Архитектура промышленной сети BitBus (стр. 16 из 23)
где C — скорость обмена.
2. Задать минимальное напряжение сигнала (U0), которое должно присутствовать на входе самого удаленного приемника.
3. Задать максимальный допустимый уровень искажений сигнала (δ, %) на входе самого удаленного приемника.
4. Задать максимальное требуемое значение длины кабеля (L, м).
5. Вычислить 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.
6. Вычислить погонное сопротивление кабеля по формуле:
где rk — погонное сопротивление кабеля.
7. Руководствуясь справочными данными, выбрать кабель, волновое сопротивление которого равно принятому в п. 5, а погонное сопротивление — не более вычисленного в п. 6.
8. Вычислить длительность переднего фронта импульса (время нарастания сигнала от 10% до 90% его максимального уровня), воспользовавшись параметрами выбранного кабеля:
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.
9. Установить реальное значение уровня искажений сигнала на входе самого удаленного приемника (δ*) которое определяется отношением длительности переднего фронта сигнала, рассчитанной в п. 8, к полной длительности информационного бита, значение которой установлено в п. 1, а также минимальным напряжением сигнала на входе самого удаленного приемника U0 в соответствии с графиками, приведенными на рис. 15. Если полученный уровень искажений превышает допустимый согласно п. 3, следует повторить выбор кабеля. При этом кабель должен иметь меньшие значения погонного сопротивления и погонной емкости, чем выбранный в п. 7. Если не удается выбрать кабель с лучшими параметрами, следует снизить значение скорости обмена либо сократить протяженность линии связи.
Рис. 5.3. График зависимости уровня искажений сигнала на входе приемника от минимального напряжения сигнала на его входе и от отношений длительности переднего фронта к длительности информационного бита.
Графики, приведенные на рис.5.3, 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.
Пусть требуемая протяженность линии связи составляет 1200 м. В качестве среды обмена предполагается применить неэкранированную витую пару на основе провода МГШВ 0,35. Кроме того, используется приемопередатчик фирмы Octagon Systems типа NIM, построенный на базе интегральной микросхемы MAX1480B. Необходимо определить максимально возможное значение скорости передачи данных.
1. Исходя из предположения, что волновое сопротивление линии связи составляет около 180-200 Ом, а погонная емкость — около 80-100 пФ/м, вычисляем длительность переднего фронта передаваемого бита информации:
Допускаемое отношение длительности переднего фронта к полной длительности передаваемого бита информации MAX1480B составляет 0,5. Таким образом, максимально возможное значение скорости передачи данных лежит в диапазоне, определяемом следующим соотношением:
Откуда следует, что: 105218 бит/c ≤ Cмакс ≤ 126262 бит/c
Если в качестве среды обмена применить кабель типа 9842 фирмы Belden, волновое сопротивление которого составляет 120 Ом, а погонная емкость — 42 пФ/м, то максимально возможное значение скорости передачи будет составлять около 37594 бит/с.
5.5 Расчет надежности
Проектируемая промышленная локальная сеть BitBus монтируется на основе готовых изделий, и время на работки на отказ берется из данных предоставляемых производителем оборудования.
Для «Сервера» и «Клиента» время наработки на отказ по
часов 
Для ССД и Табло по
часов 
Для платы BB_ISA (Micro TCX)
часов 
Интенсивность отказов разъемов RS-485
Общая интенсивность отказов:
Среднее время наработки системы на отказ:
часовВ рассмотренной сети в целях профилактики проводится ежедневное техническое обслуживание (ЕТО). Рассчитаем надежность работы сети между двумя ЕТО 24 часа.
Такое время безотказной работы системы считается удовлетворительным, следовательно, дополнительных мер по обеспечению надежности не требуется.
5.6 Влияние среды обмена
Разработчик системы передачи данных должен учитывать тот факт, что на качество ее функционирования 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.
5.7 Электромагнитные помехи и симметрия параметров канала связи
Устойчивость 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. 5.4. 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. 5.4.