ВМСиС ЛР1. ВМСиС_ЛР1. Анализ номенклатуры изделий промышленной автоматики
 Скачать 412.08 Kb.
|
|
ФГБОУ ВО Уфимский государственный авиационный технический университет Кафедра ТК Отчет по лабораторной работе №1 по дисциплине «Вычислительные машины, системы и сети» Тема: «Анализ номенклатуры изделий промышленной автоматики» Вариант 12 Выполнил: ст. гр. Принял: к.т.н., доц. Рыжов Г.И. Уфа 202 г. Цель работы Изучение номенклатуры изделий промышленной автоматики, анализ спектра выпускаемых изделий и выбор наилучших продуктов заданной категории. Задание Провести анализ номенклатуры изделий по теме: промышленные серверы последовательных интерфейсов Ход работы Сервер последовательных интерфейсов – это сетевое устройство, которое передает данные между локальной сетью Ethernet и последовательным портом устройства (COM-портом, таким как RS-232/422/485). Основная задача сервера последовательных интерфейсов состоит в том, чтобы позволить любому устройству с последовательным портом, такому как принтер, сканер или система климат-контроля, использовать для подключения к ПК сеть Ethernet вместо последовательного порта компьютера. Это позволяет любому ПК получить доступ к последовательному устройству через сеть Ethernet, в том числе через Интернет. На рисунке 1 представлены модели серверов последовательных интерфейсов для сети Ethernet производства компании Advantechи их технические характеристики.  Рисунок 1 – Модели серверов последовательных интерфейсов от Advantech EKI-1521, EKI-1522 и EKI-1524 – это серверы последовательных интерфейсов, используемые для соединения устройств с последовательными интерфейсами RS-232/422/485, таких как ПЛК, измерители, датчики и сканеры штрих-кодов с LAN Ethernet IP. Они позволяют подключить практически любое устройство с последовательными портами к сети Ethernet и совместно использовать ее. ADAM-4570, ADAM-4570L, ADAM-4571, ADAM-4571L – это быстродействующие и недорогие шлюзы данных между последовательными интерфейсами и интерфейсами Ethernet. Шлюзы можно использовать в системах безопасности, системах автоматизации предприятий, системах контроля и сбора данных (SCADA), в сфере транспортировок и других. Шлюзы соединяют существующий человеко-машинный интерфейс (HMI) персонального компьютера и устройства с интерфейсами RS-232/422/485 посредством Ethernet-кабелей. На рисунке 2 представлены модели серверов последовательных интерфейсов для сети Ethernet производства компании EtherWAN и их технические характеристики.  Рисунок 2 – Модели серверов последовательных интерфейсов от EtherWAN Ethernet – семейство технологий пакетной передачи данных между устройствами для компьютерных и промышленных сетей. Стандарты Ethernet определяют проводные соединения и электрические сигналы на физическом уровне, формат кадров и протоколы управления доступом к среде – на канальном уровне модели OSI. Ethernet в основном описывается стандартами IEEE группы 802.3, которые касаются функционирования сетей. Порт Ethernet – это разъём в компьютерном сетевом оборудовании, к которому подключаются кабели Ethernet. Порты описываются стандартами сети Ethernet. В частности, 10BASE-T — физический стандарт Ethernet, позволяющий компьютерам связываться при помощи кабеля типа «витая пара» (twisted pair). Название 10BASE-T происходит от некоторых свойств физической основы (кабеля). «10» ссылается на скорость передачи данных в 10 Мбит/с. Слово «BASE» — сокращение от «baseband» signaling (метод передачи данных). Это значит, что Ethernet-сигнал передаётся без модуляции, или с нулевой несущей частотой, и соответственно полоса сигнала начинается от 0 Гц. Другими словами, не используется мультиплексирование (multiplexing), как в широкополосных каналах. Буква «T» происходит от словосочетания «twisted pair» (витая пара), обозначая используемый тип кабеля. Стандарт 100BASE-TX обеспечивает передачу данных со скоростью до 100 Мбит/с по кабелю, состоящему из двух витых пар 5-й категории. Обычно передача данных в каждом направлении ведётся по одной витой паре, обеспечивая до 100 Мбит/с общей пропускной способности в дуплексе. Длина линии связи ограничена 100 метрами, но по одному стандартному кабелю, имеющему 4 пары, можно организовать два 100-мегабитных канала связи. Стандарт 100BASE-FX использует волоконно-оптический кабель и обеспечивает связь излучением с длиной волны 1310 нм по двум жилам — для приёма (RX) и для передачи (TX). Длина сегмента сети может достигать 400 метров в полудуплексном режиме (с гарантией обнаружения коллизий) и 2 километров в полнодуплексном при использовании многомодового волокна. Работа на бо́льших расстояниях возможна при использовании одномодового волокна. RegisteredJack – стандартизированный физический сетевой интерфейс, включающий описание конструкции обеих частей разъёма («вилки» и «розетки») и схемы их коммутации. Используется для соединения телекоммуникационного оборудования. К таким стандартам относятся RJ-11, RJ-14, RJ-25, RJ-45 и другие. ST (straighttipconnector (прямой разъем) или, неофициально Stick-and-Twist (вставь и поверни)) – разъём, конструкция которого основана на керамическом наконечнике (феруле) диаметром 2,5 мм с выпуклой торцевой поверхностью. Фиксация вилки на гнезде выполняется подпружиненным байонетным элементом (подобно разъемам BNC, использующимся для коаксиального кабеля). SC (subscriberconnector (абонентский разъем), а иногда используется неофициальная расшифровка Stick-and-Click (вставь и защелкни)) – разъём, разработанный японской компанией NTT, с использованием такого же, как в ST, керамического наконечника диаметром 2,5 мм. Но основная идея заключается в легком пластмассовом корпусе, хорошо защищающим наконечник, и обеспечивающим плавное подключение и отключение одним линейным движением. Последовательный интерфейс для передачи данных использует одну сигнальную линию, по которой информационные биты передаются друг за другом последовательно. Отсюда название интерфейса и порта. Английские термины – Serial Interface и Serial Port. Последовательная передача позволяет сократить количество сигнальных линий и увеличить дальность связи. Характерной особенностью является применение не ТТЛ сигналов. В ряде последовательных интерфейсов применяется гальваническая развязка внешних (обычно входных) сигналов от схемной земли устройства, что позволяет соединять устройства, находящиеся под разными потенциалами. Последовательные порты описываются стандартами RS-232, RS-422 и RS-485. RS-232 (Recommended Standard 232) — стандарт физического уровня для асинхронного интерфейса. Устройство, поддерживающее этот стандарт, широко известно, как последовательный порт персональных компьютеров. В настоящее время используется для подключения к компьютерам широкого спектра оборудования, нетребовательного к скорости обмена, особенно при значительном удалении его от компьютера и отклонении условий применения от стандартных. RS-232 – проводной дуплексный интерфейс. Метод передачи данных аналогичен асинхронному последовательному интерфейсу UART. Информация передаётся по проводам двоичным сигналом с двумя уровнями напряжения (код NRZ). RS-485 – стандарт физического уровня для асинхронного интерфейса. Регламентирует электрические параметры полудуплексной многоточечной дифференциальной линии связи типа «общая шина». В стандарте RS-485 для передачи и приёма данных используется одна витая пара проводов, иногда сопровождаемая экранирующей оплеткой или общим проводом. Передача данных осуществляется с помощью дифференциальных сигналов. Разница напряжений между проводниками одной полярности означает логическую единицу, разница другой полярности – ноль. Стандарт RS-485 оговаривает только электрические и временные характеристики интерфейса. RS-422 – стандарт, обеспечивающий сбалансированную или дифференциальную однонаправленную нереверсируемую передачу данных по терминированным или нетерминированным линиям, с возможностью соединения «точка-точка» или для многоабонентской доставки сообщений. В отличие от RS-485, которая обеспечивает многоточечную структуру, RS-422 не позволяет иметь несколько отправителей, но позволяет иметь несколько получателей. Наиболее часто используются стандартизированные в 1969 году D-образные разъёмы: 9- и 25-контактные, (DB-9 и DB-25 соответственно). Только 3 контакта имеют строго определенное значение: передача, прием и земля. Все другие сигнальные линии управляются программно. Сигналы последовательного интерфейса c RS-232 представлены в таблице 1. Таблица 1 – Сигналы последовательного интерфейса RS-232
Серверы имеют различные рабочие режимы: перенаправление COM-порта (виртуальный COM-порт), TCP-сервер, TCP-клиент и режим UDP. В режиме перенаправления COM-порта стандартные рабочие запросы незаметно перенаправляются к серверам, что гарантирует совместимость имеющихся устройств последовательной передачи данных, а также совместимость с предыдущими версиями установленного программного обеспечения. Режимы TCP-сервер, TCP-клиент и UDP – серверы обеспечивают совместимость программного обеспечения сети с использованием сетевого интерфейса программирования приложений (API). TCP (TransmissionControlProtocol) – один из основных протоколов передачи данных интернета, предназначенный для управления передачей данных интернета. Механизм TCP предоставляет поток данных с предварительной установкой соединения, осуществляет повторный запрос данных в случае потери данных и устраняет дублирование при получении двух копий одного пакета, гарантируя тем самым, в отличие от UDP, целостность передаваемых данных и уведомление отправителя о результатах передачи. UDP (UserDatagramProtocol) – один из ключевых элементов набора сетевых протоколов для Интернета. С UDP компьютерные приложения могут посылать сообщения (в данном случае называемые датаграммами) другим хостам по IP-сети без необходимости предварительного сообщения для установки специальных каналов передачи или путей данных. UDP использует простую модель передачи, без неявных «рукопожатий» для обеспечения надёжности, упорядочивания или целостности данных. Таким образом, UDP предоставляет ненадёжный сервис, и датаграммы могут прийти не по порядку, дублироваться или вовсе исчезнуть без следа. UDP подразумевает, что проверка ошибок и исправление либо не нужны, либо должны исполняться в приложении. IP (InternetProtocol) – маршрутизируемый протокол сетевого уровня стека TCP/IP. IP объединяет сегменты сети в единую сеть, обеспечивая доставку пакетов данных между любыми узлами сети через произвольное число промежуточных узлов (маршрутизаторов). Он классифицируется как протокол сетевого уровня по сетевой модели OSI. IP не гарантирует надёжной доставки пакета до адресата — в частности, пакеты могут прийти не в том порядке, в котором были отправлены, продублироваться (приходят две копии одного пакета), оказаться повреждёнными (обычно повреждённые пакеты уничтожаются) или не прийти вовсе. Telnet (teletypenetwork) – сетевой протокол для реализации текстового терминального интерфейса по сети. Выполняет функции протокола прикладного уровня модели OSI. Протокол telnet, наряду с SSH широко используется для удалённого администрирования различными сетевыми устройствами и программными серверами. DHCP (DynamicHostConfigurationProtocol – протокол динамической настройки узла) – сетевой протокол, позволяющий сетевым устройствам автоматически получать IP-адрес и другие параметры, необходимые для работы в сети TCP/IP. Данный протокол работает по модели «клиент-сервер». Для автоматической конфигурации компьютер-клиент на этапе конфигурации сетевого устройства обращается к так называемому серверу DHCP и получает от него нужные параметры. Сетевой администратор может задать диапазон адресов, распределяемых сервером среди компьютеров. Это позволяет избежать ручной настройки компьютеров сети и уменьшает количество ошибок. ICMP (InternetControlMessageProtocol – протокол межсетевых управляющих сообщений) – сетевой протокол, входящий в стек протоколов TCP/IP. В основном ICMP используется для передачи сообщений об ошибках и других исключительных ситуациях, возникших при передаче данных, например, запрашиваемая услуга недоступна, или хост, или маршрутизатор не отвечают. Также на ICMP возлагаются некоторые сервисные функции. HTTP (HyperTextTransferProtocol – «протокол передачи гипертекста») – протокол прикладного уровня передачи данных, изначально — в виде гипертекстовых документов в формате HTML, в настоящее время используется для передачи произвольных данных. Основой HTTP является технология «клиент-сервер», то есть предполагается существование: потребителей (клиентов), которые инициируют соединение и посылают запрос; Поставщиков (серверов), которые ожидают соединения для получения запроса, производят необходимые действия и возвращают обратно сообщение с результатом. DNS (DomainNameSystem «система доменных имён») – компьютерная распределённая система для получения информации о доменах. Чаще всего используется для получения IP-адреса по имени хоста (компьютера или устройства), получения информации о маршрутизации почты и/или обслуживающих узлах для протоколов в домене (SRV-запись). Распределённая база данных DNS поддерживается с помощью иерархии DNS-серверов, взаимодействующих по определённому протоколу. SNMP (SimpleNetworkManagementProtocol – простой протокол сетевого управления) – стандартный интернет-протокол для управления устройствами в IP-сетях на основе архитектур TCP/UDP. К поддерживающим SNMP устройствам относятся маршрутизаторы, коммутаторы, серверы, рабочие станции, принтеры, модемные стойки и другие. Протокол обычно используется в системах сетевого управления для контроля подключённых к сети устройств на предмет условий, которые требуют внимания администратора. Он состоит из набора стандартов для сетевого управления, включая протокол прикладного уровня, схему баз данных и набор объектов данных. SSH (SecureShell – «безопасная оболочка») – сетевой протокол прикладного уровня, позволяющий производить удалённое управление операционной системой и туннелирование TCP-соединений (например, для передачи файлов). Схож по функциональности с протоколами Telnet и rlogin, но, в отличие от них, шифрует весь трафик, включая и передаваемые пароли. SSH допускает выбор различных алгоритмов шифрования. SSH-клиенты и SSH-серверы доступны для большинства сетевых операционных систем. SNTP (SimpleNetworkTimeProtocol) – протокол синхронизации времени по компьютерной сети. Является упрощённой реализацией протокола NTP. Используется во встраиваемых системах и устройствах, не требующих высокой точности, а также в пользовательских программах точного времени. ARP (AddressResolutionProtocol – протокол определения адреса) – протокол в компьютерных сетях, предназначенный для определения MAC-адреса по IP-адресу другого компьютера. RARP (ReverseAddressResolutionProtocol – обратный протокол преобразования адресов) – протокол сетевого уровня модели OSI, выполняет обратное отображение адресов, то есть преобразует физический адрес в IP-адрес. Протокол применяется во время загрузки узла (например, компьютера), когда он посылает групповое сообщение-запрос со своим физическим адресом. Сервер принимает это сообщение и просматривает свои таблицы (либо перенаправляет запрос куда-либо ещё) в поисках соответствующего физическому адресу IP-адреса. После обнаружения найденный адрес отсылается обратно на запросивший его узел. Другие станции также могут «слышать» этот диалог и локально сохранить эту информацию в своих ARP-таблицах. Серверы устанавливаются на DIN-рейки – металлические профили, используемые для крепления различного модульного оборудования в электрических щитах, шкафах или установочных коробках. Выпускается в нескольких разновидностях, именуемых по схожести вида профиля с буквой английского алфавита. Сравнительный анализ серверов последовательных интерфейсов. Рассматриваются модели 1-портовых серверов последовательных интерфейсов EKI-1521 производства Advantech и SE6101 производства EtherWAN.  Рисунок 3 – Серверы последовательных интерфейсов EKI-1521 и SE6101 Технические характеристики моделей представлены в таблице 2. Таблица 2 – Технические характеристики EKI-1521 и SE6101
В целом серверы имеют схожие характеристики, однако можно отметить, что модель EKI-1521 имеет более высокую скорость передачи данных и значительно меньшую стоимость, в свою очередь. модель SE6101 имеет большую вариативность при реализации интерфейса Ethernet, что дает преимущество в дальности передачи и более широком диапазоне рабочих температур. Вывод В ходе лабораторной работы была изучена номенклатура изделий промышленной автоматики в сфере промышленных серверов последовательных интерфейсов, проанализирован спектр выпускаемых изделий и проведен сравнительный анализ изделий одного назначения разных производителей. |