Аппаратные компоненты локальной промышленной сети.

Локальная промышленная сеть использует последовательную передачу данных по каналу связи. В качестве физической среды передачи 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 диэлектрическую оболочку. Достоинство — низкая стоимость и простота применения.

Коаксиальный кабель представляет собой медную токоведущую жилу, окруженную слоем диэлектрика и покрытием в виде металлической 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 прокалывания изоляционного слоя), благодаря чему сеть может легко наращиваться, а также помехозащищенность.

Оптоволоконный кабель состоит из оптоволокна и защитного покрытия. Оптоволокно изготавливается из стекла или специального пластика и служит для передачи световых сигналов. Оптоволокно покрывается светоотражающим составом, предотвращающим рассеивание света. Снаружи оптоволокно покрыто поливинилхлоридом или каким-либо другим защитным покрытием, повышающим прочность кабеля. Используется в основном оптоволокно двух типов. Первый тип предполагает параллельную передачу нескольких световых сигналов и применяется для передач на расстояние до 2000 м, источник сигнала — диод. Второй тип предусматривает одиночный режим передачи, применяется для передачи сигнала на расстояние до 5000 м, источник сигнала — лазер. Достоинства— высокая скорость передачи данных и устойчивость к электромагнитным помехам, так как оптоволокно 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. Информация передается последовательно бит за битом асинхронным способом. Передаваемый байт данных содержит бит паритета и сопровождается 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 допускают значительно большие скорости и дальность передачи данных. Наибольшее распространение нашел стандарт RS-485. Интерфейсы на базе этого стандарта реализованы практически во всех промышленных контроллерах.

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 ведущего, 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 узлами. Сообщения могут передаваться только одному узлу или всем узлам одновременно. В последнем случае это широковещательный (broadcast) режим, не требующий адресации каждого абонента сети. При отказе ведущего узла обмен по шине приостанавливается. Централизованный метод используется, как правило, на нижнем уровне управления — уровне контроллеров, датчиков, исполнительных механизмов.

Децентрализованный метод доступа к шине предполагает наделение правами ведущего группы устройств сети. Этот метод получил наибольшее развитие. Функции ведущего в этом случае могут передаваться от одного узла к другому.

Основными специализированными сетевыми устройствами, используемыми в локальных сетях, являются:

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

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

— интеллектуальный концентратор (switcher) — обладает возможностью коммутировать приходящие пакеты, т.е. ретранслировать их по сегментам, выделенным на основе анализа адресной информации. 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 реализует функции канального уровня OSI-модели;

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

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