Последовательные интерфейсы по стандартам RS232C и RS485

RC – Recommended Standard, разработаны американской ассоциацией EIA (Electronics Industries Alliance).

Основное назначение интерфейса RS232C – обеспечение связи УВМ с управляемым объектом по методу PtP(Point-to-Point – точка-точка). По стандарту RS232C функционирует COM – порт(Communication Port) персонального компьютера. Поскольку RS232C является радиальным интерфейсом типа PtP, то понятие адреса в нем отсутствует. Функции системы передачи по стандарту RS232C представлены в табл.2.

Функции системы передачи по стандарту RS232C

Таблица 2

Обозначение	Назначение
SG (Signal Ground)	Сигнальная земля
TD (Transmitted Data)	Данные, передаваемые в оконечное устройство
RD (Received Data)	Данные принимаемые от оконечного устройства
DTR (Data Terminal Riady)	Готовность контроллера к обмену данными
DSR (Data Set Riady)	Готовность оконечного устройства к обмену данными
RTS (Request To Send)	Запрос передачи данных
CTS (Clear To Send)	Готовность оконечного устройства

 

Согласно таблице, информация передается через интерфейс RS232C в оконечное устройство в виде импульсов напряжения между проводами TD и SG,а в обратном направлении – по проводу RD относительно того же SG.

Таким образом, обеспечивается возможность реализации дуплексного режима связи, т. е. одновременной передачи информации в обоих направлениях. Уровень логического нуля передающего устройства TD стандартизируется в пределах от 5 до 12 В, а уровень логической единицы – от -12 до -5 В. Соответственно уровни (сигналы) потенциала приемного сигнала RD должен находится в пределах ±(3…12)В. Повышенные уровни напряжений сигналов RS232 (а также RS485) способствуют помехозащищенности.

 

Рис.26. Двухпроводная многоточечная информационная сеть на базе интерфейса RS485

Обмен информацией в интерфейсах RS232C начинается с установления сигнала DTR=1, означающего готовность контроллера интерфейса и обмену данными. Если в ответ оконечное устройство также объявит о готовности к обмену данными путем установки DSR=1, то передача данных в оконечное устройство будет осуществляется при наличии сигналов RTS=1и STS=1 одновременно. Передача может осуществляется в синхронном и асинхронном режимах. В асинхронном режиме обмен информацией происходит побайтно. Для синхронизации передающего узла интерфейса с приемной частью в поток информации вставляют стартовый бит перед передачей каждого байта информации, а в конце каждого байта вставляют стоповый бит. Стартовый бит соответствует уровню логического нуля, а стоповый бит – уровню логической единицы. В течение всего времени паузы, пока не начнется передача нового байта информации, на линии передачи поддерживается состояние логической единицы. В синхронном режиме оформление кадра информации (например, побайтно) и его адресация производится на канальном уровне обмена информацией. Максимальное быстродействие RS232C – 115,2 Кбит/с при длине линии связи до 15м.

Если обмен информацией необходимо вести способом последовательной передачи данных по одной и той же линии между несколькими устройствами (многоканальный режим), то время пользования этой линией должно быть поделено между всеми устройствами, ведущими передачу. Для сохранения той же скорости за цикл обмена данными между всеми устройствами, что и при работе в одноточечном режиме, скорость обмена данными должна быть увеличена пропорционально числу устройств. Это достигается путем перехода от однопроводной несимметричной линии к двухпроводной симметричной линии связи. Эта задача решается с помощью интерфейса RS485, включаемого на выходе интерфейса RS232 через адаптер. Двухпроводная информационная сеть представлена на рисунке (см. рис. 26).

Основой интерфейсного узла RS485 является пара электронных преобразователей G и R. G преобразует несимметричное входное напряжение в симметричное линейное напряжение между т. А и В на его выходе. Устройство G является передатчиком сигналов TD, которые поступают на его вход с интерфейса RS232. Единичному логическому сигналу на выходе АВ соответствует отрицательное напряжение в точке А по отношению к точке В (), а нулевому сигналу – положительное напряжение . Таким образом, передача информации осуществляется разнополярными импульсами напряжения одной и той же амплитуды, что облегчает реализацию гальванической развязки.

Устройство R является приемником, оно преобразует симметричный дифференциальный сигнал , поступающий с линии связи, в несимметричный сигнал RD. Система связи реализуется с помощью трех проводов: связанных проводов А и В и общего провода SG(сигнальная земля). Скорость передачи информации составляет до 10 Мбит/с, при длине линии до 15м и не менее 90 Кбит/с при длине линии до 1200м. На такой линии могут быть подключены до 32 приемопередающих устройств.

К обоим концам линии связи подключены согласующие резисторы 120 Ом. В промежуточных точках подключение резисторов не требуется. Когда один передатчик работает, остальные отключены. Все устройства R выполнены с возможными состояниями выходов: логическая единица, логический ноль и отключенное состояние.

Локальные сети АСУ ТП обычно построены по схеме ведущий-ведомый и используют интерфейс RS485. Если число оконечных устройств превышает 32, используют повторитель(repeater).

Можно использовать интерфейс USB/RS485.

 

Рис.27. Информационная сеть RS485 по схеме «Ведущий-ведомый»

 

Модуль №3

2.6 Использование INTERNET-технологий в АСУ ТП

 

В настоящее время ведущие производители инструментального программного обеспечения для АСУ ТП, как зарубежные, так и отечественные, встраивают поддержку управления технологическими процессами в свои программные продукты.

Широко используется публикация на WEB-cерверах информации о ходе ТП и всевозможной отчетной информации. Такой подход обеспечивает возможность взаимодействия с сервером БД, который хранит необходимую информацию о ТП и минимизирует затраты, так как не требует на стороне клиента установки какого бы то ни было дополнительного программного обеспечения, кроме обычных программ-браузеров.

2.6.1 Программно-технические комплексы (ПТК)

В течение многих лет системы обмена информацией строились по традиционной централизованной схеме, в которой имелось одно мощное вычислительное устройство и огромное количество кабелей, посредством которых осуществлялось подключение датчиков, исполнительных механизмов и т. д. Такая структура диктовалась высокой ценой вычислительной техники и относительно низким уровнем развития автоматизации технологических процессов.

В условиях быстро растущего производства микропроцессорных систем альтернативным решением стали цифровые промышленные сети, состоящие из требуемого количества узлов, обмен информацией между которыми производится цифровым способом.

Использование промышленных сетей позволяет расположить узлы, в качестве которых выступают программируемые промышленные контроллеры (ПЛК), ПК, интеллектуальные устройства ввода-вывода и др. максимально приближенно к датчикам, исполнительным механизмам и т. д., благодаря чему длина аналоговых линий сокращается до минимума.

Совокупность микропроцессорных средств автоматизации, дисплейных пультов операторов и серверов различного назначения, промышленных сетей, которые обеспечивают связь перечисленных компонентов, ПО ПЛК, ПК и дисплейных пультов принято называть ПТК.

2.6.2 Архитектура «Клиент-сервер»

Операционные системы (ОС) семейства Windows фирмы Microsoft полностью завоевали рынок офисных компьютеров и осваивают рынок промышленной автоматизации. Большинство серверов и рабочих станций функционируют под управлением ОС Windows NT/2000/XP. Многие технологии Microsoft стали промышленным стандартом.

Использование архитектуры «Клиент-сервер» позволяет повысить скорость работы всей системы, повысить ее живучесть за счет резервирования серверов, рабочих станций, территориальным распределением решаемых задач.

Серверы, как правило, выполняются на базе промышленных компьютеров и являются резервируемыми. Наименования серверов в различных ПТК – это: сервер оперативной и архивной БД, сервер БД реального времени, сервер ввода-вывода. Основные функции:

- сбор, обработка оперативных данных от УСО и ПЛК;

- передача команд управления ПЛК с верхнего уровня;

- хранение и отображение информации о заданных переменных;

- архивация трендов, печатных документов и протоколов событий.

 

2.6.3 Интерфейсы

Для организации связи с датчиками и исполнительными устройствами применяют AS-интерфейс (ACTUATOR/SENSORS interface), который является промышленной сетью нижнего уровня систем автоматизации.

При создании АСУ ТП в различных отраслях промышленности в соответствии с HART (Highway Addressable Remote Transducer) используется для передачи аналоговых сигналов унифицированный сигнал 4 — 20 mA.

В процессе разработки нового поколения интеллектуальных датчиков и приборов возникла проблема передачи наряду с аналоговой цифровой информации. HART-протокол, разработанный американской компанией Rosemount основан на методе передачи данных с помощью частотной модуляции, при которой цифровой сигнал накладывается на аналоговый.

 

2.6.4 Коммутаторы, концентраторы, интеграторы

 

В современных экономических условиях вследствие финансовых трудностей большинство предприятий не может осуществить комплексную автоматизацию всего производства, а поэтапная модернизация производства связана с проблемой совместимости работающих и вновь создаваемых подсистем АСУ.

При этом необходимо решать следующие задачи:

- согласование физических интерфейсов и протоколов различных промышленных сетей (Profibus, CANbus, Modbus, LonWorks и др.) и локальных сетей с их базовыми протоколами (TCP/IP, IPX/SPX, Netbios и др.);

- поддержка работы модемов и радиомодемов для обеспечения взаимодействия с удаленными подсистемами;

- синхронизация взаимодействия различных подсистем, обеспечение единого времени и адресации параметров системы;

- обеспечение взаимодействия со SCADA-системами, СУБД и человеко-машинными интерфейсами верхнего уровня.

Эти задачи решаются с использованием различного рода коммутаторов, концентраторов и интеграторов. Их аппаратное и программное оснащение может варьироваться в широких пределах.