Redes e ônibus

Os fios entre o tanque e o local de monitoramento são chamados de ônibus ou rede . A distinção entre esses dois termos é mais semântica do que técnica, e os dois podem ser usados ​​indistintamente para todos os fins práticos. Na minha experiência, o termo “barramento” é geralmente usado em referência a um conjunto de fios conectando componentes digitais dentro do invólucro de um dispositivo de computador, e “rede” é algo que é fisicamente mais difundido.

Nos últimos anos, no entanto, a palavra “bus” ganhou popularidade na descrição de redes especializadas em interconectar sensores de instrumentação discretos em longas distâncias (“Fieldbus” e “Profibus” são dois exemplos). Em ambos os casos, estamos fazendo referência aos meios pelos quais dois ou mais dispositivos digitais são conectados entre si para que os dados possam ser comunicados entre eles.

Nomes como "Fieldbus" ou "Profibus" abrangem não apenas a fiação física do barramento ou rede, mas também os níveis de tensão especificados para comunicação, suas sequências de temporização (especialmente para transmissão de dados seriais), especificações de pinagem do conector e todas as outras técnicas distintas características da rede.

Em outras palavras, quando falamos de um determinado tipo de barramento ou rede pelo nome, estamos na verdade falando de um padrão de comunicações , aproximadamente análogo às regras e vocabulário de uma linguagem escrita. Por exemplo, antes que duas ou mais pessoas possam se tornar correspondentes, elas devem ser capazes de escrever umas para as outras em um formato comum.

Simplesmente ter um sistema de correio que seja capaz de entregar as cartas uns aos outros não é suficiente. Se eles concordarem em escrever um para o outro em francês, eles concordam em seguir as convenções de conjunto de caracteres, vocabulário, ortografia e gramática que são especificadas pelo padrão da língua francesa.

Da mesma forma, se conectarmos dois dispositivos Profibus juntos, eles serão capazes de se comunicar um com o outro apenas porque o padrão Profibus especificou detalhes importantes como níveis de tensão, sequências de tempo, etc. Simplesmente ter um conjunto de fios amarrados entre vários dispositivos não é o suficiente para construir um sistema funcional (especialmente se os dispositivos foram construídos por fabricantes diferentes!).

Para ilustrar em detalhes, vamos projetar nosso próprio padrão de ônibus. Pegando o sistema de medição do tanque de água bruta com cinco interruptores para detectar vários níveis de água e usando (pelo menos) cinco fios para conduzir os sinais até seu destino, podemos lançar as bases para o poderoso BogusBus :







A fiação física do BogusBus consiste em sete fios entre o dispositivo transmissor (interruptores) e o dispositivo receptor (lâmpadas). O transmissor consiste em todos os componentes e conexões de fiação à esquerda dos conectores mais à esquerda (os símbolos “->> -”). Cada símbolo de conector representa um elemento complementar masculino e feminino. A fiação do barramento consiste em sete fios entre os pares de conectores.

Finalmente, o receptor e todos os seus cabos constituintes ficam à direita dos conectores mais à direita. Cinco dos fios da rede (identificados de 1 a 5) transportam os dados, enquanto dois desses fios (identificados como + V e -V) fornecem conexões para fontes de alimentação CC. Também existe um padrão para os plugues do conector de 7 pinos. O layout do pino é assimétrico para evitar a conexão “para trás”.

Para que os fabricantes recebam a certificação "compatível com BogusBus" inspiradora em seus produtos, eles teriam que cumprir as especificações definidas pelos designers da BogusBus (provavelmente outra empresa, que projetou o ônibus para uma tarefa específica e terminou de marketing para uma ampla variedade de propósitos). Por exemplo, todos os dispositivos devem ser capazes de usar a alimentação de 24 volts DC do BogusBus:os contatos do interruptor no transmissor devem ser classificados para comutação dessa tensão DC, as lâmpadas devem definitivamente ser classificadas para serem alimentadas por essa tensão e os conectores deve ser capaz de lidar com tudo.

A fiação, é claro, deve estar em conformidade com o mesmo padrão:as lâmpadas 1 a 5, por exemplo, devem ser conectadas aos pinos apropriados para que quando o LS4 do transmissor do Fabricante XYZ feche, a lâmpada 4 do receptor do Fabricante ABC acenda e assim sobre. Uma vez que o transmissor e o receptor contêm fontes de alimentação DC avaliadas em uma saída de 24 Volts, todas as combinações de transmissor / receptor (de todos os fabricantes certificados) devem possuem fontes de alimentação que podem ser conectadas em paralelo com segurança.

Considere o que poderia acontecer se o fabricante XYZ fizesse um transmissor com o lado negativo (-) de sua fonte de alimentação de 24 VCC conectado ao aterramento e o fabricante ABC fizesse um receptor com o lado positivo (+) de sua fonte de alimentação de 24 VCC conectado ao aterramento. Se ambos os aterramentos forem relativamente "sólidos" (ou seja, uma baixa resistência entre eles, como poderia ser o caso se os dois aterramentos fossem feitos na estrutura metálica de um edifício industrial), as duas fontes de alimentação entrariam em curto-circuito cada uma de outros!

O BogusBus, é claro, é um exemplo totalmente hipotético e pouco prático de uma rede digital. Possui resolução de dados incrivelmente baixa, requer fiação substancial para conectar dispositivos e se comunica em apenas uma única direção (do transmissor para o receptor). No entanto, é suficiente como um exemplo tutorial do que é uma rede e algumas das considerações associadas à seleção e operação da rede.

Existem muitos tipos de ônibus e redes que você pode encontrar na sua profissão. Cada um tem suas próprias aplicações, vantagens e desvantagens. Vale a pena associar-se a um pouco da “sopa de letrinhas” que é usada para rotular os vários designs:

Ônibus de curta distância

PC / AT
Barramento usado nos primeiros computadores compatíveis com IBM para conectar dispositivos periféricos, como unidades de disco e placas de som, à placa-mãe do computador.

PCI
Outro barramento usado em computadores pessoais, mas não limitado a compatíveis com IBM. Muito mais rápido que PC / AT. Taxa de transferência de dados típica de 100 Mbytes / segundo (32 bits) e 200 Mbytes / segundo (64 bits).

PCMCIA
Um barramento projetado para conectar periféricos a computadores pessoais do tamanho de laptops e notebooks. Tem uma “pegada” física muito pequena, mas é consideravelmente mais lento do que outros barramentos de PC populares.

VME
Um barramento de alto desempenho (co-projetado pela Motorola e baseado no padrão Versa-Bus anterior da Motorola) para a construção de computadores industriais e militares versáteis, onde múltiplas memórias, periféricas e até mesmo placas de microprocessador podem ser conectadas a um “rack” ou “compartimento de cartão” passivo para facilitar projetos de sistema personalizados. Taxa de transferência de dados típica de 50 Mbytes / segundo (64 bits de largura).

VXI
Na verdade uma expansão do barramento VME, VXI (VME eXtension for Instrumentation) inclui o barramento VME padrão junto com conectores para sinais analógicos entre as placas no rack.

S-100
Às vezes chamado de barramento Altair, esse padrão de barramento foi o produto de uma conferência em 1976, com o objetivo de servir como uma interface para o chip microprocessador Intel 8080. Semelhante em filosofia ao VME, onde vários cartões de função podem ser conectados a um “rack” passivo, facilitando a construção de sistemas personalizados.

MC6800
O equivalente da Motorola do barramento S-100 centrado em Intel, projetado para fazer a interface de dispositivos periféricos com o popular chip de microprocessador Motorola 6800.

STD
Significa Simple-To-Design, e é mais um “rack” passivo semelhante ao barramento PC / AT, e se adapta bem a projetos baseados em hardware compatível com IBM. Desenhado pela Pro-Log, tem 8 bits de largura (paralelo), acomodando placas de circuito relativamente pequenas (4,5 polegadas por 6,5 polegadas).

Multibus I e II
Outro barramento destinado ao design flexível de sistemas de computador personalizados, desenvolvido pela Intel. 16 bits de largura (paralelo).

CompactPCI

Uma adaptação industrial do padrão PCI de computador pessoal, projetada como uma alternativa de alto desempenho ao barramento VME mais antigo. A uma velocidade de clock de barramento de 66 MHz, as taxas de transferência de dados são de 200 Mbytes / segundo (32 bits) ou 400 Mbytes / s (64 bits).

Microcanal
Mais um barramento, este projetado pela IBM para sua série de computadores PS / 2 malfadada, destinado à interface de placas-mãe de PC a dispositivos periféricos.

IDE
Um barramento usado principalmente para conectar unidades de disco rígido de computadores pessoais com as placas periféricas apropriadas. Amplamente utilizado nos computadores pessoais de hoje para interface de disco rígido e unidade de CD-ROM.

SCSI
Um barramento alternativo (tecnicamente superior ao IDE) usado para drives de disco de computador pessoal. SCSI significa Small Computer System Interface. Usado em alguns PCs compatíveis com IBM, bem como Macintosh (Apple), e muitos computadores empresariais mini e mainframe. Usado para fazer interface com unidades de disco rígido, unidades de CD-ROM, unidades de disquete, impressoras, scanners, modems e uma série de outros dispositivos periféricos. Velocidades de até 1,5 Mbytes por segundo para o padrão original.

GPIB (IEEE 488)
General Purpose Interface Bus, também conhecido como HPIB ou IEEE 488, que se destinava à interface de equipamentos eletrônicos de teste, como osciloscópios e multímetros, a computadores pessoais. Endereço amplo de 8 bits / “caminho” de dados com 8 linhas adicionais para controle de comunicações.

Paralelo Centronics
Amplamente utilizado em computadores pessoais para interface de impressora e dispositivos de plotter. Às vezes usado para fazer interface com outros dispositivos periféricos, como unidades de disco ZIP externas (disquete de 100 Mbyte) e unidades de fita.

USB
Universal Serial Bus, que se destina a interligar muitos dispositivos periféricos externos (como teclados, modems, ratos, etc.) a computadores pessoais. Muito usado em PCs Macintosh, agora está sendo instalado como um novo equipamento em máquinas compatíveis com IBM.

FireWire (IEEE 1394)
Uma rede serial de alta velocidade capaz de operar a 100, 200 ou 400 Mbps com recursos versáteis como “hot swapping” (adicionar ou remover dispositivos com a energia ligada) e topologia flexível. Projetado para interface de computador pessoal de alto desempenho.

Bluetooth
Uma rede de comunicações baseada em rádio projetada para conectar dispositivos de computador em escritórios. Provisões para segurança de dados projetadas neste padrão de rede.

Redes de longa distância

loop de corrente de 20 mA
Não deve ser confundido com o padrão analógico de instrumentação comum 4-20 mA, esta é uma rede de comunicação digital baseada na interrupção de um loop de corrente de 20 mA (ou às vezes 60 mA) para representar dados binários. Embora a baixa impedância forneça boa imunidade a ruídos, ela é suscetível a falhas na fiação (como quebras) que causariam falha em toda a rede.

RS-232C
A rede serial mais comum usada em sistemas de computador, freqüentemente usada para conectar dispositivos periféricos como impressoras e mouses a um computador pessoal. Limitada em velocidade e distância (normalmente 45 pés e 20 kbps, embora velocidades mais altas possam ser executadas com distâncias mais curtas). Consegui executar RS-232 de forma confiável em velocidades superiores a 100 kbps, mas isso estava usando um cabo de apenas 6 pés de comprimento! RS-232C é freqüentemente referido simplesmente como RS-232 (sem “C”).

RS-422A / RS-485
Duas redes seriais projetadas para superar algumas das limitações de distância e versatilidade do RS-232C. Amplamente utilizado na indústria para conectar dispositivos seriais em ambientes de planta eletricamente “ruidosos”. Limitações de distância e velocidade muito maiores do que RS-232C, normalmente mais de meia milha e em velocidades próximas de 10 Mbps.

Ethernet (IEEE 802.3)
Uma rede de alta velocidade que conecta computadores e alguns tipos de dispositivos periféricos. A Ethernet “normal” funciona a uma velocidade de 10 milhões de bits / segundo e a Ethernet “Rápida” funciona a 100 milhões de bits / segundo. A Ethernet mais lenta (10 Mbps) foi implementada em uma variedade de meios no fio de cobre (coaxial grosso ="10BASE5", coaxial fino ="10BASE2", par trançado ="10BASE-T"), rádio e fibra óptica (“10BASE-F”). A Fast Ethernet também foi implementada em alguns meios diferentes (par trançado, 2 pares =100BASE-TX; par trançado, 4 pares =100BASE-T4; fibra óptica =100BASE-FX).

Token ring
Outra rede de alta velocidade que conecta dispositivos de computador, usando uma filosofia de comunicação que é muito diferente da Ethernet, permitindo tempos de resposta mais precisos de dispositivos de rede individuais e maior imunidade a danos na fiação da rede.

FDDI
Uma rede de altíssima velocidade implementada exclusivamente em cabeamento de fibra ótica.

Modbus / Modbus Plus
Implementado originalmente pela Modicon corporation, um grande fabricante de Controladores Lógicos Programáveis ​​(PLCs) para conectar racks de E / S (Entrada / Saída) remotos com um processador PLC. Ainda é bastante popular.

Profibus
Implementado originalmente pela empresa Siemens, outro grande fabricante de equipamentos PLC.

Foundation Fieldbus
Um barramento de alto desempenho expressamente projetado para permitir que vários instrumentos de processo (transmissores, controladores, posicionadores de válvula) se comuniquem com computadores host e entre si. Pode acabar substituindo o sinal analógico de 4-20 mA como o meio padrão de interconectar a instrumentação de controle de processo no futuro.