Мрежова свързаност на контролно-измервателно оборудване

През последните две десетилетия стандартът на универсална интерфейсна шина IEEE 488 масово се използва за мрежова свързаност и автоматизация на контролно-измервателно оборудване. С навлизането на популярни компютърни комуникационни технологии в областта на измервателната техника и прилагането на стандарти като USB, Ethernet и IEEE 1394 (стандарт за сериен интерфейс) за обмен на информация между измервателни устройства, универсалната интерфейсна шина (GPIB) постепенно бива изместена от позицията на най-предпочитано средство за мрежова свързаност.

Някои предимства на тази технология, като стабилност и голяма съществуваща потребителска база, продължават да гарантират използването й в редица приложения. Съвременните контролно-измервателни системи на пазара обаче все по-често се предлагат с различни I/O модули за мрежова свързаност.

Основи на GPIB технологията
Универсалната интерфейсна шина е разработена специално за приложения в областта на измервателната техника. Още през далечната 1970 г. стандартът IEEE 488-1975 очертава електрическите, механичните и функционални спецификации за GPIB. Последващият ANSI/IEEE 488.2-1987 допълва оригиналния документ, като задава конкретни изисквания към контролерите и измервателните уреди, свързани в мрежа чрез GPIB технология.

GPIB представлява цифров 8-битов паралелен комуникационен интерфейс за трансфер на данни със скорост до 8 MB/s. Стандартът осигурява мрежово свързване на един системен контролер с до 14 отделни устройства, а окабеляването е ограничено до 20 м.

Потребителите могат да преодоляват и двете ограничения, използвайки GPIB експандери (разширителни модули) и усилватели. GPIB кабелите и конекторите са универсални и в индустриално изпълнение, което позволява приложението им във всякакви промишлени среди.

Предимства на новите шинни технологии
През последните години персоналните компютри и индустриалните компютърни конфигурации, обезпечавани допреди само със серийни (RS232) и паралелни портове, вече все по-масово се предлагат с възможности за мрежова свързаност по стандартите Ethernet, USB, а понякога и IEEE 1394. Тези нови шинни технологии са атрактивни за контролно-измервателната индустрия по редица причини – лесна експлоатация, усъвършенствана свързаност и висока скорост на трансфер на данни.

USB (Универсална серийна шина)
USB стандартът е разработен специално за свързване на компютърни периферни устройства. Новото поколение контролно-измервателни уреди се предлага с USB 2.0, а скоро и с 3.0 (от началото на т. г.) портове, които позволяват много по-високи скорости на обмен на данни. При USB 3.0 те достигат до 5 Gbit/s (625 MB/s) или близо 10 пъти по-бърз трансфер в сравнение с предишното поколение на технологията, като до 127 устройства могат да се свържат едновременно на един порт.

Универсалната серийна шина позволява изключително лесно свързване в мрежа на измервателни устройства и PC платформи. Технологията усъвършенства конвенционалното свързване чрез сериен порт, като позволява по-бърза връзка, plug-in функционалност, вградена операционна система, възможности за свързване на множество измервателни уреди на един порт, тънко и гъвкаво окабеляване и др.

Потребителите на контролно-измервателно оборудване с GPIB порт могат да се възползват и от възможностите на USB стандарта посредством използване на мостове (bridges) – мрежови устройства за комбиниране на USB и GPIB архитектури.

Ethernet
Все повече производители на контролно-измервателна техника включват Ethernet портове като алтернативен комуникационен интерфейс в дизайна на самостоятелните устройства. Макар тази технология да е сравнително нова в областта, тя отдавна се използва в редица други сфери и приложения.

Ethernet комуникацията осигурява редица предимства, сред които възможности за отдалечено управление на контролни и измервателни уреди, улеснен обмен на информация в мрежата, както и лесно извеждане на събраните данни в удобен формат на желаното устройство.

В допълнение, потребителите в сферата на контролно-измервателната техника могат да се възползват от мащабните съществуващи Ethernet мрежи, които са налични в близост до почти всяка компания и лаборатория. Други ползи от усвояването на тази комуникационна технология в измервателната индустрия са високите скорости на трансфер на данни и сравнително високата сигурност на информацията в Ethernet мрежата.

IEEE 1394
IEEE 1394-1995 е стандарт за последователен (сериен) интерфейс за високоскоростен изохронен трансфер на данни. В оригинала си IEEE 1394 може да достигне скорости на трансфер до 400 Mbit/s. Последните версии на интерфейса позволяват скорости до 6,4 Gbit/s (800 MB/s)

Съгласно оригиналната спецификация устройствата трябва да бъдат на максимално разстояние от шината 4,5 м. До 16 устройства могат да бъдат свързани във верижна (daisy chain) топология посредством усилватели, като максималната дължина на кабела с усилватели е до 72 м.

Стандартът IEEE 1394 е изключително подходящ за високоскоростни приложения в областта на контролно-измервателното оборудване и дигиталните камери. Предимства са широкият честотен обхват и възможностите за трансфер на данни от мултимедийни устройства, както и съществуващият протокол, дефиниран за мрежово свързване на измервателни уреди посредством IEEE 1394 интерфейс.

Оперативна съвместимост и мостови устройства
Липсата на доминираща сред изброените технологии за мрежова свързаност води до разнообразие на пазара на контролни и измервателни уреди по отношение на комуникационните интерфейси. Основен проблем, който може да възникне във връзка с този факт, е липсата на универсална оперативна съвместимост между решенията от различни производители.

Широкото разпространение на Ethernet мрежите в индустрията е предпоставка за лекия превес на тази технология над останалите, който може да доведе до разработването на специализиран единен стандарт за мрежова свързаност на контролно-измервателно оборудване, подобен на Industrial Ethernet (IE) например.

Докато това стане факт потребителите все пак могат да се възползват от предимствата на различните технологии за мрежово свързване на контролните и измервателни устройства посредством т. нар. мостове. Те позволяват безпроблемно конвертиране от един към друг тип шина, позволявайки оперативна съвместимост между разнообразни по тип устройства от различни производители.

Чрез Ethernet, USB, GPIB или 1394 мостов адаптер съответният контролер или измервателен уред може да бъде лесно свързан в мрежа с PC-базирана платформа или друго оборудване. Така контролно-измервателната техника получава plug-and-play функционалност, която й позволява универсално приложение в различни мрежи и системи, включително и в най-съвременни индустриални платформи за мониторинг, контрол и автоматизация.

Допълнително предимство на мостовите адаптери, освен хардуерната, е осигуряването и на софтуерна съвместимост на отделните елементи на мрежата.