WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 10 |

Станции ET 200pro – модульные станции ввода-вывода с классом защиты IP 65/IP67 могут монтироваться на управляемом оборудовании без использования шкафов управления. В составе станции допускается использовать до электронных модулей ввода-вывода дискретных и аналоговых сигналов, силовые модули, модули систем автоматики безопасности и противоаварийной защиты.

Станция обладает высокой стойкостью к механическим воздействиям и допускает вибрационные нагрузки с ускорением 5g и ударные нагрузки с ускорением до 25g.

Силовые модули включают в свой состав модули пускателей и устройств плавного пуска (с мощностью нагрузки до 5,5 кВт), преобразователей частоты (для двигателей мощностью до 1,5 кВт) и т.п. В одной станции допускается использовать до 8 силовых модулей.

Станции Simatic ET 200eco и ET 200R – компактные станции ввода-вывода с классом защиты IP65/IP67. Обе станции выполняют функции ведомых устройств PROFIBUS-DP со скоростью обмена до 12 Мбит/с. Они используют модули ввода и вывода дискретных сигналов и применяются для управления технологическим оборудованием, производственными машинами и станками. Станции Simatic ET 200R предназначены для использования в автомобильной промышленности при управлении сварочными работами и обрабатывающими станками.

2.2. Передача информации в сети PROFIBUS-DP 2.2.1. Общие положения Промышленные сети являются промышленными коммуникационными системами и могут использовать широкий диапазон средств передачи, такие как медный кабель, волоконную оптику или беспроводную последовательную передачу для соединения на больших расстояниях распределенных полевых устройств (датчиков, преобразователей, двигателей и т.д.) с центральной контрольной или управляющей системой.

В 1983 г. Международная организация по Стандартизации ISO (International Standards Organization) разработала семиуровневую эталонную модель OSI (Open Systems Interconnection Reference Model). Она определяет все элементы, структуры и задачи, необходимые для коммуникаций и процесса. Как и любая универсальная модель, OSI довольно громоздка, избыточна и не слишком гибка.

Поэтому реальные сетевые решения и, в частности, сеть PROFIBUS-DP, не всегда придерживаются принятого разделения функций. Однако знакомство с моделью OSI позволяет лучше понять, что же происходит в сети. Модель OSI относится не только к локальным сетям, но и к любым сетям связи между компьютерами или другими абонентами. В частности, функции сети Интернет [2] также можно поделить на уровни в соответствии с моделью OSI.

Данные, которые необходимо передать по сети от верхнего (седьмого) уровня до нижнего (первого) уровня проходят процесс инкапсуляции (рис. 2.2). Каждый последующий уровень не только производит обработку данных, приходящих с более высокого уровня, но и снабжает их своим заголовком и служебной информацией (на рис. 2.2 условно заголовком и заключением).

На физическом уровне эта многооболочная конструкция передается по кабелю приемнику. Там она проделывает обратную процедуру декапсуляции, т.е. при передаче на вышестоящий уровень убирается одна из оболочек. Верхнего (седьмого) уровня достигают данные, освобожденные от всей служебной информации нижестоящих уровней.

На рис. 2.3 представлен принцип последовательной передачи данных.

Поскольку ПЛК и периферийные устройства работают с параллельным кодом (это связано с повышенной скоростью обработки информации), то на передающей стороне необходимо преобразование параллельного кода в последовательный, а на приемной стороне – наоборот.

Данные Пакет верхнего Данные Заключение Заголовок уровня Пакет последующего Данные Заголовок Заключение уровня Пакет последующего Заголовок Заключение Данные уровня Рис. 2.2. Формирование пакетов уровней модели OSI Подобное преобразование, а также управляющие функции реализуются специальными интегральными схемами, называемыми асинхронными приемопередатчиками (UART – universal asynchronous receivers – transmitters).

Такая передача обеспечивает экономию кабельной продукции и гибкость.

Рис. 2.3. Принцип последовательной передачи данных в сетях После ввода в эксплуатацию такой системы передачи данных она не имеет никаких ограничений в отношении количества передаваемой информации, хотя при большом объеме передаваемой информации критическим фактором может стать время передачи информации.

Для двухсторонней связи необходимо иметь два провода или два волокна оптоволоконного кабеля.

На рис. 2.4 представлены уровни эталонной референтной модели ISO/OSI и краткая характеристика их функциональных назначений.

Уровни с 1 по 4 описывают пересылку передаваемых данных из одного пункта в другой, а уровни с 5 по 7 предоставляют в распоряжение пользователя доступ к сети в соответствующей форме.

PROFIBUS-DP применяет только уровни 1 и 2. PROFIBUS-FMS применяет уровни 1,2 и 7.

Отправитель Получатель Назначение и функции уровней Уровень обработки Прикладные программы, 7 (подготовки) ориентированные на запись или чтение информации Уровень Кодирование информации в форме 6 представления понятной для компонентов информации различных изготовителей Уровень Разбивка блока данных на пакеты, 5 коммуникационного синхронизирует процессы управления передачи Уровень Создает, управляет и заканчивает 4 транспортировки транспортные соединения между партнерами Сетевой уровень Определяет маршрут передачи, 3 контроль передачи всех пакетов Уровень канала Создает связи между узлами, 2 передачи данных контроль физического соединения Уровень передачи Физический уровень передачи 1 битов битов (напряжение, сила тока, скорость передачи и т.д.).

Среда передачи Рис. 2.4. Уровни эталонной референтной модели ISO/OSI Сети PROFIBUS-DP используют следующие среды передачи:

– электрическую проводную среду;

– оптическую среду;

– беспроводную среду.

2.2.2. Электрическая передача сигнала по стандарту EIA RSДля электрической передачи сигнала по стандарту RS485 используются кабели с экранированной витой парой или коаксиальные кабели.

На рис. 2.5 представлена конструкция кабеля с экранированной витой парой.

Рис. 2.5. Конструкция кабеля с витой парой Две жилы кабеля свиты с шагом 9…27 витков/м для уменьшения влияния электромагнитных помех. Принцип снижения влияния помех показан на рис. 2.6.

Рис. 2.6. Снижение влияния помех в витой паре При прохождении магнитного потока Ф через витки витой пары проводов в каждом витке, по закону буравчика, наводится ЭДС, направление которой для каждого витка указано стрелками. Как видно из рис. 2.6, результирующая ЭДС в каждом проводнике кабеля стремится к нулю.

Однако следует учесть, что по такому кабелю происходит высокоскоростная передача сообщений до 12 Мбит/с. Кабель при такой высокоскоростной передаче можно выражать через параллельные и последовательные сочетания сопротивлений, как это изображено на рис. 2.7.

zz1 e c A zU z2 … и т.д. = zB d f Рис. 2.7. Импеданс бесконечной линии В [5] показано, что результирующий импеданс между точками A и B равен:

z1 zz0 z1z2. (1) 2 Импеданс z0 называется характеристическим импедансом такой бесконечной цепи.

Если последовательный элемент – всегда индуктивность L, а шунтирующий элемент – емкость C, то в этом случае цепь имеет вид, представленный на рис. 2.8.

LL ce A и т.д.

C R U C B d f Рис. 2.8. Бесконечная L-C линия Изображенная на рис. 2.8 линия оканчивается нагрузкой R. При замыкании ключа и подаче на линию напряжения U, источник обязан сначала снабдить энергией первую индуктивность и емкость, затем вторую, третью и т.д. Поэтому спустя некоторое время начальный скачок тока на нагрузке R будет равен:

U i. (2) zПоэтому напряжение на нагрузке R будет зависеть от величины R (см. рис. 2.9).

Рис. 2.9. Характер изменения напряжения на нагрузке R Данный эффект характерен для всех кабелей и обычно не представляет интереса, так как изменения происходят в течение малого времени. Если же задержка сопоставима с периодом передаваемой частоты, то эти изменения становятся препятствием. Т.е. линия передачи должна заканчиваться сопротивлением равным ее характеристическому импедансу.

Для двухжильной или экранированной витой пары z0 = 120…150 Ом, для коаксиального кабеля (будет рассмотрен ниже) z0 = 50…75 Ом.

Как правило, устройства, подключаемые к линии передачи, имеют высокий входной импеданс, что позволяет их устанавливать где угодно. Согласующие резисторы следует ставить на обоих концах кабеля, в нашем случае – на обоих концах кабеля сегмента промышленной сети.

Экран нельзя заземлять на обоих концах кабеля. Любая разность потенциалов между двумя точками заземления Uэ (см. рис. 2.10) приводит к протеканию по экрану тока Iэ.

Рис. 2.10. Нежелательное заземление экрана Заземление желательно осуществлять только на одной стороне (на приемной).

Если экранированный провод проходит через промежуточные распредкоробки, то нужно сохранять целостность экрана и заключить его в рукав, чтобы исключить касания корпусов распредкоробок.

Электрикам же всегда кажется, что вопреки письменным инструкциям экран должны заземлять везде, где это только возможно [4].

Двухжильные сетевые кабели имеют несколько модификаций на различные условия эксплуатации: для прокладки в земле, для движущихся механизмов, гибкие, для крепления на опорах, для применения на море и т.п.

Вторым вариантом кабельной продукции, применяемой в сетях PROFIBUS-DP, является коаксиальный кабель.

Конструктивно коаксиальный кабель (рис.2.11) состоит из центральной жилы, изоляции, ее окружающей, экрана в виде металлической оплетки и внешней оболочки.

Рис. 2.11. Конструкция коаксиального кабеля Электрические сигналы передаются по центральной жиле. Жила представляет собой один провод – сплошная жила, либо пучок проводов. Жила окружена от оплетки слоем изоляции. Оплетка играет роль второго проводника и защищает жилу от помех.

Коаксиальный кабель более помехоустойчив, затухание сигнала в нем меньше, чем в витой паре. Поэтому его применение оправдано при передаче данных на большие расстояния.

Существуют два типа коаксиальных кабелей: тонкий и толстый.

Тонкий кабель имеет диаметр около 0,5 см (0,25 дюйма). Он годен практически для любого типа сети. Дальность передаваемого сигнала до метров. Толстый кабель имеет диаметр около 1 см. Чем толще жила кабеля, тем меньше его сопротивление и сигнал передается на большее расстояние. Толстый кабель передает сигнал на расстояние до 500 м. Поэтому этот кабель используют в качестве основного (магистрального) кабеля, который соединяет несколько сетей, построенных на тонком коаксиальном кабеле.

Триаксиальный кабель, или для краткости триакс, (рис.2.12) отличается от коаксиального кабеля наличием дополнительного слоя изоляции и второго экранирующего слоя (проводника).

Рис. 2.12. Конструкция триаксиального кабеля По сравнению с коаксиальным кабелем он обеспечивает более широкую полосу пропускания и повышенную помехоустойчивость, однако является более дорогим. Внешний проводник используется в качестве экранирующего заземления.

Скорость передачи таких кабелей до 100 Мбит/с, но они в 1,5…3 раза дороже кабелей с витыми жилами и имеют более сложное подключение к приемопередатчикам.

В соответствии со стандартами RS485 информация передается последовательно бит за битом асинхронным способом. Передаваемый байт данных (b0…b7) сопровождается стартовыми и стоповыми битами и битом паритета (рис. 2.13). Состоянию покоя соответствует 1.

Рис. 2.13. Временная диаграмма передачи байта Схема рис. 2.14 показывает подключение участников коммуникации к кабелю сегмента сети.

У каждого участка коммуникации есть формирователь G (электронная цепь или реле), посредством которого осуществляется передача цифровых сигналов в оконечную нагрузку (terminator) по соединительному кабелю, и электронная цепь R (потребитель) посредством которой осуществляется прием двоичных цифровых сигналов от формирователя по кабелю.

В технической документации оба проводника сети PROFIBUS обозначают как A-проводник и B-проводник.

Рис. 2.14. Схема подключения участков коммуникации к сетевому кабелю При воздействии формирователя G на оконечную нагрузку происходит изменение потенциалов проводников A и B как указано на рис. 2.15.

Рис. 2.15. Структура сигнала на проводниках кабеля Такая передача называется передачей дифференциальными сигналами или передачей NRZ-кодом (Non Return to Zero – без возврата к нулю), в противовес RZ-коду (Return to Zero – код с возвращением к нулю). Особенность NRZ-кода очевидна из анализа рис. 2.16.

1 0 1 0 0 1 NRZ-код t RZ-код t Рис. 2.16. Иллюстрация кодов NRZ и RZ В качестве стандарта для подключения участников к шине в нормах PROFIBUS EN50170 рекомендуется 9-й штырьковый штекер (рис. 2.17).

Рис. 2.17. Схема шинного штекера Шинные провода сегмента сети с обеих сторон должны быть замкнуты на оконечные нагрузки (см. рис. 2.17). Резисторы для таких нагрузок имеются почти во всех стандартных разъемах PROFIBUS и могут подключаться с помощью переключателей ON-OFF на корпусе штекера.

2.2.3. Оптическая передача сигнала Оптоволоконные (они же волоконно-оптические) кабели FO (Fiber Optic) в основном ориентированы на более высокие этажи иерархии управления.

Различают кабели:

– со стеклянными волокнами FOC кабели;

– волокна с полимерной оболочкой PCF FOC (Polymer Cladded Fiber) кабели;

– с пластиковыми волокнами POF (Plastic Optical Fiber).

В зависимости от используемого типа световода длина связи может быть до км при стеклянных световодах, до 400 м при световоде с полимерной оболочкой и до 80 м при пластиковых световодах.

Структура оптоволоконного кабеля похожа на структуру коаксиального кабеля, только вместо центрального медного провода здесь используется тонкое стекловолокно, а вместо внутренней изоляции – стеклянная или пластиковая оболочка, не позволяющая свету выходить за пределы стекловолокна. В данном случае имеет место полное внутреннее отражение света от границы двух сред с разными коэффициентами преломления.

Когда луч света выходит (переходит) от одной среды в другую, он изменяет свое направление (рис. 2.18). Это явление называется преломлением.

Рис. 2.18. Преломление луча света Если угол (рис. 2.18а) больше некоторого угла sin c, (3) где – коэффициент преломления двух материалов, то происходит отражение луча (рис. 2.18б).

Все оптические волокна делятся на две основные группы: многомодовые и одномодовые. Понятие «мода» описывает режим распространения световых лучей во внутреннем сердечнике кабеля.

В многомодовых кабелях используют широкие внутренние сердечники, которые легче в изготовлении. В стандартах определены два наиболее употребительных многомодовых кабеля: 62,5/125 мкм и 50/125 мкм, где 62,5 мкм или 50 мкм – диаметр центрального проводника, а 125 мкм – диаметр внешнего проводника.

Многомодовые волокна разделяются на ступенчатые и градиентные.

У многомодового волокна со ступенчатым профилем показателя преломления (рис. 2.19а) показатель преломления стекла сердцевины одинаков по всему поперечному сечению и немного больше, чем показатель преломления оболочки.

Рис. 2.19. Показатели преломления оптических волокон: а) модовое волокно со ступенчатым показателем преломления, б) модовое волокно с плавным показателем преломления, в) одномодовое волокно Импульс света, распространяющийся в нем, состоит из многих составляющих (модов). Каждая из этих мод на входе волокна под своим углом входит в световод и направляется по нему, проходя с различными траекториями движения. Каждая мода проходит всю длину световода за разное время. Поэтому, если на входе подать короткий прямоугольный импульс, то на выходе получим «размытый» по времени импульс. Эти искажения называются модовой дисперсией.

Указанную дисперсию можно уменьшить, если показатель преломления стекла сердцевины сделать плавно меняющимся параболически от максимальной величины у оси световода до величины показателя преломления на поверхности границы раздела с оболочкой. Световод с таким профилем называется градиентным волоконным световодом (рис. 2.19б).

В одномодовом кабеле используется центральный проводник очень малого диаметра (рис. 2.19в), соизмеримый с длиной волны света – от 5 до 10 мкм. При этом все лучи света распространяются вдоль оптической оси света, не отражаясь от внешнего сердечника. Изготовление такого кабеля представляет сложный технологический процесс, что делает его дорогим.

Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 10 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.