Промышленные сети и протоколы передачи информации.
Передача цифровой информации производится по различным сетям: Internet, Ethernet, Profibus-DP, DeviceNet, Interbus, и др. Каждая из сетей имеет свои особенности, назначение и реализуется на определенном типе кабелей. Увеличение их длины ведет к снижению амплитуды сигнала и скорости передачи информации. Для подключения к сети устройства должны иметь платы с соответствующим цифровым стандартом. Для каждого типа интерфейса и вида кабеля определяется число подключаемых устройств, длина кабеля и снижение скорости передачи. Для увеличения числа подключаемых устройств и длины линии используются повторители. Особенность передачи информации в промышленных системах управления состоит в том, что полевые устройства: первичные средства измерения и управления работают в реальном масштабе времени. В связи с этим применение высокоскоростных шин на полевом уровне требует дополнительных затрат на согласующие элементы.
HART-протокол как способ передачи цифровой информации разработан фирмой Rosemount и занимает промежуточное положение между токовым и чисто цифровым сигналами. В нем осуществляется цифровое усовершенствование токовой петли 4...20 мА за счет использования частотной модуляции токового выходного сигнала измерительных преобразователей. На сигнал 4...20 мА накладываются импульсы переменного тока, причем один период с частотой 1200 Гц соответствует логической единице, а 2200 Гц — логическому нулю (рис. 1). Среднее значение наложенных синусоид равно нулю и не влияет на токовый сигнал. Скорость передачи данных невысока и составляет 1,2 кбит/с (1,2 кбод), время обновления данных 2—3 раза в секунду, сопротивление нагрузки 230 ...1100 Ом, к одной цепи может подключаться до 15 устройств.
Рис. 1. Передача цифровой информации по HART протоколу
Интерфейс RS-232 является наиболее простым среди RS-интерфейсов. В нем источник и приемник сигналов имеют заземленную точку. Информация передается в виде двухполярных сигналов, единице соответствует -3...-15 В, а нулю от 3... 15 В. Недостаток этого способа передачи сигнала — низкая помехозащищенность, что при-водит к ограничению длины линии связи до 15 м. Скорость передачи составляет несколько десятков кбод, линия связи соединяет источник сигнала с одним приемником.
Интерфейс RS-485, получивший широкое распространение, ориентирован на симметричные дифференциальные линии связи, что обеспечивает возможность использования линий длиной до 1200 м, при скорости передачи в зависимости от длины линии от 100 до 104 кбод, импульсы сигнала составляют ±1,5 В. Для увеличения длины линии и числа подключаемых устройств используются специальные повторители. В качестве линий связи применяется витая экранированная пара с подключением на каждый сегмент без повторителя 32 устройств. Возможно использование оптического кабеля.
В системах с территориально-распределенными средствами измерения для передачи информации используются радиоканалы. Радиомодемы, работающие на частотах 1000...2500 МГц, позволяют передать информацию на расстояние до 5 км.
Распространение микропроцессорных (интеллектуальных) первичных средств измерения и исполнительных механизмов с их широкими функциональными возможностями привело к созданию открытых распределенных систем управления, включающих высокоскоростную полевую шину (Fildbus), объединяющую устройства нижнего уровня. Такое техническое решение позволяет сократить длину линий связи, повысить скорость обмена данными. Представителем такой системы является PROFIBUS (Германия). Основой передающей среды в ней служит RS-485.