Komunikacja szeregowa #2 – Jak przedłużyć RS-232, RS-422, RS-485?

Piotr Gocłowski How to, Produkty, Protokoły i konwertery przemysłowe, Serwery portów szeregowych Tagi: , , , , , , , , ,

W ostatnim artykule opisywałem ogólną budowę standardów szeregowych, w tym wpisie opiszę problem z tytułu, z którym boryka się spora grupa użytkowników standardów szeregowych, zapraszam do lektury.

Jak przedłużyć RS-232 przez skrętkę UTP?

Jak wiadomo RS-232 jest już mocno leciwym standardem który jest podatny na zakłócenia elektromagnetyczne, a teoretyczna długość przewodów jest ograniczona do 15 metrów, co często jest zbyt małą odległością. Można jednak łatwo zwiększyć ten zasięg za pomocą konwertera na RS-485 2W, np. TCC-80, lub TCC-100. Jako medium wystarczy użyć jednej pary skrętki UTP, a maksymalna długość przewodu może się zwiększyć nawet do 1200 metrów, im większy baudrate tym dystans ten będzie mniejszy. Oczywiście należy użyć 2 takich konwerterów, aby potem z powrotem wrócić do standardu RS-232. Rozwiązanie to jest bardzo wygodne i odporne na zakłócenia, a jego jedyną wadą jest brak wsparcia dla sygnałów kontroli przepływu danych – RTS/CTS, DTR/DSR (szczegóły w tym wpisie). Warto też wspomnieć że może być zasilany z linii portu RS-232 o ile wydajność takiego portu jest wystarczająca, jeśli nie to posiada też wejście do podłączenia zasilacza.

Jak przedłużyć RS-422 i RS-485 przez skrętkę UTP?

Mogłoby się wydawać że RS-422 i RS-485 nie mają problemu z maks. dystansem transmisji, jednak i w ich przypadku czasami przydałoby się przedłużyć magistralę. Gdy zabraknie mocy sygnału to można zastosować Repeater TCC-120 Moxy. Urządzenie to wymaga zasilacza, dzięki czemu regeneruje moc sygnału więc uzyskuje się znów teoretyczne 1200 m zasięgu.

Jak przesłać RS-232/422/485 przez Ethernet?

W obecnych czasach bardzo rzadko w komputerach lub serwerach znajdziemy interfejsy szeregowe, ale nadal jest ich dużo w sieciach przemysłowych. Urządzenia takie jak: liczniki / analizatory energii, dataloggery, starsze sterowniki PLC, maszyny CNC, przepływomierze, wagi i wiele innych, ciągle wymagają połączenia z innymi komputerami. Jak więc połączyć te urządzenia z nowoczesnymi systemami informatycznymi? Firma Moxa posiada w ofercie serwery portów szeregowych „NPort” które umożliwiają połączenie urządzeń z interfejsem szeregowym z sieciami zakładowymi. W zależności od trybu pracy, Nporty umożliwiają łączność nawet z kilkoma komputerami, a także umożliwiają „przedłużenie” RSa przez sieć Ethernet. Nporty to jedna z największych serii urządzeń firmy Moxy, występuje w wielu wariantach, można je podzielić min. ze względy na ilość portów : 1/2/4/8/16/32, typ montażu: szyna TH35 / szafa Rack 19” / montaż panelowy, czy posiadane certyfikaty: ATEX / IEC 61850-3, IEEE 1613. Poniżej przykładowe warianty połączeń Nportów:

Jak przesłać RS-232/422/485 bezprzewodowo?

Czasami jednak nie ma możliwości poprowadzenia przewodów z różnych powodów:

  • Zbyt duży koszt zatrzymania produkcji
  • Lokalizacje urządzeń muszą być odseparowane galwanicznie
  • Urządzenie z interfejsem szeregowym jest w ruchu
  • I wiele innych…

Na rynku dostępne są też serwery portów szeregowych z interfejsem bezprzewodowym. W ofercie firmy Moxa są to Nport W2150A, oraz Nport IAW5150A-6I/O. W jaki sposób wygląda taka komunikacja? Nporty z interfejsami bezprzewodowymi pracują w 2 trybach:

  • Ad hoc – bezpośrednie połączenie Nportów punkt – punkt
  • Infrustructure – połączenie Nporta z innymi urządzeniem za pośrednictwem pośredniego punktu dostępowego. NPort pracuje wtedy jako klient tego Access Pointa.

Najczęstszym sposobem łączenia jest tryb infrastruktury który wymaga do pracy punktu dostępowego (Access Point), ale w dzisiejszych czasach nie jest to żadnym problemem. Poniżej grafiki trybami opisanymi wyżej:

Jak przesłać RS-232/422/485 przez światłowód?

Nawet 1200 m teoretycznego zasięgu RS-485 może nie wystarczyć, szczególnie na rozległych obiektach przemysłowych. Idealnym medium na duże odległości  jest światłowód, za jego pomocą można przesyłać dane na odległości rzędu kilkudziesięciu kilometrów. Moxa posiada w ofercie kilka urządzeń umożliwiających przesyłanie standardów szeregowych przez światłowód:

  • TCF-142 – Konwerter z RS-232/422/485 na światłowód jedno/wielomodowy.
  • NPort IA-5150-M-SC – Serwer portów szeregowego RS-232/422/485 z interfejsem światłowodowym.

Różnica między nimi polega na tym że TCF-142 konwertuje dane ze standardu szeregowego i wysyła je bezpośrednio przez światłowód, w takiej formie jak są dostarczane przewodami. Interfejs w powyższym Nportcie to tak naprawdę interfejs Ethernet, ale w medium światłowodowym, co oznacza że dane z RSa są przesyłane (tunelowane) w protokole TCP/IP, a więc można użyć mediakonwertera  (np. IMC-21A) aby przejść z powrotom na Ethernet na skrętce miedzianej, i dalej odbierać dane w innym urządzeniu – Nport / komputer / sterownik / itd. W przypadku TCF-142 nie ma takiej możliwości, do tego konwertera można podłączyć po światłowodzie tylko taki sam konwerter. Dla konwerterów z interfejsem jednomodowym (S) maks. teoretyczna długość światłowodu wynosi 40 km, a w przypadku światłowodu wielomodowego (M) około 5 km. Poniżej przykładowe schematy połączeń:

Jak przesłać RS-232/422/485 przez sieć komórkową?

Nieco trudniejsze wydaje się przesyłanie standardów szeregowych na duże odległości, np. w przypadku gdy wymagany jest zdalny dostęp do konsoli szeregowej urządzenia. Moxa posiada w ofercie serię do takich zastosowań, np. OnCell G3151. Do OnCella można się dostać na kilka sposobów, min. za pomocą przekierowania portów, bądź przez VPN (model G3150A-LTE). Opisywaliśmy zdalny dostęp za pomocą przekierowania portów innym wpisie:

Konwersja RS-232/422/485 przez sieć komórkową

Podsumowanie

Ethernet coraz bardziej dominuje w sieciach przemysłowych, jednak duża część zakładów nadal posiada sporo urządzeń z interfejsami szeregowymi, które można podłączyć i przesłać na wiele sposobów. Na blogu powstały też inne wpisy dotyczące serwerów portów szeregowych:

Zapraszam do ich lektury oraz innych na naszym blogu.

Źródła:

https://elmark.com.pl

https://moxa.com

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *