Аппаратные компоненты локальных промышленных сетей

Локальная промышленная сеть использует последовательную пе-редачу данных по каналу связи. В качестве физической среды переда-чи данных обычно применяется витая пара, коаксиальный кабель или оптоволокно, реже — канал беспроводной связи.

Витая пара представляет собой пару изолированных проводящих жил, скрученных друг с другом и помещенных в общую диэлектриче-скую оболочку. Достоинство — низкая стоимость и простота приме-нения.

Коаксиальный кабель представляет собой медную токоведущую жилу, окруженную слоем диэлектрика и покрытием в виде металличе-ской оплетки или фольги. Существует в двух вариантах: тонкий — 6 мм (10 Base2 /IEEE 802.3) и толстый — 12 мм (10 Base5/IEEE802.3). Достоинство — возможность прямых ответвлений (путем прокалыва-ния изоляционного слоя), благодаря чему сеть может легко наращи-ваться, а также помехозащищенность.

Оптоволоконный кабель состоит из оптоволокна и защитного по-крытия. Оптоволокно изготавливается из стекла или специального пластика и служит для передачи световых сигналов. Оптоволокно по-крывается светоотражающим составом, предотвращающим рассеива-ние света. Снаружи оптоволокно покрыто поливинилхлоридом или каким-либо другим защитным покрытием, повышающим прочность кабеля. Достоинства— высокая скорость передачи данных и устойчивость к электромагнитным помехам, так как оптово-локно не является электропроводящим материалом.

Физические интерфейсы определяются рядом стандартов (RS-232, RS-422 и RS-485), устанавливающим требования:

— к характеристикам электрических сигналов (фронты и уровни напряжения или тока);

— способам кодирования данных, типам разъемов и т.д.

Стандарт RS-232C. Применяется при относительно медленной передаче сигналов — скорость передачи данных от 50 до 38 400 бит/с; максимальная длина соединения (без повторителей) — 15 м. Инфор-мация передается последовательно бит за битом асинхронным спосо-бом. Передаваемый байт данных содержит бит паритета и сопровож-дается стартовым и стоповыми битами. Единица и нуль кодируются импульсами напряжения положительной и отрицательной полярности.

Стандарты RS-422 и RS-485. Разработанные позднее стандарты интерфейсов последовательной передачи данных RS-422 и RS-485 до-пускают значительно большие скорости и дальность передачи данных. Наибольшее распространение нашел стандарт RS-485. Интерфейсы на базе этого стандарта реализованы практически во всех промышлен-ных контроллерах.

Информация по ЛПС передается блоками, которые называются пакетами или сообщениями. Поля пакета имеют следующую струк-туру: адрес абонента сети; управляющая информация о последова-тельности действий (например, запись, чтение данных и др.); переда-ваемые данные; контрольный код обнаружения ошибок.

Доступ к среде передачи данных использует два основных метода передачи данных — централизованный и децентрализованный.

Централизованный метод доступа (метод «ведущий/ведомый» — master/slave) предполагает наделение одного из узлов правами веду-щего, или хозяина (master). Другие узлы являются ведомыми (slave).

Ведущий узел определяет порядок и время доступа ведомых узлов к шине, инициирует циклы обмена данными по шине с ведомыми узла-ми. Сообщения могут передаваться только одному узлу или всем уз-лам одновременно. В последнем случае это широковещательный (broadcast) режим, не требующий адресации каждого абонента сети.

При отказе ведущего узла обмен по шине приостанавливается. Цен-трализованный метод используется, как правило, на нижнем уровне управления — уровне контроллеров, датчиков, исполнительных меха-низмов.

Децентрализованный метод доступа к шине предполагает наделе-ние правами ведущего группы устройств сети. Этот метод получил наибольшее развитие. Функции ведущего в этом случае могут переда-ваться от одного узла к другому.

Основными специализированными сетевыми устройствами, ис-пользуемыми в локальных сетях, являются:

— трансивер (tranceiver) — устройство, которое служит для под-ключения сетевого узла к основной магистрали сети из коаксиального кабеля или оптоволокна;

— концентратор (hub) — используется при создании инфраструк-туры сети. Соединяет сегменты кабеля, восстанавливает и усиливает передаваемый сигнал;

— интеллектуальный концентратор (switcher) — обладает воз-можностью коммутировать приходящие пакеты, т.е. ретранслировать их по сегментам, выделенным на основе анализа адресной информа-ции. Трансивер и концентратор реализуют функции физического уровня OSI-модели;

— мост (bridge) — интеллектуальное устройство, которое служит для соединения двух различных сетей, например Profibus и Ethernet. Передает пакеты из одной сети в другую по адресу назначения и реа-лизует функции канального уровня OSI-модели;

— маршрутизатор (router) — используется в сложных сетях в точ-ках разветвления маршрутов для определения дальнейшего наилуч-шего пути пакета, функционирует на сетевом уровне OSI-модели. В качестве маршрутизатора может использоваться сетевая станция, имеющая несколько сетевых интерфейсов и соответствующее про-граммное обеспечение;

— сетевой адаптер. Каждый из узлов сети содержит сетевой адап-тер (плату или микросхему интерфейсного контроллера) реализую щий функции физического и канального уровней OSI-модели и пред-назначенный для сопряжения сети со средой передачи данных. В его функции входят: контроль возможности доступа к сети, идентифика-ция адреса, кодирование и декодирование сигнала, преобразование параллельного кода в последовательный и обратное преобразование соответственно при передаче и приеме, промежуточное хранение дан-ных в буферной памяти, контроль ошибок

 

АСКУЭ «Меркурий-энергоучет»

«Меркурий PLC» — это АСКУЭ(автоматизированная система контроля и учета энергии)) ориентированная на применение в промышленных и офисных зданиях предприятия. Эта система сбора данных с абонентских устройств учёта потреблённой электроэнергии предназначена для организации автоматизированного сбора данных о потреблении электроэнергии одно- и трёхфазными абонентами рас-пределительной электросети переменного тока 220/380В 50Гц.

Отличительной особенностью системы от множества других яв-ляется то, что контроль за потреблением электроэнергии осуществля-ется по силовой сети 220 В. Обеспечивая функциональность АСКУЭ, построенных на базе счётчиков с проводными цифровыми интерфей-сами RS-485 или подобными, система «Меркурий PLC», за счёт от-сутствия объединяющего интерфейсного кабеля резко удешевляет стоимость монтажных работ и последующую эксплуатацию системы, увеличивает надежность функционирования.

Оборудование системы состоит из концентратора данных «Мер-курий 225», который является основным узлом системы и множество (в любых сочетаниях) одно- и трёхфазных счётчиков типов «Мерку-рий-200, 201, 201, 230, 231» со встроенными PLC-модемами (рис. 4.12).

Концентратор устанавливается в любом подходящем месте трёх-фазной сети, например, в электрощитовой промышленного и/или офисного здания, а чаще на трансформаторной подстанции и подклю-чаются ко всем трём фазам. Основные его функции — обеспечить синхронизацию передачи данных счётчиками и собрать информацию об энергопотреблении с её последующем сохранением в собственной энергонезависимой памяти. Кроме этого он осуществляет раздачу сигналов точного времени и изменяет режимы работы счётчиков. Концентратор оснащён последовательными интерфейсами RS-485 и RS-232 через которые подключаются дополнительные контроллеры и устройства передачи информации на компьютер центрального дис-петчерского пункта. Это могут быть GSM-шлюзы, радиомодемы, адаптеры сети Ethernet. Возможен съём накопленной информации на переносной компьютер оператора непосредственно на месте установ-ки концентратора.

В основу обмена информацией в системе положен принцип пере-дачи данных с использованием всех известных видов разделения сиг-налов — временного, частотного и кодового. Обмен данными между счётчиками и концентратором происходит с помощью широкополос-ных сигналов с различной модуляцией. Все данные в системе переда-ются строго периодическими пакетами по 64 бита, и в случае сильных помех концентратор может накапливать сигнал для повышения рабо-чего соотношения сигнал/шум.

Система сбора данных работает следующим образом. Концентра-тор периодически (раз в несколько секунд) излучает синхросигнал длительностью 2,5 сек, принимаемый всеми подчинёнными узлами системы, которые интерпретируют факт приёма синхросигнала как команду на передачу одного бита своих данных. При этом узел № 1 передаёт свой бит сразу после окончания сигнала синхронизации, узел №2- с задержкой на 10 мс. Узел №3 с задержкой на 20 мс и т.д.

Сегмент сети обслуживаемый одним концентратором может включать до 1008 точек учёта. Периодичность передачи данных об энергопотреблении зависит от количества подчинённых узлов и со-ставляет от 3 минут (при 16-ти счётчиках) и до 14 минут (при 1000). Расстояние устойчивого приема от крайнего счетчика до концентра-тора не менее 500 метров при любом состоянии силовой сети и не за-висит от времени суток. При хорошем состоянии связь обеспечивает-ся на расстоянии в 1000 и более метров.