Сегодня уже никто не сомневается в том, что передача данных на основе технологии Ethernet получит самое широкое распространение в области автоматизации. Основная цель организации пользователей Profibus (PNO) состоит в создании всех необходимых условий для упрощения проектирования, инсталляции и эксплуатации сетей Profinet, чтобы они были не сложнее, чем в случае классической полевой шины. Оборудование данного стандарта обеспечивает передачу информации по медным проводам и оптическим волокнам и тем самым позволяет найти оптимальное решение в процессе реализации реальных проектов. К тому же для организации соединения возможно применение различных типов кабелей и разъемов (см. Рисунок 1). Все эти возможности и сама элементная база описаны в рекомендациях по инсталляции системы.
Топология сетей Profinet ориентируется на структурированную проводку для офисных зданий. Между тем при реализации проектов на промышленных предприятиях приходится решать намного больше самых разных задач, чем при построении офисных систем автоматизации. Этот процесс требует дифференцированного подхода. Нормативные документы, описывающие традиционную офисную проводку, определяют допустимую протяженность тракта передачи сигнала между двумя активными устройствами (Channel), например, между коммутатором и контроллером, в зависимости от категории элементной базы, протяженности и площади поперечного сечения медных проводников стационарных (Link) и гибких шнуровых (Cord) кабелей, а также количества промежуточных соединителей в тракте (см. Рисунок 2 и врезку «Медные линии в структурированной проводке»).
Для повторяющихся однотипных задач, характерных для офисной сферы, применение такой модели вполне оправдано. Подобный подход существенно упрощает процесс проектирования и инсталляционные работы и обеспечивает, благодаря высокой степени стандартизации, широкий выбор высококачественных и дешевых компонентов. Применение же опорной модели в системах промышленного назначения оборачивается большей трудоемкостью инженерных расчетов и высокой вероятностью ошибки. С учетом этого обстоятельства организация PNO разработала специальную инсталляционную модель, следуя которой пользователь может построить сеть без выполнения расчетов на этапе проектных работ, если он будет придерживаться нескольких простых правил.
СЕТЬ PROFINET
В случае Profinet передача данных рассчитана таким образом, что всегда возможно достижение длины тракта в 100 м при использовании медных кабелей одного типа. В составе такого тракта допускается наличие не более шести разъемных соединителей. Сам тракт реализуется в виде произвольной комбинации жестких (тип А), гибких (тип В) или цепных (тип С) кабелей. Количество штекерных соединений разных видов (в том числе классических и проходных), розеток и сростков не может превышать шести. Необходимым условием является применение кабелей с проводниками калибра 22 AWG, площадь поперечного сечения которых превышает аналогичный параметр проводников калибра 26 AWG и 24 AWG в симметричных кабелях офисной проводки.
Процедура планирования линейной части сети Profinet проблем не вызывает. Если максимальная протяженность тракта составляет 100 м, в нем может быть установлено не более шести соединителей (см. Рисунок 3). Протяженность отдельных кабелей между соседними соединителями значения не имеет. Безусловно, предполагается, что линейная часть тракта собирается из компонентов, которые сертифицированы для применения в сетях Profinet. Функции соединителей могут выполнять штекерные разъемы, аналогичные по конструкции тем, которые применяются в офисной проводке (модель А). Возможно использование проходных соединителей с двумя гнездами. В этом случае соединитель выполнен по симметричной схеме и содержит две вилки и одну розетку (модель В).
Значительная часть соединителей RJ45 не предназначена для работы с кабелями, оснащенными проводниками калибра AWG 22. Поэтому обязательно следует убедиться в возможности использования предполагаемой элементной базы в сетях Profinet. Особое преимущество имеют те разъемы, которые собираются в полевых условиях без применения специального монтажного инструмента (см. Рисунок 4).
Оптическая подсистема имеет те же особенности. Тракты передачи могут быть собраны на основе различных волокон: полимерных с диаметром 1 мм, кварц-полимерных (часто называемых HCS-волокнами), кварцевых многомодовых и одномодовых световодов. Оптические и механические параметры указанных световодов позволяют применять их со стандартными приемопередатчиками и разъемными соединителями. При этом в случае установки сертифицированных компонентов и соблюдения ограничений по протяженности трактов гарантируется функционирование линий связи с высокой степенью надежности (см. врезку «Оптические соединители в сетях Profinet»).
Проектирование оптической подсистемы не требует выполнения каких-либо расчетов. Оптические интерфейсы стандартизированы по своим параметрам и механизмам диагностики. В качестве основного типа оптического соединителя PNO выбрала SCRJ, который можно устанавливать на все типы световодов. Благодаря своей очень компактной и прочной конструкции он хорошо подходит для оконцевания весьма популярных полимерных световодов, чему в немалой степени способствует использование центрирующего наконечника с внешним диаметром 2,5 мм. Разъем данного типа совместим с широко распространенным соединителем SC, а кроме того, существует несколько способов его быстрого оконцевания для всех типов волокон, поэтому он обладает несомненными преимуществами в случае его применения в период эксплуатации и ремонта системы.
КОНЦЕПЦИЯ ШТЕКЕРНОГО РАЗЪЕМА
Для использования в жестких условиях окружающей среды разработаны две разновидности соединителей с уровнем защиты IP67. Первый — электрический соединитель М12 с кодированием типа D. Вследствие хороших массогабаритных показателей наибольшее распространение он получил в зоне станков. Этот соединитель поставляется уже установленным на кабели или в варианте для быстрого оконцевания кабелей в полевых условиях.
Второй вариант — разъем, вилка которого подключается к розетке линейным движением (push-pull). Он обеспечивает уровень защиты IP67 и позволяет выполнять коммутацию электрических и оптических трактов (см. Рисунок 5).Как и в случае устройств с уровнем защиты IP20, возможно применение модульных разъемов RJ45 и оптических соединителей SCRJ. Таким образом, новые защелкивающиеся соединители с самозапирающимся сочленением (push-pull) являются совместимыми с изделиями IP20 и помогают создавать единые системы.
Кроме того, к разъемам с данной конструктивной схемой относится комбинированный соединитель для подключения питания по двум независимым контурам. Его конструкция базируется на пятиконтактном соединителе Combicon. По сравнению с обычными информационными разъемами он крупнее, однако сохраняет все преимущества защелкивающихся соединителей. Наличие разветвителя на его базе позволяет реализовывать шинные структуры. В результате отдельные компоненты сети можно заменять в «горячем режиме» без прерывания подачи питания на остальные сетевые устройства.
Представленная концепция пассивного сетевого оборудования чрезвычайно привлекательна для конечного пользователя, так как существенно упрощает процесс проектирования и инсталляции. Не меньшие преимущества она дает для производителей оборудования Profinet, так как конструктивное исполнение оборудования, начиная с печатных плат и заканчивая корпусами приборов, менять не приходится, независимо от того, каким образом осуществляется передача информационных сигналов — в оптическом или электрическом виде.
Наряду с PNO защелкивающиеся разъемные соединители использовала в своих рекомендациях Ассоциация автоматизаторов немецкой автомобильной промышленности AIDA. Тем самым гарантируется совместимость оборудования автоматизации на базе технологии Profinet, используемой в автомобильном производстве, — как в настоящее время, так и в перспективе. В данной области наиболее предпочтительными считаются линейные структуры — и для передачи питания, и для информационных сигналов (см. Рисунок 6).
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Где бы ни монтировалось оборудование (в монтажном шкафу, где достаточно защиты на уровне IP20, или рядом со станком, что предполагает соответствие требованиям IP67), и какой бы ни была среда передачи (витая пара или оптическое волокно), сеть Profinet позволяет создавать единое и легко планируемое решение. Применение защелкивающихся разъемных соединителей существенно облегчает реализацию любого проекта.
Бернд Хоррмейер — специалист по промышленным соединителям Pluscon компании Phonix Contact.
Медные линии в структурированной проводке
процессе реализации офисной проводки при планировании чаще всего привлекается несложная модель, которая при соблюдении определенных условий, в частности, применения разрешенных компонентов в соответствии с определенной системой, гарантирует, что проводка будет функционировать должным образом (иметь требуемое качество). Если проводка реализуется на основе компонентов Категории 5 с использованием так называемой опорной модели, то получается тракт класса D (см. Рисунок 7). Она пригодна для передачи сигналов Fast Ethernet и Gigabit Ethernet при условии, что максимальная длина гибких шнуров не превышает 10 м при общей протяженности тракта 100 м. Следует помнить, что шнур обладает худшими передаточными параметрами по сравнению с кабелем, имеющим жесткий монолитный проводник. Это требует обязательного выполнения указанных выше ограничений по длине. Комбинация вилки и розетки всегда рассматривается как одно соединение. В случае применения более совершенной элементной базы, характеристики которой соответствуют, например, Категории 6, а также при уменьшении общей протяженности тракта, улучшить передаточные параметры гибких шнуровых кабелей теоретически возможно. Однако выполнение подобных расчетов на практике является трудоемкой процедурой.
Оптические соединители в сетях Profinet
случае оптических линий модель линейного тракта предельно проста. Максимальная протяженность тракта зависит от типа используемого световода и составляет 50 м для полимерного волокна, 100 м для кварц-полимерного волокна, 2000 м для кварцевых многомодовых волокон и 14000 м для кварцевого одномодового волокна. В каждом тракте допускается установка не более шести соединителей, причем протяженность отдельных кабелей между двумя любыми соединителями значения не имеет. Кроме того, предполагается, что тракт передачи информации собирается только из сертифицированных компонентов. В оптической подсистеме несимметричный соединитель «вилка-розетка» применяется только для подключения к тракту передачи приемопередатчиков активного сетевого оборудования. Поэтому линейный тракт строится исключительно по модели В: соединители имеют симметричную форму исполнения и содержат две вилки и одну розетку.
© AWi Verlag