П.1 Повторители интерфейса

Сетевое оборудование

При проектировании распределенных АСУ ТП с применением промышленных сетей могут возникать следующие проблемы:

- длина отводов от общей шины (например, для сетей на основе RS-485) превышает допустимую или допустимая длина линии связи меньше необходимой;

-количество подключенных к сети устройств превышает допустимое по спецификации на используемое оборудование;

- необходимо подключить устройство, не имеющее соответствующего порта (например, вольтметр с портом RS-232 к сети на основе интерфейса RS-485 или Ethernet);

- необходимо объединить несколько различных сетей с различными протоколами в единую сеть (например, когда требуется объединить Ethernet с Modbus RTU);

- не удается ослабить влияние помех до допустимого уровня, используя медный кабель;

- фрагмент сети установлен на подвижном объекте.

Эти и аналогичные проблемы решаются с помощью вспомогательных сетевых устройств: повторителей и преобразователей интерфейса, концентраторов, коммутаторов, мостов, маршрутизаторов, шлюзов.

Электрический сигнал, проходя по линии передачи, ослабляется вследствие потерь на омическом сопротивлении кабеля и изменяет свою форму по причине неоднородности линии и неточного ее согласования. Поэтому существует ограничение на предельную длину кабеля, которое зависит от типа интерфейса и скорости передачи.

Повторитель (ретранслятор, репитер – Repeater) восстанавливает уровень и форму сигнала, а также позволяет согласовать ее в пределах каждого из фрагментов, ограниченных повторителями. Поэтому повторители используются для увеличения расстояния, на которое требуется передать сигнал, а также для увеличения нагрузочной способности (коэффициента разветвления) передатчика интерфейса.

Повторители интерфейса обычно имеют гальваническую развязку, поэтому их можно использовать также для деления сети на гальванически изолированные сегменты с целью защиты от помех.

Поскольку электромагнитная волна существует только в пределах одного фрагмента сети, а в соседний фрагмент передается только восстановленный сигнал, то повторители можно использовать и для выполнения ответвлений в сети с шинной топологией, поскольку длина ответвления от кабеля до повторителя всегда может быть сделана достаточно малой и при этом не возникает отражений.

Повторитель использует только часть 1-го уровня модели OSI. Он не изменяет способа кодирования информации, не проверяет контрольные суммы, не восстанавливает потерянные биты, а только принимает электрические сигналы с помощью стандартного для выбранной сети приемника, восстанавливает их форму и передает дальше с помощью стандартного передатчика.

Согласующие резисторы внутри повторителя могут присутствовать или нет, и могут отключаться микропереключателем или джампером. Вывод земли «GND» соединяется с экраном кабеля, но не с землей.

п.2 Концентраторы (хабы)

Повторители интерфейса могут содержать несколько портов. Если появляется сигнал на любом из них, микроконтроллер ретранслирует его на все другие порты. Такие многопортовые повторители называют концентраторами или хабами (Concentrator, Hub).

Они позволяют выполнить физическое разветвление сетевого кабеля или слияние нескольких кабелей в один (концентрацию) без нарушения условий согласования линии передачи. С помощью концентратора, например, снимается ограничение на длину ответвлений от шины для RS-485.

Концентратор устроен так же, как повторитель интерфейсов, но имеет больше портов и, соответственно, устройств для гальванической изоляции. Хотя часто гальваническую изоляцию между портами концентратора не делают, чтобы удешевить коммерческий продукт. Это оправдано, когда концентратор используется для создания сети сложной топологии на ограниченной площади.

В сетях Ethernet при поступлении сигнала одновременно на два или более портов концентратора возникает коллизия. Поэтому Еthеrnеt-концентраторы в настоящий момент вытеснены сетевыми коммутаторами.