InterBus (InterBus Loop)

Interbus использует процедуру доступа к шине по схеме ведущий/ведомый (Master/Slave). При этом шинный Мастер обеспечивает одновременный интерфейс к высокоуровневой управляющей системе и выполняет функции управления шиной. Топология Interbus это физическое и логическое кольцо, у которого физический уровень построен на основе стандарта RS485. Это дифференциальный интерфейс, использующий витую пару для информационных передач. Для реализации кольца Interbus-кабель использует две витые пары (для дуплексного режима) плюс дополнительный провод для передачи сигнала логическая земля. Такая физическая структура позволяет организовать сеть, работающую на скорости 500 кбит/с на расстоянии 400 м между двумя соседними узлами сети. Включенная в каждое сетевое устройство функция повторителя сигнала позволяет расширить систему до 13 км. Общее число устройств сети ограничено 512 узлов.

На базе основного кольца с использованием так называемых терминальных модулей возможна организация дополнительных кольцевых сегментов (Interbus Loop). Идея этого способа интеграции устройств, выходящих непосредственно на датчики (цифровые и аналогове преобразователи сигналов), состоит в их определенной изоляции в рамках отдельной физической петли, имеющей свои характеристики и интегрируемой с общей сетью через устройства, называемые шинними терминалами (terminal module).

Шинный терминал преобразует вольтовые сигналы общей шины в токовые сигналы (Манчестер-код) локальной шины. Реализация физического уровня локальной шины имеет хороший иммунитет к электромагнитным шумам. Шина организуется на основе использования обычного двухпроводного неэкранированного кабеля с возможностью запитки через него модулей ввода/вывода (24 В). В сумме на одну петлю локальной шины можно подключить до 64 устройств, которые когут находиться на расстоянии до 20 метров друг от друга с общей длиной кольца до 200 м. (спецификация InterBus’99) В табл. 2.4 представлены параметры InterBus Loop сети.

Таблица 2.4_Технические характеристики InterBus Loop сети

2.2.6. LonWorks (с трансмиттерами LPT)

Шина LON (Local Operating Network) первоначально разрабатывалась компаниями Echelon, Motorola и Toshiba для интеллектуальных систем автоматизации зданий. Однако сейчас она используется также и в промышленных системах автоматизации и контроля. Шина LON предназначена для поддержки распределенного интеллекта. Каждый "нейрон" (узловая микросхема) этой сети содержит по 3 микропроцессора, один из которых специально выделен для поддержания коммуникационного протокола LonTalk с довільно большими вычислительными издержками. Для облегчения такой вычислительной нагрузки к одному "нейрону" может быть підключено несколько более простых устройств. На базе 48-разрядных идентификаторов возможно построение сетей LON с числом узлов болем 32000.

Для построения управляющей сети используются контроллеры на базе микросхем разработанных Echelon Corp. и спеціально предназначенных для использования в LonWorks. В настоящее время их производством занимается Toshiba. Если взглянуть на структурную схему, то видно, что каждый из них состоит из трех микропроцессоров с общин АЛУ и памятью, а также из портов в/в и сетевого интерфейса. Также в комплект оборудования входят приемо-передатчики (трансивер) различных типов как разработанные специально для использования совместно с NeuronChip, например FTT-10A, LPT-10, так и универсальные, например RS485.

В табл. 2.5 приведены основные типы интерфейсов, используемые LON контроллерами.

Таблица 2.5_Типы интерфейсов, используемые LON контролерами

Как видно из таблицы для линий электропитания 24/120/220/380/480 В переменного (50/60/400 Гц) и постоянного тока разработано несколько трансивереров (PLT), выполненных в виде микросхем и микросборок.

В табл. 2.6 представлены более подробно характеристики трансиверов типа PLT.

Таблица 2.6_Технические характеристики трансиверов типа PLT

2.2.7. Profibus PA

PROFIBUS-PA применяет расширенный PROFIBUS-DP-протокол передачи данных. Техника передачи согласно IEC 1158-2 обеспечивает надежность и питание полевых приборов через шину. Приборы PROFIBUS-PA могут благодаря применению специальных устройств (PROFIBUS-PA-Links) в простейшем случае интегрироваться в PROFIBUS-DP-сеть.

В PROFIBUS-PA используется передающая техника по IEC 1158-2.

Технология передачи предоставляет взрывозащищенность и питание устройств через шину. Она базируется на следующих основних принципах:

• у каждого сегмента только один источник питания;

• при передаче данных, питания не происходит;

• пассивная терминация линии с обоих концов основной шины и т.д.

С помощью PROFIBUS-PA могут быть реализованы отдельные структуры: линейные, древовидные, звездообразные, а также их комбинации.

Количество шинных сегментов, занятых участниками шины зависит от установленных источников питания, тока, потребляемого участниками, типа кабеля и экрана шинной системы. На шинную систему можно подключить до 32 участников. Чтобы повысить надежность системы, можно сделать сегмент резервированным. Подключение шинних сегментов РА к сегменту PROFIBUS-DP осуществляется с помощью сегментных разветвителей - DP/PA-Copler (рис. 2.9) или сегментних соединителей - DP/PA-Link.

Характеристика технологии передачи данных показана в табл.2.7.

Таблица 2.7_Характеристика технологии передачи даннях

Рис. 2.9. Конфигурация шины с соединителем сегментов DP/PA

Технология передачи PROFIBUS-PA предназначена для взрывоопасных помещений с обеспечением внутренней безопасности и поэтому работает, используя синхронный, низкоэнергетический метод передачи. Во взрывоопасных помещениях с обеспечением внутренней безопасности на одном сегменте PROFIBUS-PA могут работать до десяти абонентов, при условии, что общее потребление тока никогда не превышает 100 мА. В помещениях, не требующих обеспечения внутренней безопасности, на одном сегменте PROFIBUS-PA могут работать до 30 абонентов. Используемая скорость передачи равна тогда 31,25 Кбит/с.

2.2.8. WorldFIP

WorldFIP (World Factory Instrumentation Protocol) был разработан на основе французского стандарта, известного как NFC46-600 или FIP. Это продукт консорциума компаний, производящих полевые устройства, в которых используется система сообщений. Протокол WorldFIP удовлетворяет требованиям реального времени. Главными членами консорциума являются: Honeywell, Baily Controls, Cegelec, Allen Bradley, Telemecanique, Electricity de France, Elf.

Протокол построен на гибридном (централизованном-децентрализованном) доступе к шине и для передачи данных использует режим широкого вещания (broadcast). Контроль ведется со стороны центрального узла сети, называемого “Арбитром”. Основной поток даннях организован как набор отдельных переменных, каждая из которых идентифицирована своим именем. Любая переменная, обработанная в одном узле-передатчике, может быть прочитана всеми узлами-приемниками одновременно. Режим широкого вещания избавляет от процесса присваивания каждому устройству уникального сетевого адреса.

Функции управления процессом могут быть распределены между различными устройствами на шине. Это возможно, так как все “приемники” одновременно принимают одинаковые переменные, а обновление данных и их передача подчиняются строгому контролю.

Один из физических уровней WorldFIP также основан на IEC 1158-2.

2.2.9. Технология передачи по IEC 1158-2

Технология передачи ориентированная на нужды химической промышленности. Предоставляет взрывозащищенность и питание устройств через шину. Она базируется на следующих основних принципах:

- у каждого сегмента только один источник питания;

- при передаче данных, питания не происходит;

- пассивная терминация линии с обоих концов основной шины и т.д.

Для передачи данных используется бит-синхронизированный, с манчестерским кодом протокол передачи без постоянной составляющей (обозначается также как H1). При передаче данных с помощью манчестерского кода бинарный «0» ередается как смена фронта с 0 на 1, а бинарная «1» как смена фронта с 1 на 0. Данные передаются с помощью модуляции +/- 9mA основного тока шинной системы Ib (рис. 2.10).

Рис.2.10. Передача данных IEC 1158-2 с помощью модуляции тока (Манчестерский код II)

Скорость передачи составляет 31,25 кбит/c. В качестве среды передачи используется витой экранированный или неэкранированный провод. Шина, как это видно из рис. 2.11, состоит из сегментов, к которым подключены участники, сегменты замкнуты на RC-цепочки.

Максимальная длина сегмента сильно зависит от применяемого источника питания, типа провода и потребления тока подключенными участниками.

Рис. 2.11. Структура шинного сегмента по IEC 1158-2

В табл. 2.8 представлены технические данные использования сети по IEC 1158-2. Таблица 2.8_Технические данные сети согласно стандарту IEC 1158-2

В DIN 61158-2 предложены для применения стандартные кабели для IEC 1158-2 (PROFIBUS-PA), называемые типами A-D (таблица 2.9).

Таблица 2.9_Предлагаемые типы кабеля для IEC 1158-2

2.2.10. Передача данных по силовым линиям (PLC)

Передача данных по силовым линиям нашла широкое применение в сетях автоматизации зданий. Например, в сетях типа LONWorks, InstaBus EIB возможен обмен информацией через обыкновенную силовую проводку 220В. Такой обмен информацией между компонентами по силовой линии выгодно отличается от передачи по отдельной TP-линии отсутствием дополнительных затрат на проводку этой самой витой пары (TP).

Некоторые стандарты сетей по электропроводке еще только развиваются (например, CEA R7.3), часть уже существует. Следует упомянуть технологию PowerPacket компании Intellon.

Технология Intellon PowerPacket послужила основой для стандарта HomePlug Powerline Alliance. Она использует модуляцию OFDM (ортогональное мультиплексирование с разделением частот) подобно DSL модемам. В нашей же ситуации доступный диапазон частот электрической проводки (от 4,3 МГц до 20,9 МГц) разбивается на 84 отдельных канала.

Пакеты данных посылаются одновременно по различным несущим частотам, что дает как увеличение скорости, так и надежности. Таким образом, осуществляется подобная Ethernet связь по электрической проводке.

Последнее поколение технологии PowerPacket обеспечивает пропускную способность 14 Мбит/с, что находится на уровне телефонних и беспроводных сетей.

В табл. 2.10 приведены технические характеристики системы передачи.

Таблица 2.10_Технические характеристики системы передачи через силовую сеть Intellon PowerPacket

Технология PLC (Power Line Commuinications) делает возможным передачу данных по силовым электрическим кабелям. Помимо использования в области управления технологическими процессами, технологию можно будет использовать для подключения бытовых пользователей к Интернет и IP-телефонии.