Использование оптоволокна для связи устройств по последовательному интерфейсу

В настоящее время в системах автоматизации для организации связи между устройствами широко используются аппаратные последовательные интерфейсы RS-232/422/485, основными достоинствами которых являются простота и дешевизна. При этом двухпроводной интерфейс RS-485 позволяет объединять до 32 устройств на одной полудуплексной магистрали длиной до 1200 м. При необходимости увеличить дальность связи и количество объединяемых устройств или, когда нужно организовать магистраль с разветвленной структурой (чего не допускает стандарт на RS-485), могут быть использованы повторители интерфейса RS-485. Однако, если дальность связи превышает несколько километров или уровень электромагнитных помех, воздействующих на линию передачи, превышает допустимую величину, то обычными повторителями уже не обойтись. Одним из способов решения подобных и ряда других проблем является использование оптоволоконных каналов связи. В этом случае возникает задача преобразования электрического сигнала в оптический и наоборот. Для решения данной задачи с использованием оборудования фирмы МОХА может быть предложено два способа, в которых применяются принципиально разные типы устройств.

Рис.1. Серия TCF-142: медиаконвертеры RS-232/422/485 в оптоволокно

В первом случае используется специально разработанный для этих целей медиаконвертер TCF-142. (рис.1), который изготавливается в модификациях для многомодового (М) и одномодового (S) оптоволокна с разъемом типа SТ. При этом протяженность оптической линии связи может достигать 2 и 20 км соответственно. Данный медиаконвертер практически не требует настроек. Он автоматически определяет скорость и формат передачи данных по последовательному интерфейсу. Единственное, что нужно сделать перед подключением устройства, это задать тип последовательного интерфейса, задействовать при необходимости внутренние магистральные терминаторы и назначить режим подключения к оптической линии связи. Все эти настройки производятся посредством четырех микропереключателей, расположенных на корпусе устройства.

Конвертеры TCF-142 последних версий допускают два способа соединения по оптической линии связи:

1) Парное соединение (рис.2) — используется, когда необходимо соединить два удаленных устройства, общающиеся по последовательному интерфейсу, или когда необходимо физически "удлинить" магистраль RS-485.

Рис. 2. Парное соединение конвертеров

Необходимо отметить, что данные конвертеры не транслируют служебные сигналы интерфейса RS-232 и не имеют соответствующих входов. Поэтому, если соединяемые последовательные устройства задействуют аппаратный контроль передачи данных, то на каждом из них необходимо замкнуть друг на друга пары контактов DTR-DSR и RTS-CTS.

Используя парное соединение конвертеров TCF-142, можно объединять несколько магистралей RS-485 в одну, как это показано на рис.3. Однако парное соединение для решения данной задачи является неоптимальным с точки зрения затрат на оборудование. Поэтому в устройствах TCF-142 был реализован другой способ соединения по оптической линии связи — кольцевое соединение.

2) Кольцевое соединение. При этом способе конвертеры соединены по оптической линии связи в замкнутую последовательную цепь. При этом оптический передатчик одного устройства соединен с приемником последующего. Пакет данных, переданный каким-либо конвертером-источником, дойдя до соседнего устройства, транслируется им к следующему конвертеру, и так дальше по цепочке, пока он не достигнет исходного устройства. На рис.4 показано, как может быть решена та же задача объединения магистралей (рис.3) с использованием кольцевого соединения.

Рис. 3. Объединение устройств и сетей RS-232/422/485 при помощи парного соединения конвертеров

Рис. 4. Объединение устройств и сетей RS-232/422/485 при помощи кольцевого соединения конвертеров

Сравнение этих двух сетевых топологий показывает, что кольцевое соединение позволяет обойтись меньшим количеством конвертеров и снизить суммарную протяженность оптических линий связи. Кольцевая структура имеет ограничение на суммарную длину оптоволокна 100 км. Недостатком кольцевого соединения является снижение надежности системы в целом, т.к. при обрыве одного из оптических кабелей теряется дуплексная связь между всеми объединяемыми сегментами.

Другой способ соединить последовательные устройства посредством оптоволоконной линии предполагает использование конвертеров NPort IA5150-M-SC или NPort IA5150-S-SC (многомодовая и одномодовая модификации соответственно, оптический разъем типа SC), рис.5.

Рис. 5. Серия NPort IA5150: преобразователи RS-232/422/485 в оптоволоконный Ethernet

Принципиальное отличие данных конвертеров от рассмотренных выше TCF-142 заключается в том, что информация по оптоволокну передается по IP-протоколу в формате Ethernet-интерфейса (100Base FX), что позволяет передавать данные через локальные сети Ethernet с выходом в глобальную сеть (модельный ряд устройств NPort IA5150 имеет также модификации с подключением к Ethernet по витой паре). В связи с этим преобразователи NPort IA5150 обладают гораздо большими функциональными возможностями и, как следствие, имеют чрезвычайно широкий спектр настроек. Но применительно к задаче соединения последовательных устройств посредством оптоволокна здесь будет рассмотрен только режим парного соединения.

Схема парного соединения с использованием устройств NPort IA5150 (рис.6) ничем не отличается от схемы на основе TCF-142. Здесь тоже можно передавать данные по различным последовательным интерфейсам на противоположных концах.

Рис. 6. Объединение устройств и сетей RS-232/422/485 по Ethernet TCP/IP

Отличие заключается в том, что перед подключением необходимо произвести программную настройку конвертеров. Это можно сделать посредством Web интерфейса или специальной Windows-утилиты, входящей в комплект поставки. Для этого преобразователь необходимо подключить к компьютеру по Ethernet через медиаконвертер или Ethernet-коммутатор, имеющий оптические каналы. Если подобного оборудования под рукой не имеется, то настройку можно произвести с помощью эмулятора терминала, подключив устройство к компьютеру по последовательному интерфейсу RS-232.

При настройке конвертерам необходимо назначить:

1) IP-адрес, маску подсети;

2) Режим работы "Парное соединение" (одному — Master, другому — Slave), IP-адрес конвертера на противоположном конце;

3) Тип последовательного интерфейса, скорость и формат передачи данных (скорость и формат должны быть одинаковыми на обоих концах).

Детально процесс настройки описан в руководстве пользователя. После того, как настройки выполнены, конвертеры готовы к работе.

Среди прочих отличительных особенностей преобразователей NPort IA5150 следует выделить следующие:

• дальность передачи по одномодовому волокну — до 40 км;

• наличие модификаций с изоляцией последовательного порта от линий питания;

• трансляция интерфейсных сигналов RS-232;

• возможность подключения резервного питания;

• сигнализация об обрыве линии связи или линии питания;

• компактное размещение на DIN-рейке.

При выборе того или иного варианта по экономическим соображениям можно дать следующие рекомендации. При длине оптических линий, позволяющей использовать многомодовое волокно, выбор однозначно будет за TCF-142, которые в многомодовой модификации значительно дешевле аналогов серии NPot IA. Если необходимо использовать одномодовое волокно, то предпочтение следует отдать изделиям серии NPort IA, тем более, что они допускают в двое большую протяженность оптической линии. Может оказаться и так, что на окончательный выбор решающее значение окажут технические особенности устройств, такие как возможность построения кольцевой топологии и простота настройки для TCF-142, или сигнализация об обрыве и изоляция последовательного порта для NPort IA5150. Для упрощения выбора приводится сравнительная таблица основных параметров устройств.

Подробную консультацию по оборудованию MOXA можно получить у сертифицированных специалистов по телефонам (812) 326-5924, (495)980-6404 или по электронной почте support@moxa.ru. Дополнительная информация о сетевых решениях производителя на его официальном сайте: www.moxa.ru