Magistrale de date
Magistralele de date reprezint ă o cale cale de comunica comunica ie folosi folosittă în comun de mai multe blocuri func ionale ale unui sistem. Ele sunt reprezentate fizic de un set de conductoare. Magistralele sunt utilizate pe scar ă largă, contribuind decisiv la automatizarea proceselor. Intervalele de indisponibilitate ale magistralelor pot avea un efect negativ considerabil asupra fluxului de producţie, generînd pierderi semnificative. Standardele RS-232, RS422 si RS485
Standardul RS232 (RS=Recommended Standard) a fost introdus in 1969 de EIA (Electronics Industries Alliance) cu scopul de a uniformiza interfatarea echipamentelor de comunicatie de pe piata aflata in expansiune puternica in acea vreme si de a permite interoperabilitatea echipamentelor de la diversi producatori. Din acest motiv, mai este denumit si EIA-232, sau TIA-232 (de la Telecommunication Industry Association). Iata cateva dintre aspectele legaturii de date intre un DTE si un DCE specificate de standardul EIA-232: a. Codificarea electrica a informatiei este de tip “single ended”, adica informatia este transmisa pe un singur fir, iar bitii 1 si 0 sunt definiti prin nivele de tensiune fata de o referinta comuna pentru transmitator si receptor (masa de semnal). Astfel, conform RS232, un bit de zero logic este transmis ca o tensiune de +12V pe linie, iar un bit cu valoarea de 1 logic este transmis ca o tensiune de –12V. Circuitele de receptie trebuie sa fie capabile sa discearna nivele de tensiune intre +3V si –3V pentru 0 si 1. b. Capacitatea parazita maxima a liniei de comunicatie este limitata la 2500pF. c. Lungimea maxima a cablurilor de conexiune de date este limitata la 15m pentru ca la viteza de 19200 baud, rata de erori de comunicatie sa se mentina la un nivel acceptabil.
Foarte raspandite datorita prezentei pe majoritatea computerelor personale, interfetele RS232 au totusi o serie de limitari serioase intre care enumeram: a. Lungimea maxima a liniei de comunicatie este limitata la 15m, b. Viteza de comunicatie (la un cablu de 15m) este limitata la 19200 baud c. Topologie stricta point to point d. Vulnerabilitate mare la perturbatii elecromagnetice
Standardul RS422 a fost conceput sa elimine aceste inconveniente. Principala inovatie consta in codificarea diferentiala a semnelelor de pe linie. Datele nu mai sunt codificate printro tensiune pozitiva sau negativa fata de masa, ca in cazul transmisiei single-ended, ci prin diferenta de potential intre doi conductori. Pretul eliminarii dezavantajelor interfetei RS232
este dublarea numarului de conductori necesari pentru transmisie. RS422 asigura urmatoarele performante: a. Viteza maxima de comunicatie de pana la 10Mbps b. Lungimea liniei de pana la 1200m, dar nu la viteza maxima c. Topologii multidrop cu pana la 10 receptoare conectate la un driver RS422 nu permite realizarea unor topologii multipoint, cu alte cuvint, pe o linie de comunicatie poate fi conectat un singur circuit driver. Acest neajuns a fost rezolvat prin introducerea standardului de interfata RS481. RS485 este foarte asemanator cu RS422 si circuitele de interfata RS485 indeplinesc in totalitate cerintele standardului RS422 (RS422 nu indeplineste toate cerintele RS485). Cea mai importanta deosebire consta in faptul ca driverele RS485 admit o stare de inalta impedanta a iesirilor, stare inc are acestea sunt virtual deconectate de la linia de comunicatie. In consecinta, se pot realiza conexiuni mutipoint cu pana la 32 de drivere/receptoare conectate la acelasi tronson de linie, cu conditia ca un singur driver sa fie activ la un moment dat (comunicatia este halfduplex). Testul de stare a magistralelor industriale efectueaz ă o verificare a calit ăţii semnalului pe magistralele industriale precum Profi, Foundation, Modbus, CAN-bus, AS-i bus, RS-485 şi altele. Depanarea magistralelor de date începe de la testarea nivelului fizic al acestora (cablul şi cablarea). Starea nivelului fizic are o importan ţă deosebita pentru protocoalele care ruleaz ă
în procese, deoarece parametrii electrici ai semnalelor de date pot fi influen ţaţi. Monitorizarea stării nivelului fizic în timpul oper ării, preîntâmpină staţionări costisitoare ale proceselor şi poate fi f ăcută ca parte din programul de mentenanţă predictivă. Re elele industriale functionează în condi ii foarte diferite de cele existente la birouri i alte re ele de comunica ii comerciale. În lumea industrial ă, influentele externe pot
produce defec iuni dispozitivelor electronice sensibile, cum ar fi PLC-urile, controlerele de re ea i alte instrumente de sprijin pentru controlul procesului. Aceste influen e industriale externe se împart în două categorii: 1) Condi iile de mediu distrug ător , care includ: vibra ii mecanice, schimbări extreme de
temperatur ă, nivelurile ridicate de umiditate i calitatea necorespunzătoare a aerului cauzate de substante chimice, praf i al i agenti. Aceste condi ii pot crea conexiuni slabe sau intermitente, coroziunea conductorilor i a cutiilor de racord i / sau modificări ale impedan ei conductorilor care compun sistemul. 2) Perturba iile electrice provin dintr-o varietate de surse. Intrerup ătoarele pornesc i
opresc circuitele de energie ridicată, generând ocuri de conectare. Benzile transportoare i ac ionările mecanice descarcă electricitatea static ă în sisteme electronice. Modific ările de sarcină pe circuitele derivate creează fluctua ii în tensiunile de alimentare. Ambele tipuri de perturba ii pot afecta temporar sau permanent în mod negativ componentele sistemului – modulul pentru cap ătul cablului, componentele de intrare i cablarea. Rezultatul este adesea o perturbare (de ordinul milivol ilor) a semnalelor pe care se bazeaza procesele de produc ie. Prin urmare, este logică evitarea eventualelor probleme de comunica ii ale procesului si identificarea problemelor existente, prin monitorizarea sistemelor de comunica ii digitale industriale, utilizând un osciloscop. Ce înseamnă testarea nivelului fizic al magistralelor de date
Pentru verificarea integritatii fizice a magistralor de date trebuie sa se m ăsoare mai mul i parametri ai semnalului. Ace ti parametri sunt comparati cu valorile impuse de standardul EIA-232. Parametrii măsura i:
nivelele semnalului pe ie irea RS-232
lungimea bitului (timpul necesar transmiterii unui bit pe magistrala )
timpul de cre tere
timpul de descrestere
supracre terea (calculată)
Tabelul 4.1. Valorile impuse de standardul EIA-232 Parametrii măsura i
Minim Maxim
Nivelul maxim al semnalului
3.0
15.0
Nivelul minim al semnalului
-15.0
-3.0
Timp de cre tere
n/a
27%
Timp de descre tere
n/a
27%
In conditiile in care parametrii m ăsura i se incadrează in limitele impuse de standard, atunci se poate afirma c ă, din punct de vedere al nivelului fizic, magistrala de date func ioneaza corespunzător.
