• základní analogové a číslicové technologie • porovnání průmyslových distribuovaných systémů a počítačových sítí
Základní analogové technologie I
I
Pro přenos informace je využita okamžitá hodnota napětí nebo proudu Napěťový přenos – hodnota výstupního napětí je lineárně závislá na hodnotě měřené veličiny (někdy existuje i aditivní konstanta) – typické jsou rozsahy 0 ÷ 10 V, -5 V ÷ + 5 V, 0 ÷ 24 V
I
Analogová proudová smyčka – hodnota výstupního napětí je lineárně závislá na hodnotě měřené veličiny (někdy existuje i aditivní konstanta) – typické rozsahy jsou 0 ÷ 20 mA, 4 ÷ 20 mA
• druhá varianta umožňuje detekci přerušení smyčky a případné napájení senzoru I
Analogové technologie jsou citlivé na vnější rušení – jsou však velmi rozšířené (především proudová smyčka)
Základní komunikační technologie I
EIA/TIA 232 (RS 232) – asi nejrozšířenější standard pro spojení bod – bod – podporuje synchronní i asynchronní komunikaci – existuje v mnoha variantách • nejrozšířenější je varianta implementovaná v počítačích IBM PC kompatibilních
– původně byla určena pro propojení mezi terminálem a modemem při komunikaci prostřednictvím nějaké jiné technologie (např. veřejné telefonní sítě) • terminál je označován jako DTE (Data Terminal Equipment) • modem je označován jako DCE (Data Circuit-terminating Equipment)
Základní komunikační technologie I
EIA/TIA 232 (RS 232)
DTE1
TALK / D ATA T ALK
R S CS T R R D TD C D
DCE1
I
PSTN
T ALK / DAT A TALK
R S C S TR RD TD C D
DTE2
DCE2
Přenosový okruh může být realizován i jinou technologií – radiomodemy – sítí GSM – kabelové modemy
Základní komunikační technologie I
EIA/TIA 232 (RS 232) SG DTR TD
5 4 3
RD
2
DCD
1
9
RI
8
CTS
7
RTS
přijímá DTE
6
DSR
vysílá DTE
– signály rozhraní jsou správně značeny na obou typech zařízení shodně • tzn. např. signál TD je vysílán zařízením typu DTE a přijímán zařízením typu DCE • Pozor !!! Často se nedodržuje!!!
Základní komunikační technologie I
EIA/TIA 232 (RS 232) – – – – – – – –
TD (Transmitted Data) – data vysílaná z DTE RD (Received Data) – data přijímaná DTE SG (Signal Ground) – signálová zem RTS (Request To Send) – připravenost DTE k příjmu CTS (Clear To Send) – připravenost DCE k příjmu DTR (DTE Ready) – indikuje obecnou připravenost DTE DST (DCE Ready) – indikuje obecnou připravenost DCE DCD (Data Carrier Detect) – indikace příjmu nosné • nový název je RLSD (Received Line Signal Detect)
– RI (Ring Indicator) – indikuje detekci vyzvánění
Základní komunikační technologie I
EIA/TIA 232 (RS 232) – často se využívají jen některé signály, a to zejména v případě přímého propojení dvou DTE zařízení
• např. varianta nulový modem 6
6
8 9
8 9
• vzájemné propojení DTR na jedné a DSR + DCD na druhé straně signalizuje obecnou připravenost a existenci spojení • signály RTS a CTS jsou využity pro řízení toku dat
Základní komunikační technologie I
EIA/TIA 232 (RS 232) – často se využívají jen některé signály, a to zejména v případě přímého propojení dvou DTE zařízení
• např. třídrátová varianta 6
6
8 9
8 9
• jsou propojeny pouze datové signály • není možné HW řízení toku dat (lze využít SW prostřednictvím znaků XON a XOFF
Základní komunikační technologie I
EIA/TIA 232 (RS 232) – jedná se o nesymetrická vedení (unbalanced, singleended) – signalizace využívá inverzní logiku • napětí -3 V ÷ -25 V reprezentuje log. 1 • napětí +3 V ÷ +25 V reprezentuje log. 0
– maximální doporučená rychlost je 20 kbit/s • PC implementace podporuje až 115,2 kbit/s • další implementace podporují i vyšší rychlosti
– maximální doporučená délka kabelu je 15 m • v praxi závisí na: – použité komunikační rychlosti – na okolním elektromagnetickém prostředí (úrovni rušení)
Základní komunikační technologie I
EIA/TIA 423 (RS 423) – na rozdíl od EIA/TIA 232 definuje pouze parametry fyzické vrstvy – opět se jedná o nesymetrickou linku s inverzní logikou • napětí -3 V ÷ -6 V reprezentuje log. 1 • napětí +3 V ÷ +6 V reprezentuje log. 0
– jeden vysílač může budit až 10 přijímačů (point to point, multi-drop) – maximální doporučená přenosová rychlost je 100 kbit/s • v závislosti na délce kabelu a úrovni rušení
– maximální doporučená délka kabelu je 1200 m
Základní komunikační technologie I
EIA/TIA 422 (RS 422) – podobná standardu EIA/TIA 423 – vhodná pro point to point i pro multi-drop komunikaci – jedná o symetrickou (balanced, differential) linku
• rozdílové napětí -2 V ÷ -6 V reprezentuje log. 1 • rozdílové napětí +2 V ÷ +6 V reprezentuje log. 0 • odolná vůči souhlasnému rušení – maximální doporučená přenosová rychlost je 10 Mbit/s
• v závislosti na délce kabelu, jeho kvalitě a úrovni rušení – maximální doporučená délka kabelu je 1200 m
• impedance 120 Ω • zakončen terminátory – lze realizovat jak simplexní, tak plně duplexní kanál – hodně se využívá v průmyslových aplikacích
Základní komunikační technologie I
EIA/TIA 485 (RS 485) – podobný standardu EIA/TIA 422 – kromě point to point a multi-drop komunikace lze využít i pro sběrnicovou komunikaci (multipoint) – budič může budit až 32 tzv. jednotkových zátěží • odtud pramení omezení mnoha standardů Ii průmyslových distribuovaných systémů 1 mA -7V
-3V 5V -0,8 mA
12V
UAB
Základní komunikační technologie I
EIA/TIA 485 (RS 485) – jedná o symetrickou (balanced, differential) linku • rozdílové napětí -2 V ÷ -6 V reprezentuje log. 1 • rozdílové napětí +2 V ÷ +6 V reprezentuje log. 0 • odolná vůči souhlasnému rušení
– maximální doporučená přenosová rychlost je 10 Mbit/s • v závislosti na délce kabelu, jeho kvalitě a úrovni rušení
– maximální doporučená délka kabelu je 1200 m • impedance 120 Ω • zakončen terminátory
– lze realizovat jak poloduplexní, tak plně duplexní kanál – hodně se využívá v průmyslových aplikacích
Základní komunikační technologie Porovnání probraných standardů – kabel 24AWG, 50 pF/m 1200
Délka kabelu (m)
I
300 EIA-422 EIA-485
EIA-423
30 15
EIA-232
0.1
1.0
10
100
Přenosová rychlost (kbit/s)
1000
10000
Porovnání PDS a počítačových sítí (v průmyslových SPD aplikacích) I
Průmyslový distribuovaný systém – byly navrhovány pro průmyslové prostředí – pro aplikace průmyslové automatizace a sběru dat – jsou optimalizovány pro přenos malých bloků dat • krátké linkové rámce • obvykle vystačí s nízkou přenosovou rychlostí (desítky až stovky kbit/s) • nízká režie přenosu
I
Počítačová síť (LAN) – byly navrhovány pro kancelářské prostředí – především pro aplikace sdílení prostředků a zdrojů – jsou optimalizovány pro přenos velkého množství dat • dlouhé rámce linkové vrstvy • přenosová rychlost je obvykle vysoká (desítky až stovky Mbit/s) • velké množství režijní informace – problematické pro malé bloky dat
Porovnání PDS a počítačových sítí (v průmyslových SPD aplikacích) I
Průmyslový distribuovaný systém – obvykle využívají deterministické metody řízení přístupu ke sdílenému médiu • častý předpoklad pro aplikace pracující v reálném čase • lze dosáhnout krátkých a definovaných časů odezvy – zotavení se z chyb (spolehlivost služby) je obvykle implementováno přímo v linkové vrstvě • tedy HW a rychlé
I
Počítačová síť (LAN) – nejrozšířenější standard (Ethernet) využívá náhodný přístup metodou CSMA/CD • není zaručeno doručení linkového rámce v reálném čase • dosažení krátkých a definovaných odezev není za standardních podmínek zajištěno – zotavení se z chyb je implementováno ve vyšších vrstvách • tedy SW a pomalé
Porovnání PDS a počítačových sítí (v průmyslových SPD aplikacích) I
Některé standardy PDS dále mají některé vlastnosti specifické pro aplikace, pro něž byly navrhovány – – – –
I
nízká spotřeba, vysoký rozsah pracovních teplot napájení po datovém vedení možnost nasazení v prostředí s nebezpečím výbuchu možnost nasazení v aplikacích vyžadujících bezpečnostní certifikace S
Velkou výhodou počítačových sítí (dnes téměř výhradně IEEE802.3) jsou – – – –
vysoká penetrace a související pokles cen přechod na strukturovanou kabeláž a aktivní síťové prvky napájení zařízení po kabelu (PoE – Power over Ethernet) tyto a další vlastnosti umožňují pronikání Ethernetu i do oblastí dosud vyhrazených PDS systémům
