средства телекоммуникации в АСУТП. Понятие канал связи. Линии соединения. Медные и оптоволоконные жилы

Средства телекоммуникаций в АСУ ТП — это многообразие аппаратуры и программного обеспечения, которые должны иметь внутренние механизмы собственной безопасности. Поэтому от производителей технических средств и программного обеспечения АСУ ТП требуется разработка инструментов обеспечения безопасности своих продуктов.

Канал связи (англ. channel, data line) — система технических средств и среда распространения сигналов для передачи сообщений (не только данных) от источника к получателю (и наоборот). Канал связи, понимаемый в узком смысле (тракт связи), представляет только физическую среду распространения сигналов, например, физическую линию связи.

По типу среды распространения каналы связи делятся на:

· проводные;

· акустические;

· оптические;

· инфракрасные;

· радиоканалы.

Для обмена информацией в АСУ ТП используются следующие каналы связи:

· сеть Industrial Ethernet (протокол обмена ModBus TCP/IP) – для организации канала передачи данных между щитами управления и серверами ввода/вывода МПСА, а также между щитами пожаротушения и сервером ввода/вывода АСПТ; Для повышения надежности используется структура сети типа "кольцо"; для связи удаленных объектов используется оптоволоконное соединение.

· сеть Ethernet (протокол обмена TCP/IP) – используется для организации канала передачи между устройствами верхнего уровня (серверы ввода/вывода, АРМ оператора, принтер, сторонние системы);

· сеть ModBus (протокол обмена ModBus RTU) – используется для подключения интеллектуальных устройств по интерфейсу RS-485.

Соединение линий — это общая область, образуемая двумя линиями с соприкасающимися или пересекающимися концами.

Схемы подключения источников питания (БП) и вторичных преобразователей (ВКГ) к датчикам (Метран) в схеме 4–20 мА и 0–20 мА показаны на рис. 20.

Для подключения термодатчиков- термосопротивлений (ТС) используются специальные схемы: двухпроводная, трeхпроводная и четырехпроводная.

В простейшей двухпроводной схеме подключения резистивных датчиков сопротивление линий соединений (ЛС) входит в погрешность измерения. Это не обеспечивает удовлетворительных метрологических характеристик измерительного канала, если сопротивлением проводов нельзя пренебречь.

Влияние сопротивления ЛС в трeхпроводной схеме устраняется путeм компенсации сопротивлением третьего провода. Компенсацию осуществляют, предполагая, что падения напряжения на проводах одинаковы. Это верно при равенстве сопротивлений проводов ЛС. Погрешностью, вносимой отсутствием точного равенства, обычно можно пренебречь. Однако, для прецизионных измерений лучше использовать четырехпроводную схему подключения ТС.

При четырехпроводной схеме подключения разность сопротивлений плеч ЛС не значима. Это вызывает уверенность в незначимости и параметров ЛС.

Однако и эта схема имеет недостатки. Дело в том, что наряду с разбалансом плеч есть еще такой параметр, как активное сопротивление ЛС. Хотя обычно считается, что этот параметр является составляющей погрешности только для двухпроводного подключения, оказывается, что некоторым образом он приобретает значение и для трех-, и для четырехпроводного подключения.

Причина состоит в следующем: ВИП содержит в себе источник тока для опроса термосопротивления. Идеальный источник тока не имеет ограничений по сопротивлению нагрузки. Для реального источника тока всегда есть предельная величина сопротивления нагрузки, при которой он выдает заданный ток опроса. При превышении этого порогового значения источник начинает занижать ток опроса, что приводит к резкому увеличению погрешности. Особенно сильно эффект проявляется вблизи верхней границы диапазона измерений.

К сожалению, изготовители ВИП не нормируют максимальное сопротивление ЛС, на которое работают их изделия. Как показали проведенные ООО «Ленпромавтоматика» эксперименты с продукцией ведущих мировых производителей ВИП для термосопростивлений, значимая погрешность появляется при увеличении сопротивления одной ЛС свыше величины порядка 30 Ом. Эта величина обосновывается тем, что если ЛС – это медные провода и клеммы, и нет причин предполагать, что 30 Ом будет недостаточно, ведь при сечении 1 мм2 это сопротивление соответствует 1714 м медного провода. Поэтому параметр и не нормируется. Но он сразу становится значимым, когда между ВИП и датчиком появляется барьер искробезопасности.

Жила бывает цельной монолитной либо в виде множества скрученных в жгут тонких проволочек. В первом случае она называется однопроволочной, во втором — многопроволочной, или гибкой

Волоконно-оптические линии связи - это вид связи, при котором информация передается по оптическим диэлектрическим волноводам, известным под названием "оптическое волокно". Оптическое волокно в настоящеевремя считается самой совершенной физической средой для передачи информации, а также самой перспективной средой для передачи больших потоков информации на значительные расстояния. Основания так считать вытекают из ряда особенностей, присущих оптическим волноводам.

1.1 Физические особенности.

Широкополосность оптических сигналов, обусловленная чрезвычайно высокой несущей частотой. Это означает, что по оптической линии связи можно передавать информацию со скоростью порядка 1.1 Терабит/с. Говоря другими словами, по одному волокну можно передать одновременно 10 миллионов телефонных разговоров и миллион видеосигналов. Скорость передачи данных может быть увеличена за счет передачи информации сразу в двух направлениях, так как световые волны могут распространяться в одном волокне независимо друг от друга. Кроме того, в оптическом волокне могут распространяться световые сигналы двух разных поляризаций, что позволяет удвоить пропускную способность оптического канала связи. На сегодняшний день предел по плотности передаваемой информации по оптическому волокну не достигнут.

Очень малое (по сравнению с другими средами) затухание светового сигнала в волокне. Лучшие образцы российского волокна имеют затухание 0.22 дБ/км на длине волны 1.55 мкм, что позволяет строить линии связи длиной до 100 км без регенерации сигналов. Для сравнения, лучшее волокно Sumitomo на длине волны 1.55 мкм имеет затухание 0.154 дБ/км. В оптических лабораториях США разрабатываются еще более "прозрачные", так называемые фтороцирконатные волокна с теоретическим пределом порядка 0,02 дБ/км на длине волны 2.5 мкм. Лабораторные исследования показали, что на основе таких волокон могут быть созданы линии связи с регенерационными участками через 4600 км при скорости передачи порядка 1 Гбит/с.

1.2 Технические особенности.

Волокно изготовлено из кварца, основу которого составляет двуокись кремния, широко распространенного, а потому недорогого материала, в отличие от меди.

Оптические волокна имеют диаметр около 1 – 0,2 мм, то есть очень компактны и легки, что делает их перспективными для использования в авиации, приборостроении, в кабельной технике.

Токопроводящие жилы кабелей и проводов изготовляют из электролитической меди марок МО и Ml по ГОСТ 2112-62 с содержанием меди не менее 99,95 и 99,90% соответственно. Кислород является вредной примесью меди: при повышенном его содержании ухудшаются механические и технологические свойства меди, а также затрудняются ее пайка и сварка. Без кислородная медь обладает большей пластичностью, чем обычная электролитическая. Вакуумная медь отличается еще меньшим содержанием примесей.

Небольшое содержание мышьяка компенсирует вредное действие кислорода на медь, но снижает ее электропроводность. Водород повышает механическую прочность меди, но в присутствии кислорода придает ей хрупкость. Свинец является вредной примесью. Серебро не оказывает вредного влияния. Примесь сурьмы снижает пластичность, электропроводность и теплопроводность меди. Сера снижает пластичность меди.

По механическим свойствам медная проволока может быть твердой (не отожженной)-марки МТ и мягкой (отожженной) -марки ММ. Физико-механические и электрические свойства меди приведены в табл. 7-1. Твердая проволока диаметром 1,0-5,99 мм выдерживает без разрушения четыре - семь перегибов. При повышении температуры до 500° С механические и электрические свойства меди ухудшаются примерно в 3 раза. При низких температурах (-160°С) предел прочности меди увеличивается в 2 раза, а относительное удлинение повышается незначительно.

Поиск по сайту: