Сетевые средства

Основным сетевым средством любой сети является интеллектуальный коммуникационный процессор, позволяющий подключать персональные компьютеры, программируемые контроллеры, программаторы и другие устройства и осуществлять их взаимодействие с системой управления. Основными характеристиками коммуникационного процессора являются: тип монтажной шины (слота), скорость передачи данных, количество соединений и потребляемый ток. Коммуникационные процессоры выпускаются с монтажными слотами следующих типов: ISA, PCMCIA, PCI. Скорость передачи данных у коммуникационных процессоров от 9,6 кбит/с до 12 Мбит/с для сетей среднего уровня и от 10 до 100 Мбит/с для сетей верхнего уровня.
Для подключения к сети активных и пассивных оконечных устройств применяются шинные терминалы RS485, шинные штекеры, трансиверы и другие специальные модули, например Optical Bus Terminal для подключения устройств к оптической сети.
Технологические комплексы могут использовать несколько децентрализованных систем управления, связанных друг с другом мощной информационной сетью. В этом случае для их совместной работы применяют коммутаторы или маршрутизаторы.
На нижнем уровне для подключения датчиков и исполнительных механизмов используют различные модули. Целый модуль состоит из верхней (пользовательский модуль) и нижней (монтажный модуль) частей. Эти части имеют различные исполнения. Для монтажных модулей возможна установка на профильную планку или крепеж с помощью винтового соединения. Пользовательские модули по своим функциям соответствуют обычным модулям входов/выходов.
Для передачи информации на большие расстояния применяют повторители, позволяющие конфигурировать сети, состоящие из нескольких сегментов.
Физическая среда сетей представляет собой физический материал, по которому передается информация. В качестве такого материала могут использоваться различные виды кабелей (витая пара, коаксиальные, многожильные, волоконно-оптические), а также эфир (радиоканалы, УКВ-каналы, инфракрасные каналы).
Кабель состоит из проводников, слоев экрана и изоляции. В некоторых случаях кабели оборудуются разъемами, с помощью которых присоединяются к оборудованию. Для обеспечения быстрой перекоммутации кабелей и оборудования используются различные электромеханические устройства, называемые кроссовыми секциями, кроссовыми коробками или шкафами.
В сетях применяются кабели, удовлетворяющие определенным стандартам, что позволяет строить кабельную систему сети из кабелей и соединительных, устройств разных производителей. Наиболее распространены в мировой практике следующие стандарты: американский EIA/TIA-568A; международный ISO/IEC 11801; европейский EN50173.
В кабеле на витой паре обычно используются несколько пар изолированных проводов, обвитых друг вокруг друга. Взаимная об-вивка обеспечивает защиту от собственных и внешних наводок. Кабель на витой паре бывает неэкранированным и экранированным. Стандарт EIA/TIA 568A Commercial Building Wiring Standard определил семь категорий кабелей на неэкранированной витой паре (Unshielded Twisted Pair, UTP1 ...UTP7). Наиболее современным является кабель UTP5, способный работать со скоростью 100 Мбит/с; его волновое сопротивление 100 Ом в диапазоне частот от 1 МГц до предельной. Для кабеля UTP5 установлено минимальное число взаимных скручиваний на единицу длины (примерно 26 на 1 м). Его основными недостатками являются: взаимное наложение сигналов между смежными проводами, чувствительность к внешним электромагнитным полям, большая степень затухания сигнала по пути, чем у кабелей других типов.
Кабели категорий 6 и 7 промышленность начала выпускать сравнительно недавно. Для кабеля категории 6 характеристики определяются до частоты 200 МГц, а для кабелей категории 7 — до 600 МГц.
Все кабели UTP выпускаются в четырехпарном исполнении. Каждая из четырех пар кабеля имеет определенный цвет и шаг скрутки. Для соединения кабелей с оборудованием используются вилки и розетки, представляющие восьмиконтактные разъемы.
Экранированная витая пара (Shielded Twisted Pair, STP) содержит электрически заземляемую медную оплетку или алюминиевую фольгу. Существуют кабели с общим экраном и экраном вокруг каждой пары. Экран обеспечивает защиту от всех внешних электромагнитных полей. Однако по скорости передачи данных и ограничениям, накладываемым на максимальное расстояние, такие кабели идентичны кабелям без экранирования.
Коаксиальные кабели (RG-8, RG-11, RG-58/U, RG-58 A/U, RG-58 C/U, RG-59) способны обеспечивать передачу данных со скоростью 10 Мбит/с на расстояние до 500 м. Минимальное расстояние между точками подключения должно быть не меньше 2,5 м. Кабели имеют волновое сопротивление 50 или 75 Ом.
Волоконно-оптический кабель состоит из свободно уложенных или определенным образом скрученных волоконных световодов и защитного покрытия. Передача данных производится при помощи лазерного или светодиодного передатчика, который генерирует световые импульсы, проходящие через световоды. Перед попаданием в световод сигнал от передатчика (излучателя) проходит через оптическое согласующее устройство и оптический разъемный соединитель (коннектор). На принимающем конце сигнал воспринимается фотодиодом, который преобразует его в электрический ток. Волоконно-оптический кабель обладает рядом преимуществ: малым затуханием и независимостью затухания от частоты передаваемого сигнала; высокой степенью защиты от внешних электромагнитных полей; исключает несанкционированный доступ к данным.
В зависимости от условий распространения световой волны в центральном световоде волоконно-оптические кабели делятся на одномодовые (single mode — SM) и многомодовые (multi mode — ММ). Максимальная длина кабеля (412 м) определяется временными параметрами. Полоса пропускания одномодового кабеля очень широкая — до сотен гигагерц на километр. Многомодовые кабели имеют более узкую полосу пропускания — от 500 до 800 МГц/км. Сужение полосы происходит из-за потерь световой энергии при отражениях, а также из-за интерференции лучей разных мод. Для передачи информации применяется свет с длиной волны 1550 нм (1,55 мкм), 1300 нм (1,3 мкм) и 850 нм (0,85 мкм). Светодиоды могут излучать свет с длиной волны 850 нм и 1300 нм.
Волоконно-оптические кабели присоединяют к оборудованию разъемами MIC, ST и SC.
Волоконно-оптические кабели обладают отличными параметрами всех типов: электромагнитными, механическими (хорошо гнутся, а в соответствующей изоляции обладают хорошей механической прочностью). Однако у них есть один серьезный недостаток — сложность соединения волокон с разъемами и между собой при необходимости наращивания длины кабеля.
Для работы промышленной сети используется программное обеспечение, позволяющее: реализовывать связь между активными аппаратными устройствами, входящими в сеть любого уровня; производить обмен данными в сети; реализовывать различные режимы передачи данных по сети; реализовывать функции удаленного программирования контроллеров по сети; реализовывать функции диагностирования и др.