит кодируется без возвращения к нулю. Время передачи каждого бита делится на не перекрывающие друг друга сегменты: синхронизацию, прохождение, фазы / и 2.

Сегмент синхронизации используется для синхронизации различных узлов системы. Предполагается, что фронт импульса лежит внутри этого сегмента. Сегмент прохождения служит для компенсации времени физической задержки. Он равен удвоенной сумме времени прохождения сигнала по линии.

Фазовые сегменты используются для компенсации фазовой ошибки фронта импульса. Эти сегменты можно укоротить или удлинить. Уровень канала считывается в конце фазы. Все контроллеры CAN синхронизируют на старте кадра. Таким образом, необходим типичный допуск на генератор, составляющий 1,58 % при скорости передачи информации по каналу, равной 125 Кбит/с. Поскольку системы FIP и CAN работают при глобальной синхронизации тактовых генераторов, им в отличие от PROFIBUS требуются жесткие допуски на частоту тактовых генераторов.

рядом протоколов, среди которых наиболее известны два: протокол автоматизации производства (ManufacturingAutomationProtocol, MAP, фирмы GeneralMotors) и протокол технического и административного учреждения (Technical Office Protocol, TOP, фирмы Boeing). Для более низких уровней (field level), т.е. уровней промышленных контроллеров, датчиков и исполнительных механизмов, стандартной информационной системы не существует. Эта область развивается сейчас благодаря усилиям отдельных компаний или их групп [2]. Любая производственная технология представляет собой набор отдельных шагов: от обработки сырья до организации системы хранения продукции, и все эти операции должны быть связаны информационными сетями. Сети, обеспечивающие информационные потоки между контроллерами, датчиками сигналов и разнообразными исполнительными механизмами, объединяются общим названием "промышленные сети" (FieldBus, или "полевая" шина). Промышленная сеть должна решать две основные задачи: обеспечивать совместимость на уровне сети приборов от разных производителей; обеспечивать выход в коммерческие системы обработки данных (MAP или ТОР). Объединение в одну цифровую сеть нескольких устройств - это только начальный шаг к эффективной и надежной работе системы связи между ними. В дополнение к аппаратным требованиям предъявляется также ряд программных требований. Там, где системы связи или сети гомогенные (однородные), то есть объединяют устройства от одного производителя, эти проблемы решены. Но когда речь идет о построении сети из устройств различных производителей, эти задачи обретают множественный характер. Уникальные системы (продукт и поддержка одного производителя) работают по уникальным протоколам связи. Они получили название "закрытых систем" (closed/ proprietary systems). "Открытые системы" (open systems) приводят в соответствие специфические требования интересам всех. Большинство промышленных сетей поддерживают 1, 2 и 7-ой уровни OSI-модели: физический уровень, уровень передачи данных и прикладной уровень. Все другие уровни (сетевой, транспортный, сеансовый, представления данных), как правило, избыточны. Все, что находится выше 7-го уровня модели, это задачи, решаемые в прикладных программах. Физический уровень (Physical Layer) обеспечивает необходимые механические, функциональные и электрические характеристики для установления, поддержания и размыкания физического соединения. Похожая статья: Использование сети Интернет при обучении иностранному языку Уровень передачи данных (Data Link Layer) гарантирует передачу данных между устройствами. Этот уровень управляет не только сетевым доступом, но также механизмами защиты и восстановления данных в случае ошибок при передаче. Прикладной уровень (Application Layer Inferface) обеспечивает непосредственную поддержку прикладных процессов и программ конечного пользователя и управление взаимодействием этих программ с различными объектами сети передачи данных. Как исключение существуют протоколы промышленных сетей, реализующие все семь уровней OSI-модели, например LonWorks. Сетевая топология описывает способ (тип) сетевого объединения различных устройств. Существует несколько видов топологий, отличающихся одна от другой по трем основным критериям: режиму доступа к сети; средствам контроля передачи и восстановления данных; возможности изменения числа узлов сети. Основные топологии - это звезда, кольцо и шина. Сравнение этих топологий представлено в таблице 1. В структуре топологии типа "звезда" вся информация передается через центральный узел, так называемый обрабатывающий компьютер. Каждое устройство имеет свою собственную среду соединения. Все периферийные станции могут обмениваться друг с другом только через центральный узел. Преимущество этой структуры в том, что никто кроме центрального узла не может влиять на среду передачи. Таблица 1 Сравнительные характеристики основных топологий Характеристики Тип топологии звезда кольцо шина Режим доступа Доступ и управление через цен-тральный узел Децентрализованное управление. Доступ от узла к узлу Централизованный и децентрализо-ванный доступ Надежность Сбой централь-ного узла – сбой сети Разрыв линии связи приводит к сбою сети Ошибка одного узла не приводит к сбою сети Расширяемость Ограничено числом физических портов на центральном узле Возможно расширение числа узлов, но время ответа снижается Однако центральный узел должен быть исключительно надежным устройством как в смысле логического построения сети (отслеживание конфликтных ситуаций и сбоев), так и физического, поскольку каждое периферийное устройство имеет свой физический канал связи и, следовательно, все они должны обеспечивать одинаковые возможности доступа. Дополнительное устройство может быть включено в сеть только в том случае, если организован порт для его подсоединения к центральному узлу. В структуре типа "кольцо" информация передается от узла к узлу по физическому кольцу. Приемник копирует данные, регенерирует их вместе со своей квитанцией подтверждения следующему устройству в сети. Когда начальный передатчик получает свою собственную квитанцию, это означает, что его информация была корректно получена адресатом. В кольце не существует определенного централизованного контроля. Каждое устройство получает функции управляющего контроллера на строго определенный промежуток времени. Отказ в работе хотя бы одного узла приводит к нарушению работы кольца, а следовательно, и к остановке всех передач. Чтобы этого избежать, необходимо включать в сеть автоматические переключатели, которые берут на себя инициативу, если данное устройство вышло из режима нормальной работы. То есть они позволяют включать/выключать отдельные узлы без прерывания нормальной работы. В структуре "шина" все устройства подсоединены к общей среде передачи данных, или шине. В отличие от "кольца" адресат получает свой информационный пакет без посредников. Похожая статья: Методическая разработка «Рисунок как средство диагностики психического развития дошкольников в условиях ДОУ» Процесс подключения дополнительных узлов к шине не требует аппаратных доработок со стороны уже работающих узлов сети, как это имеет место в случае топологии "звезда". Однако шинная топология требует жесткой регламентации доступа к среде передачи. Существуют два метода регулирования такого доступа, известного еще под термином "шинный арбитраж": "фиксированный мастер" (централизованный контроль шины): доступ к шине контролируется центральным мастер-узлом; "плавающий мастер" (децентрализованный контроль шины): благодаря собственному интеллекту каждое устройство само определяет регламент доступа к шине. Основными преимуществами промышленных сетей являются недорогие линии и надежность передачи данных. Данные передаются последовательно бит за битом, как правило, по одному физическому каналу (одному проводнику). 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. Широко используемый стандартный интерфейс RS-232C обеспечивает работу стандартного оборудования передачи данных между модемами, терминалами и компьютерами. Электрически система основана на импульсах 12В, кодирующих последовательности "0" и "1". 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. Симметричный интерфейс RS-422 использует дифференциальные сигнальные линии. 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 возмущениям. Использование данного стандарта позволяет значительно удлинять физические линии передачи данных и увеличивать скорость. С помощью интерфейса RS-422 можно строить и шинные структуры. Интерфейс RS-485 соответствует спецификации симметричной высокоскоростной передачи данных, описанной в американском стандарте IEA RS-485. Максимальная длина варьируется от 1,2 км на скорости до 90 кбод и до 200 м на скорости до 500 кбод. В таблице 2 приводятся сравнительные характеристики этих трех стандартных физических интерфейсов. Кроме типа физического интерфейса при построении промышленной сети не менее важно учитывать особенности и ограничения физической среды передачи данных. Таблица 2 Сравнительные характеристики стандартных физических интерфейсов Характеристика Интерфейс RS-232C RS-422 RS-485 Максимальное число приемников/передатчиков на линии 1/1 1/10 32/32 Максимальная длина линии (без повторителей), м 15 1220 1220 Максимальная скорость передачи, кбод 38,4 90 90…500 В таблице 3 приведены оценочные данные, сравнивать по которым можно основные типы сред передачи по ряду критериев. Таблица 3 Сравнительные характеристики различных сред передачи данных Характеристика Витая пара Радио-канал Коаксиаль-ный кабель Опто-волокно Типовой диапазон 1…103 50…104 10…104 10…104 Скорость передачи, кбод 0,3…2000 1,2…9,6 300…104 1…104 Если несколько устройств коммутируются между собой через общую линию связи (шину), то должен быть определен ясный и понятный протокол доступа к ней. Существуют два метода упорядоченного доступа: централизованный и децентрализованный. Именно по этой причине децентрализованный контроль с переходящими функциями Мастера от одного участника (узла сети) к другому получил наибольшее развитие. Здесь права мастера назначаются группе устройств сети. Приняты и используются две модели децентрализованного доступа: модель CSMA/CD (например, Ethernet) как стандарт IEEE 802-3; модель с передачей маркера как стандарт IEEE 802.4 (Token Passing Model). Для совместной работы сетей типа CSMA/CD и Token Model необходим так называемый межсетевой шлюз. Решение доступа к шине методомMASTER-SLAVE находит свое применение как на контроллерном уровне (field level), так и на уровне датчиков и исполнительных механизмов (sensor/actuator level). Право инициировать циклы чтения/записи на шине имеет только MASTER-узел. Он адресует каждого пассивного участника (SLAVE node), обеспечивает их данными и запрашивает у них данные. Наиболее известным механизмом управления локальной сетью шинной конфигурации является метод множественного доступа с контролем шины и обнаружением конфликтов, так называемый случайный метод доступа к шине CSMA/CD (CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetection). Широко известная реализация этого метода - спецификация Ethernet. Все станции на шине имеют право передавать данные. Каждая из них постоянно прослушивает шину. Если шина свободна, любой из участников сети может занять шину под свой цикл передач. Если несколько станций претендуют на шину одновременно, это приводит к так называемому конфликту (коллизии), тогда все "претенденты снимают свою заявку". Затем каждый из участников включает некий случайный генератор, который задает случайный интервал ожидания до следующего момента запроса шины. Метод CSMA/CD получил широкое распространение в офисных системах и наиболее эффективен в условиях относительно низкой общей загрузки канала (менее 30%). В условиях большей загрузки канала выгоднее использовать сети, реализующие модель с передачей маркера. Метод передачи маркера TTPM(TheTokenPassingMethod) обеспечивает право доступа к шине в цикле от устройства к устройству. Порядок передачи зависит от прикладной задачи и определяется на стадии планирования системы. Этот метод предлагает каждому участнику сети "справедливое" разделение шинных ресурсов в соответствии с их запросами. Принцип передачи маркера используется в системах, где реакция на события, возникающие в распределенной системе, должна проявляться за определенное время. Предпочтительность того или иного сетевого решения как средства транспортировки данных можно оценить по следующей группе критериев: объем передаваемых полезных данных; время передачи фиксированного объема данных; удовлетворение требованиям задач реального времени; максимальная длина шины; допустимое число узлов на шине; помехозащищенность; денежные затраты в расчете на узел. Часто улучшение по одному параметру может привести к снижению качества по другому, то есть при выборе того или иного протокольного решения необходимо следовать принципу разумной достаточности. В зависимости от области применения весь спектр промышленных сетей можно разделить на два уровня: Field level (промышленные сети этого уровня решают задачи по управлению процессом производства, сбором и обработкой данных на уровне промышленных контроллеров); Sensor/actuator level (задачи сетей этого уровня сводятся к опросу датчиков и управлению работой разнообразных исполнительных механизмов). Другими словами, необходимо различать промышленные сети для системного уровня (field busses) и датчикового уровня (sensor/actuator busses). Сравнение этих двух классов в самом общем виде приведено в таблице 4. На сегодняшний день спектр протоколов для обоих этих классов довольно широк. Область их применения лежит на одном из двух уровней. Типичные представители открытых промышленных сетей: PROFIBUS (ProcessFieldBus) и BITBUS. Типичныеоткрытыесенсорные (датчиковые) сети: ASI (Actuator/Sensor Interface), Interbus-S, PROFIBUS-DP (Profibus for Distributed Periphery) и SERCOS interface. Таблица 4 Характеристики промышленных сетей типов Fieldbus и Sensorbus Характеристика Fieldbus Sensorbus Расширение сети, м 100...1000 &#<;100 Время цикла, с 0,01...10 0,001...1 Объем передаваемых данных за цикл, байт 8...1000 1...8 Доступ к шине Фиксиров./ свободный Свободный Типичныеоткрытыесетидляобоихуровнейприменения: CAN (Controller Area Network), FIP (Factory Instrumentation Protocol) и LON (Local Operating Network). На рисунке 1 представлена обобщенная сетевая структура, показывающая в общем виде возможное использование того или иного протокола на определенных уровнях условного промышленного предприятия. Заключение В связи с проведенным анализом можно сделать вывод целесообразности применения таких видов сетей, как CAN, FIP, LON, для создания надежной и высокотехнологичной системы мониторинга и управления процессами добычи и транспортировки нефти, а также состоянием нефтедобывающего оборудования. Рисунок 1. Уровни связи и типовые промышленные сети в автоматизации

Пожалуйста, не забудьте правильно оформить цитату:
Губанов А. И. Промышленные сети для диагностики и управления [Текст] / А. И. Губанов, А. Б. Николаев // Молодой ученый. — 2011. — №4. Т.3. — С. 14-18.

Топологии сети на полевом уровне Еще десять лет назад большинство датчиков полевого уровня подключались напрямую к ПЛК или другим контроллерам посредством аналогового кабеля (часто 4–20 мА пост. тока). В системах сбора данных датчики были индивидуально жестко подключены, а мультиплексирование аналоговых сигналов было дорогим решением и использовалось только тогда, когда шла речь о передаче данных на очень большие расстояния. Иногда системы сбора данных даже не были подключены к главной системе. Полевой уровень Оборудование полевого уровня включает в себя датчики, передатчики, переключатели, клапана, двигатели и приводы. В обычной системе все эти устройства были интегрированы по отдельности, часто даже разными инженерами. Инженера-механики обычно отвечают за клапана, двигатели и приводы, в то время как инженера по системе управления работают с преобразователями, датчиками и передатчиками. Иногда в процессе разработки общей системы они даже не пересекаются. Такой подход не вызывал проблем пока каждое устройство полевого уровня передавало данные напрямую другому устройству, например, контроллеру или системе HMI. За последние десять лет развития, ориентированного на расширение сети, они представляют собой просто устройства, подключаемые к коммутаторам, контроллерам, системам HMI и многим другим «узлам сети» Устройства – что это такое? Во времена аналоговых сенсоров устройства не выполняли никаких дополнительных функций. Их работа заключалась в том, чтобы получить значение и передать сигнал передатчику или контроллеру. Датчик скорости, датчик приближения, датчик уровня pH или другие подобные устройства вырабатывают сигнал при взаимодействии с процессом. Иногда эти электрические сигналы даже не выражены в технических единицах измерения. Сигнал поступает к другому устройству, например, передатчику или контроллеру, которые имеют достаточные ресурсы, чтобы обеспечить питание датчика, передачу сигнала, а также осуществить преобразование электрического сигнала в технические единицы измерения. ператоры извлекали данные при помощи ноутбука или другого портативного устройства, а затем передавали данные в главную систему вручную. Датчики при этом подключались напрямую к входам и выходам ПЛК, то есть один сенсор подключался одним набором проводов к одному клеммному терминалу ПЛК. При этом ПЛК в основной массе представляли собой неавтономные устройства. Для передачи данных ПЛК использовали последовательный интерфейс, например, RS-232 или RS-485. Контроллеры «высокого» уровня могли подключаться к системе HMI посредством сети Modbus. Тем не менее, примерно в это же время сетевые технологии перешли от офисных систем и предприятий в область промышленной автоматизации в том числе на нижний уровень. Сначала это была сеть Modbus, затем многоточечная сеть RS-485, затем Modbus RTU по RS-485 и, наконец, Ethernet. Многие годы предприятия не спешили использовать сети Ethernet из-за их недетерминированного характера. Это означает, что в случае высокой нагрузки в сети доставка некоторых пакетов данных может значительно затянуться. По словам экспертов, это могло бы привести к поломке оборудования, сбою в системе и, возможно, даже к травмам. Однако изобретение коммутатора, а после и управляемого коммутатора Ethernet, изменило ситуацию. И хотя сеть Ethernet по прежнему является недетерминированной, хорошо спроектированная сеть имеет очень малую вероятность сбоя в случае работы с большими потоками данных. Некоторые типы Ethernet-сетей нашли широкое применение в промышленной автоматизации, за исключением высокоточных и высокоскоростных приложений управления перемещением. Теперь при проектировании системы сбора данных и управления разработчикам необходимо выбирать не только датчики, устройства управления и контроллеры, но и тип и топологию сети. При этом необходимо учитывать три важные составляющие. Во-первых, это сеть – транспортная составляющая. Сеть состоит из узлов. Эти узлы могут быть конечными точками, например устройствами, разъемами, коммутаторами или концентраторами, а также шлюзами данных и преобразователями протоколов. Следующая составляющая, это среда которая соединяет узлы сети. Среда может быть проводной и беспроводной. Третья составляющая, это протокол. Протокол позволяет беспрепятственно передавать кодированные данные от узла к узлу по сети. Топология помогает нам визуализировать сеть и ее соединения. Топология относится как к физической сети (провода, концентраторы, коммутаторы, устройства и т. д.), так и к логической сети со всеми ее взаимосвязями. Топологии сети на полевом уровне Еще десять лет назад большинство датчиков полевого уровня подключались напрямую к ПЛК или другим контроллерам посредством аналогового кабеля (часто 4–20 мА пост. тока). В системах сбора данных датчики были индивидуально жестко подключены, а мультиплексирование аналоговых сигналов было дорогим решением и использовалось только тогда, когда шла речь о передаче данных на очень большие расстояния. Иногда системы сбора данных даже не были подключены к главной системе. 124 | 3/2014 (41) | СФЕРА. НЕФТЬ И ГАЗ о

Устройства могут взаимодействовать между собой Как только сенсоры и другие полевые устройства стали оснащаться микропроцессорами, они стали «умными». Они получили возможность обмена информацией с главными компьютерами посредством цифровых данных, а также с другими устройствами полевого уровня напрямую. Как только подобные устройства стали широко использоваться в промышленной автоматизации главным условием встало наличие у них взаимосвязи между собой, а также с контроллерами и другими приборами. Такая взаимосвязь является достаточно сложной структурой, визуальное отображение которой представляет собой топологию сети. Сетевая среда Для организации сетей могут использоваться различные типы сред. При этом физическую топологию сети представляют конфигурации кабельных соединений. Выбор среды передачи данных, начиная от коаксиальных кабелей, многожильных витых пар, и заканчивая волоконно-оптическими кабелями, определяет размер, дальность и максимальную пропускную способность сети. С начала 2000-х годов к существующим средам передачи данных добавились радиочастотные каналы малой мощности, например, Wi-Fi и 802.15.4. Логическая топология сети отображает пути взаимодействия сигналов без учета физического подключения сетевых устройств и узлов. При этом, логическая топология сети не всегда совпадает с физической. Она показывает пути перемещения данных между узлами сети, а не физические соединения между самими узлами. Логическая топология сети во многом определяется применяемыми сетевыми протоколами. Сетевые протоколы Ethernet не является единственным стандартом построения сети. Сети также могут быть реализованы на базе различных стандартов начиная от Modbus RTU через многоточечный интерфейс RS-485, а также HART, Profibus, Foundation fieldbus и заканчивая стандартом беспроводных персональных сетей (WPAN). Проводные и беспроводные сети различаются средой передачи данных (провода или радиосигнал), но используют одни и те же сетевые топологии, поэтому могут сопрягаться и работать совместно в рамках сложных конфигураций. Беспроводные сети, также, как и проводные, базируются на различных протоколах. Существует по меньшей мере пять широко применяемых стандартизированных беспроводных сетевых протоколов: Zigbee, IEC62591- WirelessHART, ISA100.11a и китайский протокол WIA-PA. Все они основываются на IEEE 802.15.4 – стандарте беспроводной передачи данных малой мощности для ячеистых сетей. Стандарт IEEE 802.11xx, обычно называющийся WiFi, использует несколько радиочастот и может также использоваться в подобных топологиях. Однако, протоколы Zigbee, WirelessHART, ISA100 и WIA-PA несовместимы между собой и не могут применяться в рамках единой сети. Также существует множество нестандартизированных протоколов для беспроводных сенсорных сетей. Согласно исследованиям журнала Control magazine, порядка 30% беспроводных сенсорных сетей используют эти проприетарные протоколы и их число, по всей видимости, не собирается уменьшаться. Топологии сети Существует ограниченное число способов подключения сетевых узлов друг к другу и к общей сети. В промышленной области часто используются следующие топологии сети: линия, кольцо, ячеистая, звезда, дерево, шина. При этом важен тот факт, что эти топологии могут применяться для построения как проводных, так и беспроводных сетей. Они универсальны и независимы от используемых протоколов и типов передаваемых данных. Линия Линейная топология или «точка-точка» Линейная цепь представляет собой самую простейшую топологию сети: две узловые точки сети постоянно подключены друг к другу напрямую. Существует два типа топологии «точка-точка». Первый тип представляет собой определенное постоянное подключение – канал, который связывает две конечные точки. Двухпроводная линия от удаленного узла SCADA до центральной диспетчерской является классическим примером подобной топологии. Второй тип линейной топологии является переключаемым. Сетевое соединение «точка- точка» устанавливается по требованию в случае необходимости. Примером топологии такого типа является аналоговая телефония, а технологии передачи дискретных данных с пакетной коммутацией являются логическим расширением этого типа топологии. Кольцо Топологию сети типа кольцо можно рассматривать как линейную сеть, у которой последний узел подключен к первому, образуя кольцо. Данные передаются по кольцу только в одном направлении, при этом каждый узел сети, ретранслируя данные, выступает в качестве повторителя, усиливая сигнал. Таким образом, каждый узел сети выступает в качестве приемника и передатчика. По этой причине каждый узел является критически важным звеном. Если одна из связей в кольце будет разорвана, то данные не смогут перемещаться по кольцу и топология сети нарушится. СФЕРАНЕФТЕГАЗ.РФ | 127 Кольцо Звезда Ячеистая топология Ячеистые сети являются предшественниками сетей Ethernet и используются в промышленной автоматизации с начала 1980-х годов. Последние десять– пятнадцать лет их значимость возросла поскольку почти все стандартные международные беспроводные протоколы базируются на ячеистой топологии сети. Ячеистая сеть подчиняется закону Рида по количеству возможных подключений: n(n-1)/2. Но этот закон работает только, если ячеистая сеть является полносвязной. То есть каждый узел в сети подключен физически или логически с любым другим узлом. Это обеспечивает высокий уровень резервирования, необходимый в сенсорных сетях всех видов, поскольку пакет данных проходит путь от узла-источника к узлу-приемнику используя любой из путей ячеистой сети. Сеть стандарта IEC62591 WirelessHART является примером полносвязной беспроводной ячеистой сети поскольку все устройства данной сети, включая шлюзы данных, должны быть маршрутизаторами, при этом не допускается использование конечных устройств, которые являются только передатчиками. В частично связанной ячеистой сети некоторые узлы являются соединенными в режиме «точка-точка». Например, беспроводные протоколы стандарта IEEE 802.15.4, Zigbee и ISA100.11a, допускают подобное применение конечных устройств и прямого подключения. Это может быть реализовано только при помощи маршрутизатора, например, серии ADAM. Стоимость проводной полносвязной ячеистой сети даже с малым количеством узлов является очень высокой, однако это не относится к беспроводным сетям. Беспроводные сети можно масштабировать практически бесконечно, реализуя последовательные цепочки (Daisy-Chain) ячеистых сетей. Звезда Топология «точка-точка» является частным случаем топологии типа звезда и представляет собой одно прямое соединение центрального узла и конечной точки. Каждый узел в сети с топологией типа звезда подключен к центральному узлу, которым может выступать концентратор или коммутатор. Коммутатор обслуживает периферийные узлы так же, как сервер обслуживает клиентов. Весь трафик сети проходит через центральный узел или коммутатор. Считается, что сети с топологией типа звезда легко внедряются и просты в обслуживании. При этом звезда может иметь больше пяти лучей. К подобной сети несложно добавить еще один узел, просто подключив его физически или логически, при этом данные из нового узла будут проходить через концентратор звезды. Можно также подключить несколько звезд, соединяя в режиме «точка-точка» концентратор одной звезды с концентратором другой. Подобная структура часто называется «последовательная цепь звезд» или топология распределенной звезды. Однако, наиболее весомым недостатком топологии типа звезда является то, что концентратор или коммутатор в центре может оказаться точкой отказа. Дерево Сеть с топологией типа дерево представляет собой иерархическую структуру с как минимум тремя уровнями, которые состоят из корневого узла, подключенного к одному или нескольким узлам ниже по иерархии при помощи соединения «точка-точка». Такая структура представлена в виде ветвей дерева. Дерево является симметричным, когда каждый узел соединен с определенным числом узлов на следующем более низком уровне. Топология типа дерево хорошо масштабируема и напоминает гибридные сети. Она надежна и экономически выгодна для проводных сетей, однако для беспроводных сетей подходит в меньшей степени из-за необходимости прохождения всех узлов ветки перед тем как достичь магистрали. Подобная топология не очень подходит для сенсорных сетей из-за потенциальных задержек, однако вполне применима для сети уровня предприятия. 128 | 3/2014 (41) | СФЕРА. НЕФТЬ И ГАЗ Шина В шине, например, полевой шине, все устройства подключены к единому кабелю шины. Сигнал передается по всей длине шины пока не найдет устройство, которому он предназначается. Если адрес устройства не соответствует требуемому адресу, то данные продолжат передаваться по шине, пока не найдут принимающее их нужное устройство. Цифровые сети на базе протоколов Profibus и Foundation fieldbus, широко применяющиеся в промышленной области, также имеют шинную топологию. Шинная топология является недорогим решением, поэтому часто используется в промышленной автоматизации в качестве топологии сетей на уровне датчиков и устройств. Гибридные сетевые топологии Сети с различными топологиями могут соединяться последовательно при условии, что все узлы работают с одним и тем же протоколом или используются преобразователи протоколов. Таким образом существует возможность построения сети на базе нескольких протоколов, которая позволит обмениваться данными по проводным и беспроводным соединениям в рамках одного предприятия или завода. Вот почему гибридные сетевые топологии становятся широко распространенным решением. Например, на типовом заводе может использоваться проводная сеть Profibus, подключенная к коммутатору Ethernet, который в свою очередь подключается к шлюзу беспроводной ячеистой сети и к сети Modbus TCP/IP на базе Ethernet. И скорее всего подобные виды гибридных сетевых топологий будут в будущем только усложняться. Выбор правильной топологии сети В некоторых случаях, особенно в области промышленной автоматизации, инженер выбирает топологию, которая позволит объединить все существующие устройства. В других случаях инженер должен тщательно подобрать устройства и топологию сети, чтобы обеспечить экономически выгодное, прочное и надежное решение. Проводные сетевые топологии обычно используют протоколы на базе Ethernet, такие, как TCP/IP, Modbus TCP, Profibus/PROFINET или Foundation fieldbus. В действующих приложениях, особенно в обрабатывающей промышленности или водоочистительных системах, большинство полевых устройств подключены к сетям HART, которые могут работать с другими сетями, например Profibus и Foundation fieldbus. Кроме того, последние несколько лет сети HART могут быть реализовываться как проводные, так и беспроводные благодаря выбору стандартного протокола МЭК WirelessHART. Выбор беспроводной технологии Как правило, при построении сетевого решения инженер должен принимать во внимание тот факт, что разные сетевые топологии обладают различными характеристиками. Модули Advantech серии ADAM- 2000 поддерживают топологии сети типа звезда, дерево и ячеистую топологию. Для построения сети не требуется никакого дополнительного конфигурирования – сеть организуется автоматически исходя из расположения подключенных модулей ADAM-2000. Пользователь может выбрать необходимую топологию и установить модули ADAM-2000 в соответствие с требованиями его системы. Advantech Co., Ltd. Представительство в России тел. (495) 644-03-64 8-800-555-01-50 (бесплатно по РФ) e-mail: [email protected] www.advantech.ru ШИНА Проблема шинной топологии заключается в том, что они являются достаточно дорогими в обслуживании и могут быть единственным уязвимым звеном в системе. Поэтому данная топология применяется в простых и коротких сетях, таких, как сенсорные сети или сети управления установками, ведь никто не хочет понести убытки и получить обрушение всей сети при обрыве кабеля.

Последовательные интерфейсы RS-422 и RS-485 ЗАО «Логический Элемент» Интерфейсы EIA-RS-422 (ITU-T V.ll, X.27) и EIA-RS-485 (ISO 8482) используют симметричную передачу сигнала и допускают как двухточечную, так и шинную топологию соединений. В них информативной является разность потенциалов между проводниками А и В. Если на входе приемника UA-UB>0,2 В (А положительнее В) — состояние «выключено» (space), UA-UB<-0,2 В (А отрицательнее В) — состояние «включено» (mark). Диапазон |UA-UB| +200 мВ - приемник определяет "1", когда UAB < -200 мВ - ЗАО «Логический Элемент» приемник определяет "0". Если разность потенциалов в линии настолько мала, что не выходит за пороговые значения - правильное распознавание сигнала не гарантируется. Кроме того, в линии могут быть и не синфазные помехи, которые исказят столь слабый сигнал. Все устройства подключаются к одной витой паре одинаково: прямые выходы (A) к одному проводу, инверсные (B) - к другому. Входное сопротивление приемника со стороны линии (RAB) обычно составляет 12 КОм. Так как мощность передатчика не беспредельна, это создает ограничение на количество приемников, подключенных к линии. Согласно спецификации RS-485 c учетом согласующих резисторов передатчик может вести до 32 приемников. Однако есть ряд микросхем с повышенным входным сопротивлением, что позволяет подключить к линии значительно больше 32 устройств. Максимальная скорость связи по спецификации RS-485 может достигать 10 Мбод/сек. Максимальное расстояние - 1200 м. Если необходимо организовать связь на расстоянии большем 1200 м или подключить больше устройств, чем допускает нагрузочная способность передатчика - применяют специальные повторители (репитеры)