2.4.5.Фізичні інтерфейси передачі даних

Більш детально про фізичні інтерфейси передачі даних та методи передачі бітів Ви можете дізнатися з розділу 3 даного посібника, тут коротко розглянемо основні характеристики.

На фізичному рівні для передачі даних може використовуватись електричний сигнал (електричні кабелі), оптичний (оптоволокно) або радіохвилі різної частоти (включаючи інфрачервоний спектр). Передачу бітів електричним  сигналом можна безпосередньо, або модулюючи несучий сигнал. Серед безпосередніх способів найбільш відомі методи NRZ, манчестерське кодування та диференційне манчестерське кодування. При модулюванні сигналу використовують амплітудну, фазову, частотну модуляцію, або їх поєднання. Передачу бітів можна реалізувати електричним сигналом по струму або по напрузі. При використанні напруги можуть застосовувати асиметричний або симетричний (диференційний) метод передачі.

Для підключення технічних засобів до мережі, та реалізацію кабельної інфраструктури використовують різні типи з’єднувачів (конекторів). Для промислових умов експлуатації їх роблять в герметичному виконанні, наприклад М12.   

На фізичному рівні більшість промислових мереж використовують один із стандартних послідовних інтерфейсів: RS-232, RS-422, RS-485 або CurrentLoop („струмова петля”). Використання цих інтерфейсів пов’язано з відносною дешевизною організації зв’язку (існують готові мікросхеми з їх реалізацією) та їх  популярністю.

2.4.5.1. Інтерфейс RS-232.  Цей стандартний дуплексний інтерфейс першочергово був розроблений для передачі даних між ПК (через СОМ-порт) та модемом. На сьогоднішній день частіше використовується для зв’язку засобів без використання модему – "нуль-модемне з’єднання", для якого вистачає 3-х проводів (TxD-для передачі, RxD - для прийому, SG - сигнальна земля). Механічно цей стандарт визначає 9- і 25-контактні роз’єми.  Бітова швидкість вибирається з діапазону від 50 до 38400 біт/с, максимальна довжина ліній зв’язку – 15 м. Кількість пристроїв в мережі – 2. Особливих вимог до кабелю зв’язку немає.

2.4.5.2. Інтерфейс RS-422. Симетричний дуплексний інтерфейс RS-422 використовує диференціальні сигнальні лінії (перепад напруги на сигнальних лініях). На прийомному кінці використаються дві інформаційні лінії та лінія заземлення. Реалізований принцип передачі робить цей стандарт стійким до зовнішніх завад. Рекомендоване середовище передачі – подвійна вита пара з окремою сигнальною землею (5 провідне з’єднання). Використання цього стандарту дозволяє використовувати фізичні лінії передачі даних до 1200 м і швидкість до 10 Мбіт/с. Однак він не розрахований на використання в шинних топологіях. Тим не менше до одного передавача можна підключити до 10 приймачів: 2 вузла в дуплексному режимі, інші тільки в симплексному – на прослуховування. На кінцях лінії з боку приймача рекомендується ставити термінатори лінії, наприклад резистори, з номіналом рівним характеристичному опору кабелю.

2.4.5.3. Інтерфейс RS-485. Цей тип інтерфейсу відповідає специфікації симетричної передачі даних, описаної в американському стандарті EІA/TIA-485. Сумісний з стандартом RS-422, однак дає можливість будувати шинні топології (до 32 вузлів) з напівдуплексним способом обміну, за рахунок використання додаткового інформаційного управляючого сигналу активації/деактивації трансмітера. В якості середовища передачі рекомендується використовувати виту пару. Необхідне термінування ліній аналогічне як в RS-422, але з обидвох боків.   

Для порівняння інтерфейсів, розглянутих вище, найбільш важливі характеристики зведені в таблицю 2.4. 

Таблиця 2.4. Порівняльні характеристики послідовних інтерфейсів

Назва, стандарт

EIA RS-232C

EIA RS-422A

EIA/TIA-485,

RS-485

20 мА „струмова петля”,CL, ИРПС,

Тип сигналу

Напруга

Напруга, диференційний симетричний

Напруга, диференційний симетричний

струм

режим з’єднання

дуплекс

дуплекс

півдуплекс, дуплекс

дуплекс

максим. кількість передавачі/приймачів

1/1

1/10

32/32 (при опорі приймачів 12кОм)

1/1, в багаточкових схемах залеж. від реалізації

максим. відстань

15 м

1200 м

1200 м

декілька км

максим. бітова швидкість

115200 біт/с

порядку 10 Мбіт/с

порядку 10 Мбіт/с

порядку 1 Мбіт

  У інтерфейсі „струмова петля” кількість трансиверів залежить від конкретної реалізації.

Для всіх інтерфейсів (окрім RS-232С) максимальна бітова швидкість залежить від багатьох факторів. Перш за все – це довжина лінії зв’язку, також тип кабелю, рівень завад, способи узгодження ліній і т.д. При необхідності підключення засобів з різними промисловими інтерфейсами необхідно використати адаптери перетворювачі, наприклад RS-232<->RS-485, або USB<->RS-485.  


Comments