Полевой кабель для цифрового сигнала

HART протокол цифровой передачи данных приборов КИПиА

Протокол связи HART — это протокол для адресуемых по шине полевых устройств (датчиков). Протокол HART, как таковой, не является полевой шиной — он является вариантом цифровой полевой связи, выполняющим многие функции полевых шин. При HART-связи полевые устройства традиционно подключаются через выходные токовые контуры 4-20 мА. Цифровой HART сигнал накладывается на аналоговый сигнал с помощью метода частотной модуляции FSK (Frequency Shift Keying). Это позволяет передавать данные измерений, информацию о настройках и состоянии полевого устройства (датчика), не затрагивая аналоговый сигнал.

HART обеспечивает цифровую двунаправленную связь между датчиком и вторичным прибором или контроллером. Время отклика HART около 500 мс, скорость передачи равна 1200 бит/с. Протокол связи HART может применятся и во взрывоопасных зонах в том случае, если развязывающие устройства (барьеры взрывозащиты) поддерживают HART протокол.

Имеются два способа реализации HART связи с датчиками:

1. Стандартное соединение равноправных узлов, когда на сигнал 4-20 мА накладывается частотно-модулированный сигнал. Это обеспечивает цифровое соединение максимум двух устройств HART Данный вид соединения обычно используется при настройке датчиков (полевых устройств). Выходной аналоговый сигнал 4-20 мА датчика при данном соединении изменяется в соответствии с величиной контролируемого параметра.
2. Режим многоточечной связи с полевыми устройствами, при котором им присваиваются «сетевые» адреса шины. К одной паре проводов может быть подключено до 15 датчиков. Их количество определяется длиной и качеством линии, а также мощностью блока питания датчиков. Все датчики в многоточечном режиме имеют свой уникальный адрес от 1 до 15, и обращение к каждому идет по соответствующему адресу. Полевые устройства, которым присвоен адрес 0, отключены от шины и данные с них не могут быть считаны по HART. В режиме многоточечной связи обмен данными производится также по двухпроводной линии — но только с помощью частотно-модулированного сигнала — выходной сигнал датчика зафиксирован на определенной величине и не изменяется.

Частотно-модулированный сигнал — это переменный ток амплитудой +/-0.5 мА с частотой 1200 Гц для цифровой единицы и 2200 Гц для цифрового нуля. Среднее значение этого синусоидального сигнала равно нулю, так что он не оказывает влияния на сигнал 4-20 мА и не искажает показания датчика.

Токовый модулированный HART сигнал преобразуется в напряжение на внутреннем входном сопротивлении приемника. Чтобы обеспечить надежный прием сигнала, протокол HART определяет полную нагрузку токового контура, включая сопротивление кабеля, которая должна быть в пределах от 230 Ом до 1100 Ом. Обычно, однако, верхний предел определяется не этой спецификацией, а ограниченной нагрузочной способностью источника питания.

Управление доступом по протоколу HART.

Протокол HART функционирует согласно принципу ведущий-ведомый, и все операции связи инициируются ведущим устройством. Протокол HART поддерживает два ведущих устройства: первичный ведущий, обычно система управления, и вторичный ведущий — блок управления, который используется в полевых условиях (ноутбук с HART модемом или ручной управляющий модуль — HART коммуникатор). Распределение активности ведущих устройств при управлении ведомым, выполняется на временной основе. После каждой транзакции одно из двух ведущих устройств может принимать на себя связь внутри определенного временного окна.

Полевые устройства HART (датчики с поддержкой HART) являются ведомыми устройствами и всегда реагируют только на запрос ведущего устройства HART. При работе коммуникационные узлы можно добавлять или удалять, не прерывая процесса связи.

Для настройки датчиков с поддержкой HART используются либо ручные управляющие модули — коммуникаторы, либо связка ПК-HART модем-специальное программное обеспечение. Несмотря на то, что HART протокол является стандартизированным и открытым протоколом не все устройства могут быть сконфигурированы с помощью одного HART коммуникатора или модема со специализированным программным обеспечением (например, PACTware). Большинство производителей выпускает коммуникаторы и модемы предназначенные, в большинстве случаев, для работы только с выпускаемыми этим же производителем приборами. Некоторые модели коммуникаторов (правильнее их будет называть пультами настройки с поддержкой HART) и вовсе могут работать только с одним определенным типом датчиков, но при этом их стоимость на порядок меньше, чем стоимость универсальных коммуникаторов.

При подключении HART коммуникатора или модема к не поддерживаемому типу датчиков в лучшем случае удается посмотреть (иногда и изменить) диапазон измерения, единицы измерения, величину выходного сигнала, а также откалибровать точку нуля. Откалибровать чувствительность или зайти в меню расширенных настроек Advanced setup в большинстве случаев не удастся. Для того, чтобы получить возможность работы с данным типом датчиком нужно загрузить в коммуникатор (или программное обеспечение модема) файл-описание этого датчика, так называемый драйвер описания устройства (DD или DTM)

Скачать необходимые DD и DTM файлы для новых устройств с поддержкой HART или для тех устройств, которые отсутствуют в штатной библиотеке HART коммуникатора или программного обеспечения модема можно на официальном сайте ассоциации HART Communication Foundation или на сайте производителя применяемого оборудования КИП.

Выбор кабеля для HART связи.

Длина проводки в большинстве установок не превышает 3000 метров — это значение равно максимальной длине кабеля для HART. Однако максимальная длина кабеля может быть меньше в зависимости от электрических характеристик кабеля — особенно его емкости — и количества подключенных устройств (коммуникационных узлов). В таблице показано, какое ограничение емкость кабеля и количество подключенных устройств накладывают на максимальную длину кабеля для HART связи.

Указанные в таблице значения относятся к типичным устройствам HART в не искробезопасных или взрывозащищенных окружающих средах, то есть без влияния различных последовательных импедансов. Подробная информация о вычислении максимальной длины кабеля для всех контуров HART предоставлена в спецификации физического уровня HART.

Количество устройств в сети	Длина кабеля при погонной емкости, м
	65 пФ/м	95 пФ/м	160 пФ/м	225 пФ/м
1	2800	2000	1300	1000
5	2500	1800	1150	900
10	2100	1600	1000	750
15	1800	1400	900	700

Как правило, проводка HART должна выполняться витой парой. Если используются очень тонкие и/или длинные кабели, то сопротивление кабеля и, следовательно, полная нагрузка увеличиваются. В результате растет ослабление и искажение сигнала, в то время как критически важная скорость передачи данных в сети уменьшается. Если возможны электромагнитные помехи со стороны другого работающего рядом оборудования, то кабели должны быть экранированными, особенно при большой длине линий связи. Сигнальный контур и кабельный экран должны заземляться только в одной общей точке.

Согласно спецификации HART при выборе типа кабеля нужно следовать следующим основным правилам:

• Для коротких расстояний (несколько десятков или сотен метров) достаточно простых не экранированных двухпроводных линий с сечением жил не менее 0,2 мм2;
• Для расстояний до 1,5 км должны использоваться отдельные витые пары с общим экраном кабеля сечением более 0,2 мм2;
• Для расстояний от 1,5 км до 3 км необходимы отдельные витые двухпроводные линии, экранированные попарно с сечением жил проводов не менее 0,2 мм2.

Важная особенность протокола HART — возможность использования существующей проводки. Спецификация HART не предписывает какого-то специального типа разъема для подключения коммуникатора или HART-модема, поскольку полярность не влияет на оценку частоты сигнала HART. Поэтому подключение HART коммуникаторов и модемов к линиям связи 4-20 мА датчиков осуществляют с помощью простых зажимных клемм, например, типа «крокодил» или «паучья лапка».

При установке устройств с поддержкой HART убедитесь, что нагрузка устройства HART не превышает 1100 Ом согласно спецификации на данный протокол связи. Технологический контроллер или вторичный прибор должны быть способны обеспечить питание для подключенного двухпроводного устройства HART.

Достоинства и недостатки протокола HART.

Протокол связи HART имеет следующие достоинства:

• Простая настройка, сервис и техническое обслуживание устройств с поддержкой HART;
• Совместимость с обычными аналоговыми полевыми устройствами и датчиками;
• Открытый стандарт, доступный каждому изготовителю оборудования КИП;
• Достаточно высокая помехоустойчивость.

Согласно исследованию, проведенному компанией ARC Advisory Group в конце 2010 года 46% от 69,2 млн. контрольно-измерительных приборов и устройств, установленных по всему миру имеют поддержку HART и тенденция увеличения количества подобных устройств сохраняется.

Главным недостатком HART является то обстоятельство, что усовершенствования протокола могут производиться только в области программного обеспечения, а не в аппаратной части протокола (в связи с необходимостью поддерживать совместимость со «стареющей» технологией аналоговой аппаратуры). Следовательно, сегодня HART является медленной технологией по сравнению с другими протоколами и системами связи.

Дополнительные сведения о HART протоколе можно найти в энциклопедии АСУТП.

Источник

Выбираем коаксиальный кабель для цифрового телевидения

Для приёма телесигнала необходимо, чтобы антенна и телевизор (приставка) были соединены кабелем. При этом от качества провода во многом зависит то, насколько хорошим будет воспроизведение телепередач. Разберёмся, как устроен антенный кабель для цифрового телевидения, какие марки лучше выбирать, чтобы не переплатить.

Как устроен телевизионный кабель

Для передачи принятых антенной сигналов необходим не просто провод, а кабель коаксиального типа. Сам этот термин с латыни переводится как «соосный» и означает, что на одной оси лежат два проводника.

Коаксиальный кабель для телевизора имеет в своём составе следующие части:

• Внешняя изоляционная оболочка. Предохраняет фидер от механических повреждений и замыканий.
• Экран. Его задача – защита проводника от индуктивных наводок. Без экрана сам фидер превращается в одну длинную антенну, принимающую не то, что нужно, а всё подряд (как правило, шумы от работающих электроприборов и даже наводки от сетей переменного тока). Экран работает по принципу «клетки Фарадея» и состоит из оплётки (собранной из тонких проводников), алюминиевой фольги, синтетической плёнки и их разнообразных комбинаций.
• Внутренняя изоляция. Её задача – не дать произойти замыканию экранирующего слоя на центральную жилу. Если оно произошло, само экранирование теряет смысл.
• Центральная жила. По ней происходит передача сигнала. Выполняется либо из меди (в высококачественных, но дорогих кабелях), либо из стальной проволоки, покрытой гальванически слоем меди.

Что важно при выборе

Выбор кабеля для ТВ-антенны происходит с оглядкой на 7 главных факторов:

• Материал внешней оболочки.
  В производстве фидеров используют два варианта – ПВХ и светостабилизированный (то есть стойкий к воздействию ультрафиолетовых лучей) полиэтилен. ПВХ идеален для того, чтобы применять его внутри квартиры (например, при подключении к коллективной антенне или кабельному ТВ). А вот для наружной прокладки ничего лучше полиэтилена пока не придумали. Неподходящий тип покрытия приведёт к повреждениям кабеля и его пробою.
• Прочность внешнего слоя.
  Достаточно на отрезке фидера попробовать внешнюю ПЭ- или ПВХ-оболочку, потянув её на себя. Если она легко двигается, кабель использовать не надо: при изгибании возможно повреждение экрана.
• Длина трассы, по которой будет проходить кабельный канал.
  Чем длиннее, тем больше потерь мощности сигнала из-за сопротивления проводника. Поэтому там, где нужно прокладывать длинную трассу (от 10 м и более), лучше использовать кабель с медной центральной жилой, а не со стальной;
• Мощность поступающего сигнала.
  Приём телевизионных передач наземной ретрансляции стандарта DVB-T2 обеспечивает аппаратуру достаточно мощными импульсами, это же касается и кабельного ТВ. А вот мощность сигнала, идущего со спутника, невелика. Поэтому для тарелок лучше выбирать кабели с медным сердечником.
• Диаметр центральной жилы.
  Чем она толще, тем меньше потери при прохождении сигнала. Однако слишком толстые проводники могут потребовать специальных переходников для того, чтобы использоваться в стандартных разъёмах.
• Толщина кабеля.
  Обычно чем мощнее фидер, тем больше слоёв экранирования использовано, толще центральная жила и надёжнее изоляция. Однако это лишь ориентировочный признак. Высококачественный тонкий шнур может подходить для прокладки лучше, чем толстый низкого качества. Об этом расскажем ниже.
• Материала центральной жилы.
  Медь лучше передаёт сигнал, плакированная сталь прочнее. Проверить, из чего сделана жила, легко: нужно взять магнит и поднести к кабелю. Если есть притяжение, значит, сталь, нет – медь.

Дополнительно можно ориентироваться на следующие признаки:

• Отзывы о конкретных марках.
  Смотреть лучше на форумах телемастеров, а не в интернет-магазинах: больше вероятность, что конкретный отзыв не проплачен, а составлен на основании практического опыта.
• Производитель.
  Есть несколько брендов, нареканий к продукции которых нет (например, итальянская фирма Cavel). Для других надо смотреть параметры конкретной марки.

Источник

Какой кабель выбрать для видеонаблюдения – основные виды и их характеристики

Установка любой системы видеонаблюдения, за исключением беспроводной, никогда не обходится без кабеля. По кабелю передается видеосигнал от камеры к видеорегистратору, осуществляется питание, а также подключаются дополнительные устройства, например, микрофон. Разновидностей видеокабеля на сегодняшний день не так уж и много, в этом материале мы расскажем вам о наиболее распространенных и повсеместно используемых.

Выбор кабеля для видеонаблюдения зависит от ряда основных моментов. Например, при установке IP видеонаблюдения обычно применяется провод «витая пара», т. е. обычный сетевой LAN, подобно тому, с помощью которого мы подключаем компьютер к сети интернет. Кабель для IP видеонаблюдения имеет одну интересную особенность: при помощи него можно не только осуществить подключение камеры к видеорегистратору для передачи видеосигнала, но и подать питание на камеру, а также подсоединить звукозаписывающее устройство. О витой паре мы еще поговорим далее. Также мы разберем 3 основных типа кабелей, применяемых для целей видеонаблюдения, но обо всем по порядку.

1. Коаксиальный кабель для видеонаблюдения

Составные элементы коаксиального кабеля

Для подключения аналоговых камер наиболее часто используется коаксиальный кабель для видеонаблюдения, вроде того, по которому внешняя антенна подключается к телевизору или приемнику. Этот тип кабеля представляет собой медную жилу, заключенную в толстый слой пенистого диэлектрика, который покрыт снаружи экранирующей защитной оболочкой, благодаря которой обеспечивается хорошая защита от помех и возможных потерь сигнала. Наиболее часто для видеонаблюдения используются отечественные марки РК-75-2-13,РК-75-4-12 (РК – радиочастотный кабель), или импортные аналоги – RG-59, RG-6, RG-11.

При выборе коаксиального кабеля необходимо учитывать такие немаловажные параметры, как длина и место прокладки (внутри помещения или на улице), и в зависимости от этого приобретать подходящую марку провода.

При значительном удалении камер от видеорегистратора и друг от друга (длина линии более 200-300 метров), передаваемый сигнал может значительно ослабнуть: здесь действует простая аксиома – чем кабель длиннее и тоньше, тем больше потерь сигнала. Так что при выборе очень важно учитывать расстояние прокладки, и, исходя из него, уже выбирать подходящий кабель для систем видеонаблюдения.

К примеру, РК-75-2-13 мы прокладываем при длине линии, не превышающей 100 метров, а при более значительных расстояниях (от 100 до 300 метров) используем марки РК-75-3-…, при расстояниях свыше 300 метров обычно применяем UTP (об этом ниже).

Кабель RG-6 отличается от своих российских аналогов РК-75 в первую очередь тем, что имеет больший диаметр центрального проводника и оболочки. Также он способен пропускать несколько больший диапазон частот, нежели РК-75, к примеру, камеры типа HD-SDI отказываются работать с РК, и прекрасно передают сигнал по RG-6 при длине линии более 10 м.

Для наглядности и больших подробностей приведем таблицу, отражающую зависимость типа провода от расстояния.

Выбор кабеля в зависимости от расстояния регистратора до камеры

Выбирая коаксиальный кабель для видеонаблюдения, обязательно убедитесь в том, чтобы центральный проводник был полностью медным, в противном случае сигнал будет очень слабым.

Помимо всего прочего, коаксиальный кабель различается по другим техническим критериям, таким как:

• Гибкость – в случаях, когда прокладка видеокабеля предполагает его изгиб в нескольких местах, необходимо приобретать провод с многожильным центральным проводником, который будет иметь повышенную гибкость, по сравнению с монолитным.
• Волновое сопротивление – для видеонаблюдениия наиболее часто применяются кабели с сопротивлением 75 Ом;
• Степень защиты от помех – наличие экранирующих оболочек;
• Диаметр изоляции;
• Степень затухания сигнала;

Плюсы. Основным преимуществом данного типа кабеля является его высокая устойчивость к помехам, доступная цена, способность передачи как видео, так и аудио сигнала.

Минусы. К недостаткам коаксиального кабеля можно отнести высокую стоимость коннекторов, легкую повреждаемость, ограничения по расстоянию прокладывания. При использовании марок РК возникает необходимость в отдельной прокладке провода питания, хотя этот момент не всегда можно отнести к недостаткам, т. к. для бюджетных систем вариант питания по отдельному кабелю будет гораздо дешевле – экономия заключается в подаче питания на несколько камер одновременно, а также в высокой стоимости КВК.

Также при осуществлении питания отдельно от основного кабеля передачи сигналов появляется возможность подключения камер к сети вдали от видеорегистратора, что практически невозможно сделать при помощи комбинированного кабеля.

2. Комбинированный кабель с питанием

В случаях, когда питание камеры и передача сигнала осуществляется из одной точки удобнее всего использовать комбинированный кабель для систем видеонаблюдения. Он подходит как для аналоговых, так и для цифровых устройств. Это все тот же коаксиальный провод с сопротивлением 75 Ом, но уже в одной связке с проводами питания. Благодаря такому сплетению питание камер и передача сигнала может обеспечиваться без прокладки дополнительных проводов.

Также в дополнение ко всему в таком кабеле могут иметься провода для подключения дополнительных функциональных элементов (например, микрофона), и для осуществления управления камерой (например, для управления поворачивающим устройством камеры). В качестве примера можно привести кабель ККСЭВ, который имеет помимо коаксиальной жилы разделенные провода для питания и аудио сигнала.

Комбинированный высокочастотный кабель (КВК) с жилами питания является одним из самых дорогостоящих. Он применяется при создании системы видеонаблюдения, в которой каждая камера будет подключаться к сети при помощи отдельного блока питания, каждый выход +12В которого оснащен индивидуальным предохранителем, либо при небольшом количестве камер.

Среди наиболее часто используемых комбинированных кабелей для видеонаблюдения можно назвать следующие марки: КВК-2П, КВК-В-2.

3. Витая пара

UTP кабель для видеонаблюдения, или «витая пара»

Обычно мы прибегаем к использованию витой пары в тех случаях, когда дальность предполагаемой линии от камеры до устройства приема сигнала составляет от 300 до 1000 м (расстояние возможной прокладки рабочей линии видеонаблюдения при помощи витой пары может составлять до 3 км.). Удобство использования этого типа кабеля для систем видеонаблюдения заключается в большом количестве проводников под одной оплеткой. Благодаря этому можно по одной линии подвести и питание к камерам, и осуществить передачу основных сигналов (видео, аудио), и задействовать оставшиеся проводки для обеспечения управления камерой, а также для подключения дополнительной камеры (проводников в кабеле хватает – 8 шт.).

В зависимости от особенностей строения различают несколько видов кабеля «витая пара» – UTP, FTP, STP.

• UTP кабель самый простой, он не имеет защитных экранирующих оболочек, и представляет собой 8 изолированных, попарно скрученных проводников, помещенных в общую защитную оболочку. К недостаткам UTP кабелей можно отнести их низкую устойчивость к помехам, поэтому в случаях прокладки коммуникаций для видеонаблюдения рядом с электропроводкой, и другими источниками помех, лучше использовать кабели с дополнительной защитой.
• FTP кабель отличается наличием общей фольгированной экранирующей оболочки. Благодаря ее наличию данный кабель можно прокладывать рядом с кабелями электропроводки и другими источниками помех. Очень важно следить за сохранностью фольгированного экрана, и не превышать минимальный радиус изгиба — не более 8 внешних диаметров кабеля. Внешняя защита кабеля может быть выполнена как из ПВХ так и твердого полиэтилена.
• STP кабель также имеет общую защитную оболочку, но уже не из фольги, а из медной оплетки. Помимо этого, каждый проводник в таком кабеле цельномедный, изолированный полиолефином, и имеет индивидуальный защитный экран из фольги. Внешняя изоляция как правило выполняется из огнестойкого ПВХ. Применение данного типа кабеля необходимо в случаях прокладки свыше 90 метров при наличии многочисленных источников помех.

При прокладке STP кабеля необходимо заземлить экран, иначе он будет работать подобно антенне, притягивающей электромагнитное излучение!

Кабель витая пара для камер видеонаблюдения довольно легко прокладывать и подключать, поэтому в случаях частого изменения структуры видеонаблюдения, а так же при подключении большого количества камер на дальние расстояния мы советуем использовать именно UTP кабель.

Несомненным преимуществом витой пары является большое количество проводников, благодаря чему обеспечивается подключение всех основных функциональных элементов. Также данный кабель имеет и более низкую стоимость по сравнению с коаксиальным.

В одном источнике описывается опыт подключения камер на 700 метров. Коллеги делятся своими наблюдениями, что UTP в их случае собирал намного меньше помех, по сравнению с экранированным FTP, так что, пожалуй, UTP кабель для видеонаблюдения является наилучшим выбором в таких случаях. Но возможно они просто забыли заземлить экран, кто знает…

При подключении аналоговых камер при помощи такого кабеля в качестве переходника используют приемопередатчики (Video Baloon), которые также снимают помехи с кабеля. Предлагаем вам посмотреть очень доходчивое видео о подключении камеры видеонаблюдения при помощи витой пары.

Кабель для систем IP видеонаблюдения

Кабель для ip видеонаблюдения с коннектором RJ-45

Для подключения цифровых IP камер используется тот же UTP кабель с обжатыми коннекторами RJ-45 на обоих концах. Его преимущество заключается в возможности прокладки одной общей линии витой пары для целой системы IP камер видеонаблюдения, с использованием коммутатора (свитч). Питание камер при этом можно реализовать тремя способами:

1. Прокладка отдельного кабеля питания к каждой камере;
2. Монтаж блоков питания в местах установки каждой камеры;
3. Электропитание камер при помощи свободных проводов в витой паре.

Третий вариант подходит только для тех случаев, когда камера и коммутатор поддерживают технологию PoE (Power of Ethernet), позволяющую осуществлять питание посредством Ethernet кабеля для IP видеонаблюдения, в других случаях необходимо применение инжекторов Passive PoE, которые позволяют объединить передачу сигнала и питания с обеих сторон одного кабеля.

Какой лучше выбрать?

Какой кабель выбрать для системы видеонаблюдения?

Как правило, выбор подходящего типа кабеля для видеонаблюдения зависит от конкретной ситуации, ваших желаний и выбранных камер. В случае с IP камерами это практически всегда однозначное использование UTP кабеля с коннекторами RJ-45, аналоговое видеонаблюдение с небольшим количеством камер может обойтись и обычным коаксиалом при расстояниях, не превышающих 100-300 метров, а для возможности питания и передачи сигнала по одному кабелю необходимо использовать либо комбинированный кабель для видеонаблюдения с питанием, либо витую пару. При большом количестве камер и более значительных расстояниях мы бы рекомендовали вам применение витой пары – UTP, FTP или STP кабель – в зависимости от расстояний, места использования (улица, внутренние помещения) и источников помех.

Различия по месту прокладки коммуникаций будут заключаться в том, что для наружных камер необходимо использовать кабель с защитной внешней изоляцией из твердого полиэтилена, а для внутренних систем видеонаблюдения можно взять из обычного ПВХ. Также кабель для наружного монтажа может иметь в конструкции несущий трос из стали, который необходим для усиления прочности кабеля при прокладке кабеля по воздуху (КВК-Пт).

В этой статье мы постарались по максимуму разобрать вопрос о том, как правильно выбрать кабель для видеонаблюдения, рассказали об основных видах и их характеристиках, постарались максимально подробно осветить те конструктивные отличия, которые играют основную роль при выборе наиболее подходящего кабеля в зависимости от той или иной системы видеонаблюдения и ваших предпочтений. Желаем вам удачи и надеемся, что данный материал останется полезным для вас!

Источник