Расчет промышленной сети связи

Заключение
В курсовом проекте был проведен расчет промышленной сети передачи данных типа Modbus-ASCII, состоящей из пяти зон, в каждой из которых используются как аналоговые, так и цифровые устройства ввода/вывода данных. В работе проведен анализ действующих в РФ нормативных документов, произведен расчет количества и выбраны типы устройств, произведен расчет линии передачи. 

...

Содержание
Введение 2
Исходные данные 3
1. Обзор действующих в РФ нормативной документации, связанной с проектированием промышленных сетей 4
2. Выбор модулей распределенного ввода-вывода 6
3. Расчет линии передачи 8
Заключение 20
Список используемой литературы 21

 
Введение
Сети передачи данных с успехом применяются в автоматизированных процессах, их достоинства очевидны, а их роль в организации производства постоянно растёт.
Данных курсовой проект посвящен расчету промышленной сети передачи данных типа Modbus-ASCII. В работе проведен анализ действующих в РФ нормативных документов, произведен расчет количества и выбраны типы устройств, произведен расчет линии передачи. 

Зависимость скорости передачи данных от длины линии.Задержка между приемо-передатчиком и кабельной линией может быть не более 0,1 от времени нарастания сигнала на выходе передатчика. Соответсвенно растояние Lотв≤trVэм10, где tr - дительность фронта имупульса, Vэм – скорость волны в кабеле.Длительность фронта определим по формуле:tr=2,2·Rэкв·Ск·L, где L – требуемая дальность связи, в нашем случае для самой дальней зоны L=250·2+300=800м.Rэкв – эквивалентное сопротивление нагрузки ≈ Z0=120 Ом, Ск – удельная емкость кабеля 40 пФ/м.tr=2,2·120·40·10-12·800=8,4 мкс.Подставляем найденные значения и находим Lотв=8,4·10-6·2,1·108/10=176м.Нахождение минимального разнесения узлов.Сопротивление нагруженной линии =0,4·Z0=48 Ом.Расстояние между узлами можно высчитать по формуле:d>Cпрм/5,25Ск, где Cпрм – емкость сосредоточенной нагрузки, а Ск – погонная емкость кабеля.Выбор кабеляИсходя из требуемого значения скорости обмена, вычисляем длительность информационного бита по формуле:Tb=1/C=0.2мкс.где C — скорость обмена.Минимальное напряжение сигнала (U0), которое должно присутствовать на входе самого удаленного приемника равняется 6В. Максимальный допустимый уровень искажений сигнала (δ, %) на входе самого удаленного приемника. Требуемая длинна кабеля L, равна 800 м. Вычислим максимальное допустимое значение омического сопротивления кабеля длиной L по следующей формуле:где Rl — полное омическое сопротивление кабеля длиной L; Rc — сопротивление согласующего резистора, равное волновому сопротивлению кабеля; Uмин — минимальное напряжение сигнала на выходе формирователя, равное 1,5 В; U0 — минимальное напряжение сигнала, которое должно присутствовать на входе самого удаленного приемника. Rl=120(6-1,5)/1,5=360 Ом.Вычислим погонное сопротивление кабеля по формуле:где rk — погонное сопротивление кабеля. rk=360/800=0,45 Ом/мРуководствуясь справочными данными, выбираем кабель, волновое сопротивление которого равно 48 Ом, а погонное сопротивление — не более 0,276 Ом/м. Вычислим длительность переднего фронта импульса (время нарастания сигнала от 10% до 90% его максимального уровня), воспользовавшись параметрами выбранного кабеля: tr=2,2·Rэкв·Ск·L, где L – требуемая дальность связи, в нашем случае для самой дальней зоны L=250·2+300=800м.где tr — длительность переднего фронта сигнала на входе самого удаленного приемника; Ck — погонная емкость кабеля; Rэкв — эквивалентное активное сопротивление нагрузки формирователя, определяемое следующим образом:rk* — погонное сопротивление выбранного кабеля; L — максимальное требуемое значение длины кабеля; Rвх — входное сопротивление приемника; Rc — сопротивление согласующего резистора, равное волновому сопротивлению кабеля; n — предполагаемое количество приемников, подключаемых к кабелю; Zk — волновое сопротивление кабеля. Установим реальное значение уровня искажений сигнала на входе самого удаленного приемника (δ*) которое определяется отношением длительности переднего фронта сигнала, к полной длительности информационного бита, значение которой установлено, а также минимальным напряжением сигнала на входе самого удаленного приемника U0 в соответствии с графиками. Если полученный уровень искажений превышает допустимый, следует повторить выбор кабеля. При этом кабель должен иметь меньшие значения погонного сопротивления и погонной емкости. Если не удается выбрать кабель с лучшими параметрами, следует снизить значение скорости обмена либо сократить протяженность линии связи.Графики построены, исходя из предположения, что формирователь имеет максимально допустимую степень асимметрии выхода, приемник обладает наихудшей допустимой чувствительностью, а фронты сигнала, распространяющегося по линии связи между самыми удаленными ее точками, имеют форму, близкую к обратной экспоненте. В реальных условиях искажения могут иметь характер, отличный от предположений, использованных при построении графиков.В реальных условиях разработчику нередко приходится решать обратную задачу, а именно, по имеющимся техническим характеристикам приобретенных приемопередатчиков, требуемой протяженности линии связи и параметрам стандартного кабеля определять максимально возможное значение скорости передачи данных. Рассмотрим конкретный пример.Влияние среды обменаПри разработке учитывать тот факт, что на качество функционирования системы могут оказывать влияние такие эффекты, как помехи, наведенные на линию связи, разность потенциалов земли в местах размещения технических средств системы, активные и реактивные потери мощности, а также отражения, которые могут иметь место при высоких скоростях обмена. Степень влияния электромагнитных помех и разности потенциалов земли зависит от условий, в которых функционирует система, и ее эффективность определяется многими факторами, в том числе сбалансированностью или симметрией, описание влияния которой приведено далее. Активные и реактивные потери зависят от качества применяемого кабеля. Отражения являются результатом внесения каждым устройством реактивных составляющих в эквивалентную нагрузку, подключенную к выходу формирователя, находящегося в активном состоянии. При этом реактивные составляющие преимущественно имеют емкостный характер. Стандарт описывает устройства, способные функционировать в широком диапазоне скоростей обмена (до 10 Мбит/с). Разработчик системы должен учитывать, что даже при невысоких скоростях обмена, например 19,2 кбит/с, длительности переднего и заднего фронтов информационного бита могут составлять не более 10 нс, а приемники могут иметь еще более высокое быстродействие. Таким образом, если не приняты специальные меры, то даже кратковременные помехи могут привести к нарушению целостности потока передаваемых данных, в том числе при низких скоростях обмена.Электромагнитные помехи и симметрия параметров канала связиУстойчивость системы связи к электромагнитным помехам, возникающим в результате наличия паразитных индуктивных или емкостных связей источников помех со средой обмена, отчасти определяется степенью асимметрии (или дисбаланса) распределенных и сосредоточенных параметров линии связи относительно земли. Интенсивность помехи, действующей между двумя проводниками кабеля, как правило, будет определяться степенью асимметрии полного импеданса относительно земли, если предположить, что источник помехи имеет одинаковую паразитную связь с каждым из проводников. Рассмотрим структуру, состоящую из активного генератора, который расположен в одной из самых удаленных точек линии связи. В противоположной наиболее удаленной точке линии связи располагается несколько приемников и формирователей, пребывающих в пассивном состоянии и представленных в виде эквивалентной мостовой схемы, показанной на рис. 16. Поскольку формирователь в активном состоянии имеет малое выходное сопротивление, на низких частотах можно считать, что синфазная составляющая помехи прикладывается к каждому входу эквивалентной мостовой схемы приемника через сопротивление Rs/2, как показано на рис. 16.RS — на высоких частотах — волновое сопротивление ка беля, на низких частотах — полное омическое сопротивление кабеля;Za, Zb, Zc — полные импедансы совокупности приемников, представленных в виде мостовой эквивалентной схемы;Ei — напряжение помехи общего вида;En — приведенное ко входу напряжение противофазной составляющей помехиДля указанной эквивалентной схемы степень асимметрии определяется отношением интенсивности помехи общего вида Ei к напряжению помехи En, наведенной между проводниками кабеля на входе эквивалентной схемы приемника:Дополнительные требования к реализации заземленияДля правильного функционирования цепей формирователя и приемника при обмене данными единицы оборудования системы должны иметь путь возврата сигнала между цепями заземления на приемной и передающей сторонах. Цепь заземления может быть выполнена путем непосредственного присоединения общих каждого устройства к точкам, имеющим нулевой потенциал. Указанный способ допустим только при гарантированном равенстве потенциалов земли в местах размещения единиц оборудования системы. Кроме того, цепь заземления может быть реализована при помощи дренажного проводника, который имеется внутри кабеля передачи данных, как показано на рис. 17.