Передача цифровой информации производится по различным
сетям. Каждая из сетей имеет свои особенности, назначение и реа-
лизуется на определенном типе кабелей. Для подключения к сети все
устройства должны иметь платы с соответствующим цифровым стан-
дартом (интерфейс). Для каждого типа интерфейса и вида кабеля
существуют ограничения по числу подключаемых устройств, длине
кабеля и скорости передачи. Для увеличения числа подключаемых
устройств и длины линии используются повторители. Что же касает-
ся скорости передачи, то проблема заключается в том, что полевые
устройства (датчики, исполнительные механизмы) работают в реаль-
ном масштабе времени и для использования на полевом уровне
высокоскоростных шин необходимы специальные согласующие эле-
менты.
HART- протокол (Highway Addressable Remote Transducer) как
способ передачи цифровой информации разработан фирмой
Rosemount и занимает промежуточное положение между токовым и
чисто цифровым сигналами. Он основан на методе передачи данных
с помощью частотной модуляции. На выходной токовый сигнал
4... 20 мА измерительных преобразователей накладываются импуль-
сы переменного тока, причем сигнал с частотой 1 200 Гц соответству-
ет логической единице, а 2 200 Г логическому нулю (рис. 12.7).
Среднее значение наложенных синусоид равно нулю (частотно-
модулированный сигнал является двухполярным) и не влияет на
токовый сигнал. Скорость передачи данных невысокая и составляет
1,2 кбит/с, время обновления данных 2 — 3 раза в секунду в режиме
запрос/ответ и 3—4 раза в секунду в пакетном режиме, к одной цепи
может подключаться до 15 устройств. Несмотря на относительно
большую длительность цикла, в большинстве случаев он является
достаточным для управления непрерывными процессами. Основное
достоинство HART-протокола — возможность одновременного ис-
пользования аналогового токового и цифрового сигналов в одной
паре проводов, что позволяет подключать к одной линии полевые
устройства с различным выходом.
Интерфейс RS-232является наиболее простым среди /^-интерфейсов
(Л5 означает «рекомендуемый стандарт»). Это стандарт последователь-
ной синхронной и асинхронной передачи двоичных данных между
терминалом и конечным устройством. В нем источник и приемник
сигналов имеют заземленную точку. Информация передается в ин-
версном коде двухполярными потенциальными сигналами, логической
единице соответствует-12 В, а логическому нулю + 12 В. В отсутствие
передачи данных линия находится в состоянии логической единицы
(-12 В). Поток данных передается по одному проводу бит за битом,
т.е. передающая сторона по очереди выдает в линию 0 и 1, а прини-
мающая отслеживает их и запоминает. Данные передаются пакетами
по одному байту (8 бит). Каждый байт обрамляется стартовым и сто-
повыми битами. Стартовый бит всегда передается уровнем логиче-
ского нуля, а стоповый — единицей. Может также присутствовать бит
паритета. Его состояние определяется настройками: он может до-
полнять число единичных битов данных до нечетности, четности. Эта
передаваемая последовательность называется фреймом. Данные мо-
гут передаваться как в одну, так и в другую сторону (дуплексный
режим). Скорость передачи данных стандартом не нормируется и
может составлять от 110 до 19 200 бит в секунду. Пример одного фрей-
ма (8 битов данных, контроль по нечетности, 1 стоповый бит) по-
казан на рис. 12.8, а. Получив стартовый бит, приемник выбирает из
линии биты данных через определенные интервалы времени, начиная
с младшего бита (bit 0). Бит паритета (parity) в данном случае равен 1.
Недостатком этого стандарта является низкая помехозащищенность,
что ограничивает длину линии связи до 15 м. Линия связи соединяет
источник сигнала с одним приемником. Последней модификацией
данного стандарта является модификация Е, принятая в 1991 г. как
стандрат EIA/TIA-232E.
Интерфейс RS-485, получивший широкое распространение, обе-
спечивает передачу информации на расстояние от 120 до 1200 м, при
скорости передачи от 100 до 104 бит в секунду (минимальное рас-
стояние соответствует максимальной скорости передачи). В качестве
линий связи применяется витая экранированная пара с подключе-
нием до 32 устройств со стандартным входным сопротивлением.
Возможно использование оптического кабеля. В основе интерфейса
Л5-485 лежит принцип дифференциальной (балансной) передачи
данных (рис. 12.8, б). Суть его заключается в передаче одного сигна-
ла (импульсы напряжения ± 1,5 В) по двум проводам, причем по
одному проводу (условно А) идет оригинальный сигнал, а по другому
(условно В) — его инверсная копия. Другими словами, если на одном
проводе «1», то на другом «0» и наоборот. Таким образом, между
двумя проводами витой пары всегда есть разность потенциалов: при
«1» она положительна, при «0» — отрицательна. Именно этой раз-
ностью потенциалов и передается сигнал. Такой способ передачи
обеспечивает высокую устойчивость к синфазной помехе. Синфазной
называют помеху, действующую на оба провода линии одинаково.
Например, электромагнитная волна, проходя через участок линии
связи, наводит в обоих проводах потенциал. Если сигнал передается
потенциалом в одном проводе относительно общего, как в RS-232,
то наводка на этот провод может исказить сигнал относительно хо-
рошо поглощающего наводки общего провода («земли»), А при диф-
ференциальной передаче искажения не происходит, так как если два
провода пролегают близко друг к другу и перевиты, то наводка на оба
провода одинакова. Потенциал в обоих одинаково нагруженных про-
водах изменяется одинаково, при этом информативная разность по-
тенциалов остается без изменений.
Формат информационных посылок и протокол обмена стандарт
не нормирует. Наиболее часто для передачи байтов данных исполь-
зуются те же фреймы, что и в интерфейсе RS-232: стартовый бит,
биты данных, бит паритета (при необходимости), стоповый бит. Про-
токолы обмена в большинстве систем работают по принципу «веду-
щий— ведомый». Одно устройство на магистрали является ведущим
и инициирует обмен посылкой запросов подчиненным устройствам,
которые различаются логическими адресами.
В системах с территориально-распространенными средствами из-
мерения для передачи информации используются радиоканалы. Ра-
диомодемы, работающие на частотах 1000...2500 МГц, позволяют
передавать информацию на расстояние до 5 км.
Контрольные вопросы
1. Какие значения может принимать логическая переменная?
2. Назовите основные логические операции.
3. Какие логические элементы образуют основную функционально пол-
ную систему?
4. Каково назначение АЦП?
5. Какие функции выполняет дешифратор?
6. Что такое микропроцессор?
7. Из каких элементов состоит программируемый логический контроллер?
8. Как передается информация посредством HART-протокола?
Гл а в а 13
Дата: 2019-04-23, просмотров: 220.
