Эффективность функционирования отдельных вычислительных устройств значительно возрастает, если они объединяются в единую систему с помощью разнообразных сетей. Теоретически физический уровень таких сетей может быть построен с использованием различных технических средств, однако на практике для этого привлекаются преимущественно проводные (классические) линии связи. Формирование их трактов в офисных зданиях де-факто выполняется с использованием структурированной проводки. В результате, в настоящее время структурированная кабельная система стала обязательным компонентом информационной инфраструктуры офисного здания.

Формирование трактов передачи информации с привлечением структурированной проводки позволяет повысить эффективность работы в сети и в случае систем промышленной автоматизации. Иной круг решаемых задач обусловливает необходимость коррекции отдельных подходов, но на каноническом уровне все по сути остается прежним. Тем не менее, заметное, а в ряде случаев кардинальное отличие условий эксплуатации и специфика построения систем автоматизации промышленного назначения обусловливает необходимость очень серьезной модернизации элементной базы и, отчасти, правил реализации промышленной проводки.

Большое количество изменений стало причиной появления нового направления развития кабельной техники, отвечающего за создание физической инфраструктуры информационной системы на промышленных предприятиях. На нормативном уровне это нашло отражение в принятии в июле прошлого года международного стандарта ISO/IEC 24702 на структурированные кабельные системы промышленного назначения, а также в подготовке его прямых аналогов: проектов американского стандарта TIA-1005 и европейского документа EN 50173-3.

ОСОБЕННОСТИ СКС ПРОМЫШЛЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ

При подготовке нового международного стандарта ISO/IEC 24702 разработчики использовали опыт реализации структурированной проводки офисного применения, накопленный за полтора десятка лет. Одновременно они постарались максимально полно учесть специфику построения сетей автоматизации производственных процессов на промышленных предприятиях. При этом учитывались следующие основные особенности информационных систем промышленного назначения:

  • большие размеры обслуживаемой территории в сочетании с очень низкой (по офисным меркам) плотностью размещения розеток для подключения конечного активного оборудования;
  • намного более сложная электромагнитная обстановка ввиду наличия мощных приводных электродвигателей, индукционных нагревателей и т.д., находящихся рядом с линейными кабелями и оборудованием коммутационных центров;
  • гораздо более жесткие условия окружающей среды, включая климатические показатели, а также механические и химические воздействия, которые в несколько раз, а иногда на несколько порядков отличаются от офисных;
  • отсутствие технической необходимости в массовом применении сетевых устройств со скоростями передачи информации свыше 100 Мбит/с;
  • потребность в подключении к информационной системе контроллеров, коммутаторов, преобразователей среды и других активных устройств, размещенных на различных подвижных механизмах;
  • высокая вероятность применения активного оборудования для построения разнообразных «поле-вых» шин.

Наличие этих особенностей приводит к тому, что в промышленных СКС:

  • количество уровней коммутации увеличилось на единицу за счет разбиения горизонтальной подсистемы офисной структурированной проводки на этажную (floor cabling) и промежуточную (intermediate cabling) подсистемы и введения разделяющего их промежуточного кросса;
  • линейная часть нижних уровней проводки может быть реализована на основе двухпарных симметричных кабелей;
  • в подсистеме на основе кабелей из витых пар наряду с разъемами модульного типа допускается использование традиционного для систем промышленной автоматизации разъема М12, обеспечивающего лучшую защиту от воздействия внешних факторов окружающей среды;
  • увеличено количество вариантов структур, допустимых при построении нижних уровней проводки;
  • за счет введения кварц-полимерных и полимерных волокон расширен список типов световодов, разрешенных для использования в конструкциях оптических кабелей.

Отметим, что реализация структурированной проводки промышленного назначения несколько упрощается вследствие того, что ее ресурсы на наиболее дорогостоящих нижних уровнях идут преимущественно на обеспечение функционирования локальной сети предприятия.

Для ускорения разработки создатели нового нормативного документа воспользовались приемом, который достаточно часто применяется в процессе конструирования аппаратных средств систем автоматизации: в качестве прототипа была взята обычная офисная СКС, а количество нововведений сокращено до минимума, причем они затрагивали в основном нижние уровни кабельной системы. Что же касается магистральных подсистем промышленной проводки, то они могут быть созданы с использованием хорошо зарекомендовавших себя принципов и подходов и не требуют глубокой модернизации. Взаимосвязь офисной и промышленной структурированной проводки подчеркивается тем, что в соответствии с идеологией стандарта кабельные системы, развернутые на территории офиса и производственной зоны одного предприятия, могут соединяться друг с другом через подсистему внешних магистралей, образуя единое целое. Это одна из фундаментальных предпосылок создания так называемого «прозрачного» предприятия.

СХЕМЫ СОГЛАСОВАНИЯ ПРОМЫШЛЕННОЙ СКС С ПОЛЕВЫМИ ШИНАМИ

Кроме СКС офисного назначения промышленные кабельные системы очень часто требуется состыковать с еще одной разновидностью информационной проводки — «полевыми» шинами, у которых имеется множество разновидностей, причем до последнего времени все они развивались независимо друг от друга.

Несогласованность действий разработчиков полевых шин в выборе основополагающих технических решений привела к тому, что для реализации линейной части этого оборудования согласно отраслевым стандартам, нормативным документам объединений пользователей и фирменным нормам иногда применяются кабели, формально не разрешенные для использования в СКС. В качестве примера можно привести такие популярные на рынке изделия, как 120-омные симметричные кабели системы PROFIBUS и коаксиальные кабели полевой шины ControlNET. Для сокращения числа различных типов кабелей в ISO/IEC 24702 введено замечание о том, что проводка полевой шины не входит в состав промышленной СКС. При наличии в составе информационно-вычислительной системы хотя бы одной полевой шины к розетке автоматизации должен подключаться мост, адаптер или иное мастер-устройство шины, физический интерфейс которого согласован с параметрами структурированной проводки.

С целью достижения высокой отказоустойчивости линейная часть полевых шин часто реализуется в виде кольцевого моноканала. Кольцевая структура полевых шин учтена тем, что информационная розетка (розетка автоматизации) промышленной СКС выполняется двухпортовой. Это позволяет подключать к ней обе ветви моноканала тракта (см. Рисунок 1). В этом случае кольцо замыкается на кроссе технического помещения (или его аналоге) или в установленном там же мастер-устройстве полевой шины.

Рисунок 1. Схема формирования кольцевой структуры в области этажной и промежуточной подсистем.

КОНЦЕПЦИЯ MICE

Кабельные системы промышленного назначения эксплуатируются в самых разных условиях. В такой ситуации разработка единой конструкции (в первую очередь линейных кабелей), отвечающей всему комплексу требований, является экономически нецелесообразной. В свою очередь это ведет к появлению обширной номенклатуры изделий. Наличие большого количества вариантов исполнения кабелей и разъемов производственного назначения чрезвычайно затрудняет выбор и ухудшает экономические характеристики решения.

Для упрощения подбора элементной базы новый международный нормативный документ вводит три отдельные группы для всех возможных конструкций. Факторы окружающей среды, воздействие которых потенциально опасно и способно нарушить нормальное функционирование отдельных компонентов и всей промышленной структурированной проводки в целом, делятся еще на четыре категории. Получившуюся структуру удобно представить в виде таблицы, или матрицы MICE, в названии которой каждая буква обозначает отдельную категорию влияющих воздействий (см. Таблицу 1). Всего матрица MICE содержит 12 клеток (четыре строки, соответствующие этим категориям, и три столбца — по количеству групп). Для обозначения каждой такой клетки принята форма Ax, где А означает один из четырех возможных индексов (M, I, C, E), а параметр х может принимать одно из целых значений в диапазоне от единицы до трех. По мере увеличения номера параметра допустимый диапазон изменения влияющего фактора расширяется.

Таблица 1. Матрица MICE.

Большей части конструктивных элементов, из которых формируется кабельный тракт, ставится в соответствие столбец матрицы. Таким образом, наиболее защищенные компоненты имеют маркировку M3I3C3E3, тогда как элементы с минимальным уровнем защиты обозначаются как M1I1C1E1. Отметим, что из соображений обеспечения необходимой гибкости стандарт не требует, чтобы у какого-либо произвольного компонента численные значения индекса х были одинаковыми.

Таблица 2. Классификации областей монтажа кабельной системы промышленного предприятия.

Разработчики стандарта ISO/IEC 24702 распространили принцип разбиения элементной базы на область монтажа оборудования систем промышленной автоматизации: согласно информационному приложению F все области делятся на четыре группы в зависимости от типовых условий окружающей среды (см. Таблицу 2). На практике, однако, чаще используется иная классификация, идеологически близкая к указанной (см. Рисунок 2). Данный вариант понятен на интуитивном уровне, так как области обозначаются в терминах матрицы MICE. К помещениям первой группы с наиболее мягкими условиями (в этом случае они обозначаются MICE1) относятся те, в которых влияющие факторы соответствуют обычному офису. Более жесткие условия, Light Industrial, или MICE2, существуют, например, во внутреннем пространстве герметичных шкафов, которые монтируются непосредственно в производственной зоне промышленного предприятия и могут устанавливаться рядом со станками. Условия Heavy Industrial соответствуют производственной зоне промышленного предприятия в тех ситуациях, когда отсутствует дополнительная защита.

Рисунок 2. Типовые зоны MICE.

Таким образом, матрица MICE позволяет вполне удовлетворительно классифицировать условия по вредным факторам окружающей среды. Согласно экспертным оценкам западных специалистов, ее эффективность по данному параметру достигает 80%. Однако 12-клеточная структура матрицы MICE в некоторых случаях оказывается недостаточно гибкой для удовлетворения реальных потребностей. По этой причине некоторые компании вводят свою систему обозначения выпускаемой продукции промышленного назначения. Примером подобного подхода может служить система SPACE известного немецкого производителя кабельной продукции компании Kerpen.

Отметим, что концепция MICE учитывает только наиболее существенные влияющие факторы в офисных и промышленных помещениях. Она не описывает такие специальные требования, как защита от взлома и иного несанкционированного проникновения, обеспечение противопожарной защиты и взрывобезопасности. Кроме того, при ее применении должны приниматься во внимание национальные нормы, имеющие более высокий приоритет.

ТОПОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ПРОМЫШЛЕННЫХ СКС

Классические офисные СКС официально стандартизированы в начале 90-х гг. прошлого века. Описывающие их международные и региональные нормативные документы отражали типовые архитектурные особенности офисных зданий. К тому же, на введенные в них положения существенно повлиял достигнутый к тому времени уровень техники для локальных сетей. Прошедшие полтора десятка лет сопровождались не только постоянным ростом скоростей передачи информации. Технический прогресс привел к тому, что теперь активное оборудование выпускается исключительно в виде коммутаторов. Тем самым снимаются ограничения, вытекающие из правила четырех повторителей. Как следствие, количество уровней промышленной СКС можно увеличить на единицу без появления сопутствующих технических проблем. Практически это реализуется введением дополнительного промежуточного кросса (см. Рисунок 3).

Рисунок 3. Отдельные подсистемы СКС  промышленного назначения и их иерархическое подчинение.

Древовидная топология классической СКС при всем внушительном перечне достоинств обладает одним серьезным недостатком. Его суть в том, что между двумя любыми узлами такой структуры существует единственный путь передачи информации. Вследствие жестких условий эксплуатации, характерных для промышленных предприятий, риск механического, химического или термического повреждения, в первую очередь линейного кабеля, возрастает многократно. В результате информационной поддержки могут лишиться как единичные потребители, так и целые группы. Для ряда производств такая ситуация является совершенно недопустимой, так как сопровождается серьезными технологическим нарушениями, а в тяжелых случаях может привести к авариям и даже катастрофам. Преодоление этого недостатка обеспечивает резервирование, основная цель которого — увеличение связности отдельных узлов сетевой инфраструктуры.

Резервирование предусматривают и действующие редакции стандартов на офисные кабельные системы. Однако стандарт ISO/IEC 24702 качественно модифицирует данный принцип. Это позволяет адекватно учесть повышенную вероятность аварий, которые могут возникнуть вследствие более жестких условий эксплуатации систем промышленного назначения. Документ рекомендует прокладывать резервные линии к техническим помещениям соседней ветви кабельной структуры не только равнозначного, но и более высокого уровня (см. Рисунок 4).

Рисунок 4. Структура промышленной СКС с основными и резервными линиями.

В отличие от горизонтальной подсистемы офисной СКС нижний уровень структурированной проводки промышленного назначения может быть реализован в виде комбинации этажной и промежуточной подсистем. Особенностью кросса этажа является его функциональный дуализм. Под этим понимается формальная возможность подключения розеток автоматизации не только к промежуточному кроссу, но и, минуя его, непосредственно к кроссу этажа независимо от применяемого типа среды передачи.

В производственных условиях приходится заботиться об обеспечении информационного обмена с интеллектуальными устройствами на транспортерах, манипуляторах роботов и иных аналогичных устройствах. Эту проблему стандарт ISO/IEC 24702 решает следующим образом: не только оконечные шнуры, но и весь тракт может быть реализован с использованием гибких кабелей с многопроволочным проводником. Необходимость такого шага обусловлена тем, что, согласно техническим условиям, кабель с жестким однопроволочным проводником не может устанавливаться на различных подвижных механизмах. Повышенное затухание гибкого многопроволочного проводника компенсируется ограничением максимальной протяженности формируемого тракта.

ВАРИАНТЫ РЕАЛИЗАЦИИ ТРАКТОВ

В классических офисных СКС жестко фиксируется конфигурация информационной розетки, которая выполняет функции пользовательского интерфейса. Вследствие налагаемого требования универсальности горизонтальный тракт может быть построен только в соответствии со схемой межсоединения (interconnect) и кроссового соединения (cross-connect). Необходимость учета типовых условий построения и эксплуатации информационных систем промышленного назначения привела к тому, что в стандарте ISO/IEC 24702 существенно расширен перечень допустимых вариантов построения нижних уровней проводки.

Первый из таких вариантов в схематической форме изображен на Рисунке 5а и не имеет даже отдаленных аналогов в офисных СКС. Его суть в том, что при наличии технической необходимости в тракте может отсутствовать стационарная линия. Формально речь идет о так называемом бесконнекторном тракте (connector-less channel), без конкретизации формы его исполнения. Фактически данная структура может быть реализована только на основе единственного шнура в линейной части, длина которого не превышает 75 м (при комнатной температуре).

Рисунок 5. Основные  варианты реализации трактов нижних уровней промышленной СКС.

Еще один допустимый вариант построения тракта предполагает использование так называемой удлинительной сборки. Изделие представляет собой кабель, на одном конце которого установлена вилка, а второй армирован розеткой разъема. В офисных СКС подобная сборка используется в крайне ограниченных масштабах и лишь в структурах с точкой консолидации. При этом вилка вставляется в панель точки консолидации, розетка образует пользовательский интерфейс, а сам кабель имеет жесткие монолитные проводники. В промышленных системах сборка реализуется на основе гибкого кабеля, а ее подключение выполняется с точностью до наоборот: вилка включается в гнездо сетевого интерфейса, а розетка устанавливается в панели кросса (см. Рисунок 5б).

При построении систем автоматизации широко применяются защитные кожухи. Их наличие заметно упрощает достижение необходимого уровня герметичности различных разъемных соединителей, в том числе физических интерфейсов активного оборудования. При использовании герметичных кожухов задача формирования тракта передачи наиболее эффективно решается с помощью проходных соединителей (bulkhead connection). Их наличие и следование кроссовой схеме как в техническом помещении, так и на уровне розеток автоматизации позволяют довести число соединителей в тракте до шести (см. Рисунок 5е). Такой проходной соединитель и, тем более, шестиконнекторный вариант тракта можно применять только в случае элементной базы Категории 6 и выше.

НОВЫЕ ТИПЫ ОПТИЧЕСКИХ КАБЕЛЕЙ ДЛЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ СКС

Одной из основных причин коммерческого успеха СКС явилось минимальное количество разновидностей типов кабелей, которые с самых ранних этапов развития данного направления допускались нормативными документами при построении линейной части проводки. Согласно действующим редакциям основных стандартов ISO/IEC 11801 и TIA/EIA-568 для этого пригодны симметричные четырехпарные кабели с волновым сопротивлением 100 Ом, многомодовые оптические кабели с волокнами обоих основных типов 50/125 и 62,5/125, а также одномодовые кабели на основе световодов категории OS1 (волокно G.652а согласно нормативным документам Международного союза электросвязи МСЭ).

В качестве прототипа промышленной кабельной системы используется офисная СКС. Однако, как уже неоднократно говорилось, типовые условия эксплуатации СКС и список задач автоматизации, наиболее часто решаемых на нижнем цеховом уровне, во многих случаях существенно отличаются от тех, которые характерны для общественных зданий офисного типа. В такой ситуации появляются серьезные аргументы экономического и технического характера в пользу расширения перечня.

В стандарте ISO/IEC 24702 содержится два нововведения. Их появление позволяет сделать вывод о заметном увеличении объемов использования волоконной оптики при реализации промышленной проводки. В отличие от классических СКС предельная протяженность тракта увеличена до 10 км, что имеет критически важное значение для некоторых промышленных предприятий. На линиях протяженностью свыше 2000 м предусматривается применение только оптических кабелей с волокном категории OS2 (волокно G.652d, согласно МСЭ, или волокно категории B1.3 по стандарту IEC 60793-2-50). От стандартных одномодовых волокон они отличаются главным образом отсутствием на спектральной характеристике затухания выраженного водяного пика. На данный факт указывает и норма для предельно допустимого коэффициента затухания на длине волны 1383 нм. Пока она равна 0,4 дБ/км, но в дальнейшем возможен ее пересмотр.

Требование применения световодов со специальными спектральными свойствами на линиях большой протяженности носит во многом формальный характер. Это обусловлено тем, что большинство производителей оптических волокон, в том числе все ведущие компании, прекратили изготовление одномодовых световодов, имеющих немонотонную характеристику затухания в рабочем диапазоне длин волн систем оптической связи. Начиная примерно с 2005 г. на массовом рынке предлагаются только световоды с подавленным водяным пиком (так называемые LWP- или ZWP-волокна).

Оптические решения в существующей форме не целесообразно использовать на линиях с протяженностью менее 130-150 м, что подтверждается крайне ограниченными масштабами их применения. Однако данное положение справедливо только когда линейная часть проводки реализуется на основе тех классических световодов, которые разрешены для применения в офисных СКС. При переходе на другие типы волокна расходы можно сократить за счет меньшей стоимости самих световодов и установки более простых и дешевых разъемных соединителей. Не последнее значение имеет возможность установки в передатчики сетевых интерфейсов дешевых светодиодных излучателей. Именно этими двумя фундаментальными соображениями объясняется то, что в перечень разрешенных для применения в системах промышленного назначения добавлены волокна с большим диаметром световедущей сердцевины. Эти изделия имеют структуру кварц-полимер и полимер-полимер и выделяются в отдельные категории OP1, OP2 и OH1 (см. Таблицу 4). Неудовлетворительные частотные свойства и более высокое погонное затухание подобных световодов (Таблица 3) не являются существенным ограничивающим фактором для их массового применения в проектах, так как главной областью их использования остаются короткие линии (максимальной протяженностью до 200 м).

Таблица 3. Нормируемые параметры кварц-полимерных и полимерных световодов.

Таблица 4. Категории волоконных световодов для оптических кабелей промышленного назначения.

НОВЫЕ ОПТИЧЕСКИЕ КЛАССЫ

В идеологию стандарта ISO/IEC 24702 положен принцип преемственности, распространяемый как на СКС целиком, так и на ее оптическую подсистему. С учетом этого обстоятельства на линиях протяженностью от 300 до 2000 м допускаются те же оптические кабели, что и в стандарте ISO/IEC 11801. Расширение списка допустимых типов волоконных световодов нацелено на повышение эффективности использования оптической техники вне типичных областей применения оптических кабелей классических СКС — на длинных и очень коротких линиях. Соответственно, резко возросло количество оптических классов.

Вследствие повышенного затухания и больших дисперсионных искажений передача по полимерным и кварц-полимерным волокнам выполняется на небольшие расстояния, что обусловило введение оптических классов OF-25, OF-50, OF-100 и OF-200 для кабелей с этими волокнами (Таблица 4).

Отметим, что в отношении многомодовых волокон с большим диаметром сердцевины стандарт учитывает достигнутый уровень техники и не предусматривает применение технологии их сращивания с помощью сплайсов.

Особенности передачи информации по полимерным и кварц-полимерным волокнам привели к тому, что параметры затухания и широкополосности нормируются для них в непривычном спектральном диапазоне. Теперь в качестве опорных используются также оптические несущие 520 и 650 нм из видимого диапазона длин волн.

Многие промышленные предприятия занимают огромные территории, превосходя в этом отношении офисные центры и другие объекты общественного назначения. Это обстоятельство и предопределило введение двух новых классов — OF-5000 и OF-10000. Протяженные тракты могут быть организованы только на основе одномодовых оптических кабелей с волокном категории OS-2 без водяного пика. Указанное ограничение сулит определенные перспективы, так как позволяет применять на таких линиях оборудование неплотного спектрального уплотнения CWDM во всем рабочем диапазоне длин волн одномодовых волокон (подробнее — см. статью автора в ноябрьском номере «Журнала сетевых решений/LAN» за 2006 г.). Отметим, что класс OF-5000 введен для поддержки единственного приложения: полевой шины ControlNET.

РАЗЪЕМЫ ДЛЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ КАБЕЛЬНЫХ СИСТЕМ

Разъемные соединители СКС промышленного назначения независимо от формы их реализации устанавливаются на симметричные кабели, у которых максимальный диаметр проводника по изоляционному покрытию составляет 1,02 мм. В основу коммутационной техники медножильной части СКС промышленного назначения был положен привычный разъем модульного типа с разводкой RJ45.

В тех ситуациях, когда коммутационное или активное оборудование эксплуатируется без защитного кожуха, может использоваться разъем М12 с кодированием типа D. Изделие этой разновидности разработано немецкой компанией Lumberg в середине 80-х гг. прошлого века, имеет четыре варианта конструктивного исполнения, выпускается в экранированном и неэкранированном виде и широко применяется при реализации систем автоматизации промышленного назначения. С целью обеспечения совместимости в разъеме М12 (аналогично разъему модульного типа) сигналы приемника и передатчика привязываются к отдельным контактам вилки и розетки. Для улучшения параметров влияния привлекается принцип разводки отдельных сигналов по схеме кабельной четверки (см. Рисунок 6 и Таблицу 5). Изделие имеет фиксатор на основе накидной гайки, что заметно облегчает его герметизацию. Однако из-за крайне неудовлетворительных частотных свойств соединитель не может быть реализован в 8-контактном варианте. Поэтому он применяется главным образом на нижних уровнях цеховой проводки с их относительно невысокими скоростями информационного обмена.

Рисунок 6. Схема распределения контактов в разъеме типа M12-4 (вариант D): а) розетка; б) вилка.

Таблица 5. Распределение сигналов интерфейса 100BaseTX по контактам стандартных типов промышленных разъемов.

В качестве предпочтительного типа оптического соединителя стандарт ISO/IEC 24702 рассматривает LC в том виде, в котором его задает стандарт IEC 61754-20. Варианты конструкции защитного кожуха для вилки и розетки разъема описаны в стандарте IEC 61076-3-106. Последний, наряду с LC, позволяет использовать такие широко распространенные типы оптических соединителей, как ST (2,5BFOC), SC, SCRJ и SMA.

Все типы оптических соединителей, нормированных стандартом ISO/IEC 24702, реализуются на основе центрирующего наконечника. Это позволяет армировать ими все три разновидности волокон кабелей промышленных СКС, меняя только технологию фиксации волокна в наконечнике и обработки его торцевой поверхности. Наиболее существенное отличие заключается в том, что для световодов со структурой кварц-кварц предельная величина потерь в одном разъеме установлена на уровне 0,75 дБ, тогда как для волокон с диаметром сердцевины свыше 62,5 мкм допустимо до 1,5 дБ на одно соединение. Из-за резкого отличия по модовому распределению передаваемого излучения схема измерения потерь в разъемах полимерных и кварц-полимерных волокон в стандарте пока не задана и должна быть определена позднее.

В новом документе указывается, что оптические разъемы должны допускать цветовое кодирование для обозначения типа армированного ими волокна. Разъем LC был разработан лабораториями Белла. Вследствие его американского происхождения в стандарте упомянут только бежевый цвет корпусных деталей для маркирования многомодового варианта разъема кварцевых световодов. Отдельно оговаривается применение ключевых схем и дополнительных идентификаторов для обеспечения правильной полярности при формировании оптического тракта. При их выборе рекомендуется воспользоваться положениями международного стандарта IEC 12763-1, а также различными профильными национальными нормами и правилами.

ПРОХОДНЫЕ СОЕДИНИТЕЛИ ДЛЯ МЕДНОЖИЛЬНЫХ ТРАКТОВ

Проходные соединители в составе промышленных СКС получили массовое распространение прежде всего потому, что основной тип соединителя — разъем модульного типа — обладает крайне неудачной конструкцией с точки зрения обеспечения герметичности кабельных трактов на основе витых пар. Поэтому для обеспечения защиты систем автоматизации активное оборудование приходится монтировать в герметичных шкафах.

Подключение различных пользовательских устройств к коммутаторам и прочему активному сетевому оборудованию выполняется в соответствии с различными схемами, однако наиболее удобной (с точки зрения повседневной эксплуатации информационной системы) является применение проходного соединителя. Этот компонент не имеет прямого прототипа в классических офисных СКС. В качестве отдаленного аналога может рассматриваться точка консолидации, так называемый соединительный модуль или I-адаптер, от которых проходной соединитель отличается в первую очередь тем, что конструируется и активно используется именно в качестве разъема.

Рисунок 7. Комбинированный проходной разъемный соединитель для симметричных кабелей.Данное изделие рассчитано на установку на стенке защитного кожуха монтажного конструктива (см. Рисунок 7). Его главная техническая особенность состоит в том, что электрическая связь контактов розеточных частей модулей осуществляется через печатную плату, что позволяет сравнительно простыми средствами достигнуть уровня герметичности IP65/IP67, как того требует стандарт для тяжелых производственных условий MICE3.

ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА КАБЕЛЬНЫХ ТРАКТОВ ПРОМЫШЛЕННЫХ СКС

За полтора века, прошедших с начала практического использования проводных линий связи, разработано большое количество методов определения параметров линейного тракта. Как правило, для этого применяется расчет с привлечением энергетических характеристик передатчика и шумовых параметров приемника с учетом частотных свойств отдельных компонентов тракта передачи. Применение данных методик требует специальной подготовки, которой могут похвастаться далеко не все специалисты, ответственные за разработку и реализацию проекта СКС.

В стандарте ISO/IEC 24702 предложен иной подход, применение которого позволяет производить расчет практически важных параметров кабельных трактов оптической и медножильной подсистемы промышленной СКС с единых позиций. Расчет осуществляется для построения трактов стандартной элементной базы. Возможное превышение характеристик конкретного компонента над требованиями стандарта не учитывается и рассматривается как запас расчета.

Суть предлагаемой методики состоит в том, что максимальные длины линейных и шнуровых кабелей связаны между собой линейным уравнением. Для медножильной подсистемы уравнение выглядит следующим образом:

C=(G-K1M-K2N-F×Y)/X, м,

где G — постоянная величина, которая зависит от категории элементной базы и возрастает по мере увеличения ее номера; M — количество проходных соединителей в тракте; N — количество обычных соединителей в тракте; Y — коэффициент превышения погонного затухания шнурового кабеля по сравнению со стандартным; X — коэффициент превышения погонного затухания линейного кабеля по сравнению со стандартным.

Стандарт учитывает возможности эксплуатации промышленной проводки при повышенной температуре. Считается, что из-за роста погонного затухания эквивалентная длина экранированных кабелей увеличивается на 0,2% на каждый градус. Для неэкранированных конструкций соответствующий корректирующий фактор составляет 0,4% на градус в интервале температур 20–40°С и 0,6% в интервале 40–60°С.

Аналогичное уравнение для оптической подсистемы в стандарте отсутствует. Тем не менее, его легко составить на основании имеющейся информации по нормативному уменьшению предельной протяженности тракта при введении в него дополнительных неразъемных соединителей и разъемов различных видов (см. Таблицу 6).

Таблица 6. Нормативные значения уменьшения протяженности оптического тракта.

С учетом того, что стандартное погонное затухание линейных и шнуровых оптических кабелей одинаково, основное расчетное уравнение выглядит следующим образом:

C=H-K3(R-2)-K4T, м,

где H — длина тракта, определяемая его классом (численно равна значению индекса); R — количество разъемных соединителей в тракте; T — количество неразъемных сростков.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Изложенный выше материал позволяет констатировать следующее.

  1. Появление кабельных систем промышленного назначения является естественным результатом эволюционного развития техники СКС и имеет своей конечной целью ее распространение на новую перспективную область техники.
  2. Кабельные системы промышленного назначения поддерживаются стандартами, т.е. данное направление техники признано на международном уровне и обеспечивает конечному потребителю эффективную защиту его инвестиций в информационную инфраструктуру за счет открытого характера предлагаемого решения.
  3. Необходимость учета особых требований в отношении ряда важных параметров предопределяет значительное расширение перечня элементной базы, разрешенной для применения как в области линейных изделий, так и соединителей.
  4. Новый нормативный документ более практичен, поскольку предоставляет в распоряжение разработчика проекта промышленной структурированной проводки большое количество вариантов реализации горизонтального тракта и содержит ряд удобных в использовании формул для выполнения инженерных расчетов.

Андрей Семенов — директор центра развития «АйТи-СКС» компании «АйТи». С ним можно связаться по адресу: ASemenov@it.ru.

Поделитесь материалом с коллегами и друзьями