Bit po bicie

Niektórzy na pewno zadają sobie pytanie: dlaczego w dzisiejszych czasach wciąż mówi się o stosowaniu znanej już od dziesięcioleci szeregowej komunikacji danych typu: RS-232, RS-422 czy RS-485? Przecież popularne obecnie sieci przemysłowe, sieci z magistralami miejscowymi, standardy komunikacji z czujnikami i urządzeniami peryferyjnymi (np. USB) zapewniają wsparcie i obsługę większości dostępnych na rynku urządzeń i modułów systemowych. Gwarantują przy tym mnogość funkcjonalności, elementów diagnostyki itp.
Dlaczego więc zajmować się tradycyjnymi standardami łącz szeregowych? Argumentami za mogą być: ich niskie koszty, prostota działania i konfiguracji. Interfejsy szeregowe ? RS-232, RS-422 i RS-485 ? wciąż montowane są jako integralne elementy wielu maszyn i urządzeń przemysłowych. Między innymi ze względu na: możliwość łatwego śledzenia transmisji danych bit po bicie, łatwość organizacji łącz typu urządzenie-urządzenie oraz ich powszechną znajomość w środowiskach inżynierskich.
W opinii Jima Toeppera, menadżera produktów komunikacyjnych w firmie Moxa, o obecności standardów komunikacji szeregowej na rynku decyduje kilka czynników:

  • są łatwiejszym i tańszym standardem komunikacji między urządzeniami; wielu dostawców oferuje produkty w standardzie z interfejsem szeregowym, traktując inne interfejsy jako opcję dla produktów z tzw. wyższej półki;
  • jeżeli dany produkt wytwarzany jest już kilka lat i sprawdził się na rynku, producent raczej niechętnie decyduje się na dodatkowe koszty związane jedynie z jego adaptacją do nowych standardów komunikacyjnych (sieci przemysłowe, Ethernet); wprawdzie sam sprzęt sieciowy dla standardu Ethernet nie jest obecnie o wiele droższy od modułów do komunikacji szeregowej, jednak samo zaprojektowanie i poprawna implementacja takiej sieci niesie już ze sobą pewne koszty; jak twierdzi Toepper: w niektórych przypadkach bardziej opłacalne dla użytkownika jest kupno czujnika lub przepływomierza z łączem szeregowym i ewentualne przyłączenie go do sieci standardu Ethernet przez odpowiedni konwerter; 
  • niekiedy potrzebne jest połączenie urządzeń ze sterownikiem lub tzw. data loggerem w lokalizacjach, do których już są podłączone inne moduły bez użycia standardu Ethernet; w takich sytuacjach, zwłaszcza gdy sterownik lub logger to moduły centralne, a długość planowanych łącz nie przekracza 1 200 m, zalecane jest korzystanie ze standardów komunikacji szeregowej RS-422 lub RS-485 (przyłączanie czujników, przepływomierzy, czujników temperatury itp.); wiele z nich używa bowiem sygnałów prądowych 420 mA oraz standardu Modbus przez łącze szeregowe, który pozwala na realizację prostych funkcji automatyki.

? Komunikacja szeregowa okazuje się często najtańszym rozwiązaniem przy tworzeniu łącz typu urządzenie-urządzenie ? podkreśla Jim Toepper.
Oczywiście czynniki takie, jak konieczność szerszej wymiany danych z innymi systemami lub wykorzystanie istniejących łącz standardu Ethernet, mogą przemawiać za odejściem od tego typu komunikacji. Ponadto transmisja szeregowa bit po bicie jest dość wolna i może okazać się niewystarczająca dla wielu współczesnych zastosowań komunikacyjnych. Od współczesnych sieci wymiany danych wymaga się bowiem: jednoczesnej realizacji sterowania procesem, monitoringu podstawowych parametrów, możliwości kalibracji czujników, elementów wykonawczych, przesyłania alarmów itp. Na podstawie takich sygnałów możliwe jest sprawne zarządzanie całą siecią.
? Wszyscy uświadamiamy sobie, że starsze protokoły szeregowe z medium transmisji w postaci pary skręconej nie mają wystarczających parametrów do obsługi zaawansowanych sieci, gdzie konieczna jest transmisja dużych ilości danych ? mówi Jim McConahay, starszy inżynier aplikacji w Moore Industries International.
Według niego protokoły komunikacji szeregowej są doskonałym narzędziem do przesyłania danych między urządzeniami, zwłaszcza przy ich niewielkiej ilości (sygnały z czujników itp.). Nie mogą jednak być wykorzystane do obsługi komunikacji w zaawansowanych funkcjonalnie sieciach automatyki lub systemach czasu rzeczywistego. 

*****

Standardy komunikacji szeregowej  
Do najpopularniejszych w przemyśle standardów komunikacji szeregowej zaliczają się:
? RS-232: interfejs do przyłączania urządzeń z portem szeregowym. W interfejs ten wyposażonych jest wiele modemów, wyświetlaczy i ekranów oraz drukarek. Dopuszczalna długość łącza do 30 m.
? RS-422: standard bazujący na RS-232, opracowany do pracy z większą szybkością transmisji i na większych odległościach między urządzeniami (do 1,2 km). Cechuje się większą odpornością na zaburzenia elektromagnetyczne, występujące w środowisku pracy.
? RS-485: ma wiele charakterystyk dotyczących transmisji i odporności na zaburzenia zewnętrzne. Wspiera obsługę komunikacji wielopunktowej przez medium dwużyłowe. Umożliwia połączenie w takiej sieci do 32 urządzeń RS-485. Standard ten jest powszechnie stosowany w prostych aplikacjach sieciowych w przemyśle.
Po uznaniu tych standardów przez organizację Electrical Industry Alliance (EIA) pojawiło się ich oznaczenie typu EIA-232. Jednak wciąż najpopularniejsze wśród użytkowników i producentów są tradycyjne symbole RS. 
Źródło: Control Engineering and Moxa

*****
Mark T. Hoske  

Artykuł pod redakcją dra inż. Andrzeja Ożadowicza, adiunkta w Katedrze Automatyki Napędu i Urządzeń Przemysłowych Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie