Способы организации I-yvire-сетей iB-регистраторов

Ферганова Д.С., студентка группы ИО-13 Карпова НМ., студентка группы ИО-13 Галкин С.Ю., студент группы ИО-13 Артюшенко В.М., доктор технических наук, профессор Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Московской области «Технологическийуниверситет», Королёв

Рассмотрены вопросы, связанные с организацией 1 Wire сетей iB регистраторов.

Ключевые слова: автономные регистраторы, 1 Wire сеть, iB регистраторы.

The ways то 1-wire networks iB registrars

Ferganova D.S., 3rd year student {Applied information science}

Karpova N.M., 3rd year student {Applied information science}

Galkin S.Y., 3rd year student {Applied information science} Artyshenko V. M., Doctor of Science {Technical Sciences}, professor

State Educational Institution of Higher Education Moscow Region ‘‘University of Technology”, Korolev

The issues associated with the organization of 1-Wire networks iB registrars.

Keywords: Autonomous recorders, 1 Wire network, iB-registrars.

1-Wire-сеть является на сегодня наиболее оптимальным решением для большинства практических задач автоматизации [1-6]. Имеется огромное число конкретных примеров использования 1-Wire-интерфейса для целей автоматизации в самых различных областях [7-14J. Как известно, 1-Wire-net представляет собой информационную сеть, использующую для осуществления цифровой связи одну линию данных (DATA) и один возвратный (или земляной) провод (RET). Для реализации среды обмена этой сети могут быть применены доступные кабели, содержащие неэкранированную витую пару той или иной категории, и даже обычный телефонный провод [15-18].

Общая длина 1-Wire-магистрали в первую очередь определяется топологией сети. При организации iB-регистраторов в сеть предпочтительной является наиболее простая линейная топология соединения логгеров-абонентов. В этом случае 1-Wire-магистраль последовательно обходит все iB-регистраторы сети, связывая соседние логгеры-абоненты по наиболее короткому пути. Однако общая длина 1-Wire-магистрали линейной топологии ограничена (50...300 м). Увеличить общую протяженность 1-Wire-магистрали можно, используя радиальную топологию построения сети iB-регистраторов. При этом к сетевому средству поддержки с целью обслуживания поочередно подключается одна из нескольких отдельных локальных ветвей, каждая из которых состоит из логгеров-абонентов, соединённых в соответствии с линейной топологией. В последнем случае для организации системы удобно использовать специальные устройства ветвления I-Wire-магистрали - коуплеры ML#09#. Применяя подобный подход, можно организовать такую перестраиваемую систему, когда в каждый отдельный момент времени к сетевому средству поддержки может быть подключён только один из сегментов обслуживаемой 1-Wire-сети. Это значительно снижает в целом нагрузку на магистраль (количество подключенных логгеров-абонентов, погонную ёмкость кабеля, общее сопротивление шин информационного канала и общую утечку изоляции) и в целом соответственно уменьшает вероятность возникновения неоднозначных ситуаций. При этом возможно два варианта реализации подобной структуры: более простой - с применением ветвителей ML#09 для прерывания только шины данных DATA 1-Wire-магистраль, и более надежный - с применением коуплеров ML#09A или ML#09B для прерывания и шины данных DATA, и возвратной шины RETURN. Применение ML#09# требует внешнего питания.

При реализации I-Wire-сети iB-регистраторов могут быть использованы либо все одинаковые типы логгеров-абонентов, либо разные типы логгеров-абонентов (рис. 1).

Реализация l-Wire-сети iB-регистраторов, где

Рис. 1 - Реализация l-Wire-сети iB-регистраторов, где: а - одинаковые типы логгеров-абонентов; б - разные типы логгеров-абонентов

Часто это определяется различными условиями, в которых находятся точки контроля, требующие мониторинга. Например, часть из них может размещаться в зоне, защищённой от воздействий внешней среды, а другая часть в зоне, незащищенной от воздействий внешней среды. Или ситуация, когда ни один логгер-абонент сети не нуждается в защите от воздействий внешней среды. Или напротив, все логгеры-абоненты сети должны быть защищены от воздействий внешней среды. В двух последних случаях система может состоять из регистраторов одинакового типа.

Другим фактором, определяющим необходимость реализации «смешанной» системы мониторинга, состоящей из логгеров-абонентов различного типа, является потребность в контроле одной сетью параметров различных типов. Поэтому одна и та же 1-Wire-сеть iB-регистраторов может состоять, например, из «таблеток» для регистрации температуры и самописцев iBDL, выполняющих мониторинг электрических сигналов. Таким образом, легальными являются любые «смешанные» I-Wire-сети iB-регистраторов, состоящие из абонентов различных типов, при обязательном условии использования лог- геров одинаковой архитектуры в пределах одной сети.

Немаловажным при построении l-Wire-сети iB-регистраторов является используемый вариант сопряжения логгера-абонента с основным стволом 1-Wire-магистрали. При этом возможен один из двух типов сопряжения: защищенный от воздействий внешней среды и незащищенный от воздействий внешней среды (рис. 2).

l-Wire-магистраль от внешней среды

Рис. 2 - l-Wire-магистраль от внешней среды: а - не защищенная; б - защищенная

Действительно, несмотря на то, что некоторые iB-регистраторы специально предназначены для эксплуатации в жестких условиях воздействия внешних сред, часто непосредственно сам основной ствол 1-Wire-магистрали может находиться в льготной зоне. Например, ствол проложен внутри жилого помещения, а узлы шлейф-регистраторов выведены за пределы здания. В этом случае сопряжение основного ствола 1-Wire-магистрали с каждым из логгеров-абонентов не требует специальной защиты от воздействий пыли, грязи и влаги. Поэтому для подключения iB-регистраторов применяется стандартный ряд телефонных переходников, розеток, размножителей и разветвителей магистрали коммутационных систем RJ11 или RJ12 (рис. 3).

Подключение iB-регистраторов с помощью коммутационных систем RJ11/RJ12

Рис. 3 - Подключение iB-регистраторов с помощью коммутационных систем RJ11/RJ12

Такие коммутационные приспособления обычно имеют степень защиты от внешних воздействий на уровне IP30. Главное условие подобного подхода - обеспечить размещение элемента сопряжения в льготной зоне, не подверженной критическим внешним воздействиям, в отличие от самого логге- ра-абонента, корпус которого может находиться в зоне максимального воздействия внешних условий окружающей среды.

Возможно построение защищённых 1-Wire-сетей iB-регистраторов без использования отдельных устройств сопряжения. Например, если система состоит только из самописцев iBDL-#-S в системном исполнении, у которых клеммник сопряжения с 1-Wire-магистралью находится внутри защищённого корпуса, или если система реализована в виде заказного шлейфа, состоящего из устройств iB-Bus-#, изготовленных на базе «таблеток» iButton, соединение которых с кабелем магистрали надежно защищено компаундом (рис. 4).

Построение защищенных l-Wire-сетей без использования устройств сопряжения

Рис. 4 - Построение защищенных l-Wire-сетей без использования устройств сопряжения

Для организации системы мониторинга, кроме собственно iB-регистраторов и среды передачи данных (кабеля 1-Wire-магистрали), также необходимо иметь сетевое средство поддержки, которое, реализуя функции мастера 1-Wire-сети, обеспечивает обмен информацией с составляющими её ведомыми логгерами-абонентами. Наиболее распространённым средством поддержки сети iB-регистраторов является персональный компьютер (ПК), оснащённый специализированным адаптером мастера 1-Wire-сети, который подключается к одному из его последовательных портов - СОМ или USB (рис. 5).

Схема подключения ПК к l-Wire-сети

Рис. 5 - Схема подключения ПК к l-Wire-сети

Для извлечения данных, накопленных в памяти логгеров-абонентов такой сети, ПК должен быть также оснащён специализированным программным обеспечением (ПО), выполняющим периодический опрос iB-регистраторов и архивирование собранной ими информации на жестком диске PC. Поскольку большинство программных средств обслуживания регистраторов iBDL, как правило, рассчитаны для работы в системах «точка-точка», они не могут быть использованы для сопровождения многоточечных систем. Однако некоторые программы поддержки iB-регистраторов обеспечивают поочерёдное обслуживание отдельных логгеров-абонентов проводной 1-Wire-сети в режиме «точка-точка».

В отличие от ПО, ориентированных на поддержку отдельных iB-регистраторов, ПО, специально разработанное для поддержки 1-Wire-сети iB-регистраторов, реализует множество особых функций. В том числе, оно периодически выполняет опрос логгеров-абонентов l-Wire-сети, задает регламент их функционирования и производит запись собранной ими информации на жёсткий диск по заданному пользователем сценарию, реализует визуализацию результатов в реальном масштабе времени. В случае фиксации любым из логгеров-абонентов сети iB-регистраторов нарушения контрольных пределов, предварительно установленных пользователем для каждого измерительного канала, формируется уведомление об аварийной ситуации. Оно может быть выведено в виде предупреждения на ПК, либо передано в виде e-mail, если ПК подключён к Интернету.

Непосредственное подключение ПК к проводной l-Wire-сети iB-регистраторов не всегда возможно, поскольку дальность связи при этом не превышает 300 м. В этом случае следует применять специализированные шлюзы, «удлиняющие» 1-Wire-магистраль. Такие шлюзы обеспечивают трансляцию поступающих по внешнему интерфейсу запросов в команды 1-Wire-протокола, а также осуществляют обратную трансляцию получаемых от iB-регистраторов порций данных в пакеты внешнего интерфейса дистанционного доступа. Характерным примером является Ethernet, включая глобальную сеть Интернет. Если сеть iB-регистраторов подключена к специальному Ethernet-шлюзу, то доступ к ресурсам любого из составляющих её логгеров-абонентов может быть осуществлён посредством простого веб-интерфейса (рис. 6).

Схема подключения сети iB-регистраторов к Ethernet-шлюзу

Рис. 6 - Схема подключения сети iB-регистраторов к Ethernet-шлюзу

Благодаря Ethernet-шлюзу появляется возможность доставки данных, зафиксированных логгерами-абонентами практически на любые расстояния без использования промежуточных ПК. Однако, нередки ситуации, когда кабельная инфраструктура Ethernet в предполагаемом месте расположения шлюза отсутствует. В этом случае оптимально применение беспроводных GSM/GPRS-шлюзов. Система мониторинга, построенная на базе GSM/GPRS-шлюза, обслуживающего сеть из нескольких iB-регистраторов, может располагаться в любой точке покрытия сотовой связи. При этом шлюз либо обеспечивает передачу по каналам сотовой связи оперативных уведомлений об экстраординарных ситуациях, зафиксированных логгерами-абонентами сети iB-регистраторов, либо осуществляет трансляцию на территориально удалённую компьютерную станцию всех данных, накопленных в памяти любого из логгеров-абонентов ведомой им сети iB-регистраторов. Причём одна компьютерная станция, оснащённая GSM/GPRS-модемом и специальным ПО, может выполнять обслуживание множества GSM/GPRS-шлюзов, каждый из которых связан с сетью iB-регистраторов, осуществляющих мониторинг параметров удалённого объекта, попадающей в зону покрытия одной из базовых станций сотовой связи.

Кроме того, используя канал GPRS подобный GSM/GPRS-шлюз может выполнять автоматическую передачу результатов, накопленных в памяти каждого логгера-абонента сети, либо в виде файлов данных, прикрепленных к email-сообщениям, рассылаемым на заранее назначенные адреса электронной почты через определённый SMTP-сервер, либо в виде файлов данных, сохраняемых на заранее назначенном FTP-сервере (рис. 7).

Схема подключения сети iB-регистраторов к GSM-шлюзу

Рис. 7 - Схема подключения сети iB-регистраторов к GSM-шлюзу

Часто находящиеся на значительном территориальном расстоянии друг от друга объекты мониторинга требуют лишь периодического считывания данных, накопленных каждым из логгеров-абонентов сети iB-регистраторов. Причём нередко такие объекты по регламенту эксплуатации должны эпизодически посещаться персоналом. В подобных случаях целесообразно обслуживать такую сеть iB-регистраторов при помощи специализированных автономных приборов - аккумуляторов или накопителей данных, или по-другому транспортёров данных. Благодаря объединению всех iB-регистраторов, выполняющих мониторинг параметров отдельного объекта, в 1-Wire-сеть, результаты измерений, накопленные каждым из логгеров-абонентов, считываются таким прибором единым информационным блоком. Для этого необходимо лишь коснуться приёмным зондом прибора-транспортёра данных имитатора таблеточного ввода, расположенного на корпусе особого устройства - системного ввода, к которому подключены все логгеры-абоненты сети iB-регистраторов (рис. 8).

Схема считывания данных

Рис. 8 - Схема считывания данных

Однако в этом случае узнать о нарушении контрольных пределов, предварительно установленных пользователем для каждого измерительного канала любого логгера-абонента, можно только в ходе сеанса снятия данных, т.е. находясь непосредственно около объекта, на котором развернута сеть iB-регистраторов.

Преимуществом использования сетей iB-регистраторов с любым способом обслуживания является возможность применения уже готовых и отработанных аппаратно-программных решений и принципов организации традиционных 1-Wire-систем, а также низкая стоимость технологии прокладки кабельных трасс. К недостаткам подобной организации следует отнести всё-таки надобность проведения монтажных работ и наличие затрат, связанных с прокладкой кабеля, а также в отдельных случаях необходимость реализации гальванической развязки измерительных трактов для некоторых типов самописцев iBDL, объединённых единой «землёй» сети, при решении некоторых специфических задач контроля электрических сигналов.

Литература:

  • 1. Артюшенко, В. М. Электротехнические системы жизнеобеспечения зданий на базе технологий BACNET [Текст] / Монография, ГОУ ВПО «МГУС»-М, 2006 г. - 138 с.
  • 2. Артюшенко, В. М. Сбор и обработка виброакустических процессов на борту ракетно-космической техники [Текст] / В.М. Артюшенко, В.А. Бекетов, С.В. Кузьмин, А.К). Майданов, А.П. Мороз, В.И. Привалов // Приволжский научный вестник. - 2014. - №4 (32). С.23-28.
  • 3. Артюшенко, В. М. Информационное обеспечение деятельности предприятий автосервиса [Текст] / В. М. Артюшенко // Промышленный сервис. - 2009. - №4. - С. 3 - 10.
  • 4. Автосервис: станции технического обслуживания автомобилей [Текст] / И.Э. Грибут, В. М. Артюшенко, Н.П. Мазаева, М.В. Виноградова,

З.И. Панина, Л.А. Васильева, А.А. Ларионова, Н.М. Елизарова, Н.М. Корсуно- ва, Е.В. Поворина / учебник для студентов высших учебных заведений - М.: Альфа-М: ИНФРА-М, - 2009. 476 С.

  • 5. Артюшенко, В. М. Исследование и разработка радиолокационного измерителя параметров движения протяженных объектов [Текст] / В.М. Артюшенко: монография, ФГБОУ ВПО ФТА. - М., - 2013. - 214 с.
  • 6. Артюшенко, В. М. Измерение параметров движения протяженных объектов в условиях мешающих воздействий и изменяющейся дальности [Текст] / В.М. Артюшенко, В.И. Воловач // Двойные технологии. - 2015. №1(70). С.69-74.
  • 7. Артюшенко, В. М. Повышение эффективности систем спутниковой связи путем оптимизации параметров земных станций [Текст] / В.М. Артюшенко, Т.С. Аббасова, Б.А. Кучеров // Радиотехника. - 2015. - №2. С.76-82.
  • 8. Артюшенко, В. М. Моделирование скорости передачи информации земных станций при работе в составе узловой сети [Текст] / В. М. Артюшенко, Б. А. Кучеров // Austrian Journal of Technical and Natural Sciences. - 2014. - № 7-8. - C. 96-99.
  • 9. Анализ влияния наращивания группировки космических аппаратов на распределение средств управления [Текст] / В.М. Артюшенко, Б. А. Кучеров // Приволжский научный вестник. - 2014. - № 4(32). - С. 42-45.
  • 10. Артюшенко, В. М. Алгоритмы адаптации спутниковой связи по скорости передачи информации земных станций при работе в составе узловой сети [Текст] / В. М. Артюшенко, Б. А. Кучеров // Естественные и технические науки. - 2014. № 7 (75). С. 96-100.
  • 11. Артюшенко, В. М. Проектирование сетей подвижной связи с кодовым разделением каналов [Текст] / В.М. Артюшенко: монография - ФГБОУ ВПО ФТА. - М„ - 2012. - 204 с.
  • 12. Артюшенко, В. М. Оценка погрешности измерения параметров движения протяженных объектов в условиях изменяющейся дальности [Текст] / В.М. Артюшенко, В.И. Воловач // Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника. - 2015.-Т.58. -№1(631). С.26-37.
  • 13. Артюшенко, В. М. Оценка погрешности измерения параметров движения протяженных объектов на фоне коррелированных аддитивных негауссовских помех [Текст] / В.М. Артюшенко, В.И. Воловач // Двойные технологии. - 2015. - №2(71). - С. 19-22.
  • 14. Артюшенко, В. М Расчет и моделирование вероятности появления внутриканальных и интермодуляционных помех беспроводных устройств с малым радиусом действия [Текст] / В.М. Артюшенко, В.А. Корчагин // Электротехнические и информационные комплексы и системы. - 2014. Т. 10. №1. С.57 - 65.
  • 15. Артюшенко, В. М. Расчет и проектирование структурированных мультисервисных кабельных систем в условиях мешающих электромагнитных воздействий [Текст] / В.М. Артюшенко, Т.С. Аббасова: учебное пособие / под ред. д.т.н., профессора Артюшен-ко В.М. - Королев МО: ФТА, 2012. - 264 с.
  • 16. Артюшенко, В. М. Эффективность защиты от внешних помех электропроводных каналов структурированных кабельных систем для передачи высокоскоростных информационных приложений [Текст] / В.М. Артюшенко, Т.С. Аббасова // Информацион-ные технологии. - 2014. - №5 . - С.52-56.
  • 17. Артюшенко, В. М. Анализ взаимного влияния кабельных линий электротехнических системах [Текст] / В.М. Артюшенко // Электротехнические и информационные комплексы и системы. - 2006. - Т.2. - №2. С.8 - 11.
  • 18. Артюшенко, В. М. Обработка информационных параметров сигнала в условиях аддитивно-мультипликативных негауссовских помех [Текст] / В.М. Артюшенко: монография. - Королев МО: Изд-во «Канцлер», 2014. - 298 с.

Щипунова К.Д., Голышков И.Л.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >