Полевая шина – это совокупность коммуникационных методов организации функционально и пространственно распределенных измерительно-управляющих систем АСУТП, основанных на серийном соединении (serial link).
Серийное соединение – это коммуникационная технология нижнего уровня, основанная на принципе побитовой передачи информации в однопроводной физической среде. Типичным представителем серийных соединений является протокол V.24 (RS-232) . Он содержит всего два привода и позволяет устанавливать связь на расстоянии до 15 м.
Для организации связи между несколькими компьютерами использовался способ “цепочного подключения “. Он основан на наличии в устройстве двух разъемов: входного и выходного. Сочетая распознавание своего уникального адреса с функциями магистрального усилителя (репитера) один COM-порт мог общаться с несколькими десятками устройств, имеющими подобную пару разъемов и микросхем, разнесенных на расстояние до километра.
В попытках увеличить расстояние между отдельными абонентами наиболее удачным решением были линии с низковольтным дифференциальным протоколом передачи (LVDT – Low Voltage Differential Transfer). Протокол физического уровня среды передачи был стандартизован как RS-432. Недорогие микросхемы приемо-передатчиков этого уровня просто преобразовывали сигналы RS-232 в сигналы RS-432. В так называемом прозрачном режиме, неощутимом для пользователя и программиста. Протокол обеспечивает соединение двух абонентов по проводной магистрали на дистанции 1300 м со скоростью до 64Кбит/с. естественно на другом конце провода необходимо установить такой же конвертор для обратного преобразования в сигналы RS-232. Двухпроводная магистраль RS-432 способна работать в дуплексном, синхронном и асинхронном режимах, а четырехпроводная схема, предусмотренная стандартом RS-422 в полнодуплексном режиме (full duplex mode), т.е. одновременно в обе стороны.
Следующим шагом в развитии полевых шин стала двухпроводная система RS-485 – многоадресная реализация RS-232, сочетающая способ Передачи и дальность RS-422 с возможностью подключения до 256 устройств по схеме “магистраль с отводами “. Подобная схема подключения проще и дешевле цепочечной , требующей наличия двух разъемов на устройстве.
Оба способа довольно популярны в среде инженеров АСУТП, так как позволяют собрать очень недорогую распределенную систему измерения и контроля (DCS) на базе обычного COM-порта. Конечно, это справедливо для контуров PCS, не требующих быстрой передачи больших массивов информации или микросекундного отклика на события в узле. Спецификация сетей DCS заключается в двух основных моментах : во первых в надежности и предсказуемости информационных посылок (детерминтрованности) и во вторых, в отсутствии объемных информационных пакетов, свойственных высокоранговым сетям.
Конечно, промавтоматика нуждается также и в высокоскоростных коммуникациях. Кроме однобитовых логических датчиков существует масса приборов и устройств, требующих сложного и напряженного информационного графика. В конце концов работа через медленный контроллер COM-порта (ограничение скорости –115 Кбит/сек) была отменена и преобразователь RS-232/RS-485 был заменен на непосредственное базирование приемопередатчиков RS-485 на системной магистрали. По существу произошло рождение полевой шины как сетевой технологии уровня промышленной автоматики.
Определим требования к FFB:
1. Физический уровень среды передачи – как можно дешевле. Самая распространенная среда – скрученная пара проводов (витая пара). Основной магистральный низкоуровневый протокол соответствует стандарту RS-485.
2. Возможность работы как с битовой информацией, так и в пакетном режиме, или многопротокольность.
3. Автоматическая реконфигурация при изменении состава сети или выходе из строя ее узлов. Сюда можно включить и расширенную автодиагностику, своего рода усовершенствованный PLAG&PLAY-охуей, а также горячую замену.
Повышенная безопасность сети и ее компонентов. Поскольку расстояния, на которых функционируют полевые шины, измеряется в километрах, опасность высоких напряжений из-за различия потенциалов и электромагнитных наводок становится весьма реальной. Минимальный порог устойчивости к опасным напряжениям составляет 1,5 КВ, а максимальный 5 Кв. Коммуникации и разъемы должны отвечать нормам искробезопасности и взрывозащищенности . С другой стороны, коммуникации и соединения должны быть надежно защищены от условий погоды, в том числе от электромагнитных бурь. Магистральные соединения должны быть в том числе защищены от дурака (дауна — down).