Há muitas formas de implementar a camada física. O equipamento de rede oferece uma vasta gama de opções de conetividade. Algumas redes estão bem definidas utilizando o modelo OSI, onde cabos, pontes, routers industriais, servidores em série, DTUs e PCs podem ser facilmente identificados. Por vezes, existem apenas alguns dispositivos ligados entre si através de algum tipo de rede proprietária, ou uma abordagem de caixa negra em que o serviço de rede está ligado ao dispositivo.
O dispositivo de troca de dados em série mais comum é um servidor de série, que é um dispositivo RS232, RS422 e RS485 utilizado para ligar dois ou mais dispositivos entre si. Todas as três interfaces utilizam os termos equipamento terminal de dados (DTE) e equipamento de comunicação de dados (DCE). Um DTE é um componente que pretende comunicar com outro componente noutro local, como um PC que comunica com outro PC. O DCE é o componente que comunica efetivamente ou executa as funções de gerador e recetor abordadas na norma. Os modems são um exemplo comum de DCE.
A interface entre DTE e DCE pode ser classificada de acordo com aspectos mecânicos, eléctricos, funcionais e de processo. As especificações mecânicas definem o tipo de conetor e o número de pinos. As especificações eléctricas definem as tensões de linha e as formas de onda, bem como os modos e efeitos de falha. As especificações funcionais incluem a temporização, os dados, o controlo e os fundamentos dos sinais, bem como os pinos funcionais a utilizar. A interface do programa especifica a forma como os sinais são trocados.
O RS485 é outro método de transmissão de dados em série. Oficialmente, é o EIA 485, ou o "Standard for Electrical Characteristics of Generators and Receivers Used in Balanced Digital Multipoint Systems" da Electronics Industry Association (EIA). Esta norma define um método para gerar zeros como impulsos de tensão. Lembre-se de que, apesar de todo o processamento de dados, enquadramento, agrupamento, roteamento e endereçamento realizados pelas camadas superiores, tudo se resume a empurrar 1s e 0s em algum meio físico.
O que é importante saber sobre o RS485 é que permite múltiplos receptores e geradores, e as características do cabo são especificadas em termos de velocidade e comprimento da sinalização. Os cabos típicos são pares torcidos blindados de fio de cobre, suficientes para taxas de sinalização típicas de 10 milhões de bits por segundo (Mbps). Esta norma define apenas as características eléctricas da forma de onda. Note-se que a RS485 não especifica quaisquer capacidades de controlo do meio - depende estritamente do dispositivo (normalmente um chip) ligado ao gerador. O RS-485 funciona normalmente com comprimentos de cabo de até 2.000 pés.
Um exemplo de uma rede de série simples pode ser uma série de registadores ligados através de uma ligação RS-485 a um PC que recebe os dados recolhidos por cada registador. O fabricante vende uma placa de rede que é instalada em cada videogravador e vem com instruções de ligação. Cada placa de rede é ligada em cadeia a outros cabos de rede através de uma série de cabos de par trançado blindados, que terminam numa placa de interface de rede no PC. Para além de conhecer as limitações do RS-485 (distância, blindagem, taxas de dados, etc.), não há realmente necessidade de conhecer e compreender as camadas de rede nesta disposição.
Por título, a norma RS422 é TIA/EIA 422 B, "Electrical Characteristics of Balanced Voltage Digital Interface Circuits" (Características eléctricas dos circuitos de interface digital de tensão equilibrada), desenvolvida pela Telecommunications Industry Association (em conjunto com a EIA). Semelhante à RS485; a principal diferença é o tempo de subida e as características de tensão da forma de onda. A RS422 permite normalmente comprimentos de cabo até 1,2 quilómetros e até 100.000 bits por segundo (kbps). A 10 milhões de bps (Mbps), o comprimento do cabo é limitado a cerca de 10 metros (Figura 4-3). Na presença de desequilíbrio no cabo ou altos níveis de ruído de modo comum, o comprimento do cabo pode ser reduzido ainda mais para manter a taxa de sinalização desejada.
O RS232C é provavelmente a forma mais comum de troca de dados em série. A TIA, mais uma vez com a EIA, chama-lhe oficialmente EIA/TIA 232 E, "Interface entre equipamento terminal de dados e equipamento de terminação de circuitos de dados utilizando troca de dados binários". O sufixo "E" indica uma versão superior à versão comum "C". Esta norma difere da RS422 e da RS485 na medida em que define tanto uma interface mecânica como uma interface eléctrica.
O RS232 é adequado para taxas de sinalização até 20 kbps e distâncias até 50 pés. Os zeros (espaços) e uns (marcas) são medidos com base na diferença de tensão do sinal comum (3 V dc = 0, -3 V dc = 1). As interfaces mecânicas mais comuns são os conectores D-sub 9 e D-sub 25.
Os circuitos de comutação (pinos) nos dispositivos RS232 estão divididos em quatro categorias: sinal comum, circuito de dados (dados enviados, dados recebidos), circuito de controlo (ou seja, pedido de envio, autorização de envio, DCE pronto, DTE pronto) e circuito de temporização.
As normas acima referidas são todas utilizadas em esquemas de comunicação em série concebidos para distâncias mais longas. Existe uma interface paralela universal designada por General Purpose Interface Bus (GPIB) ou IEEE-488. Pode interligar até 15 dispositivos, normalmente computadores pessoais e equipamento científico. Proporciona elevadas taxas de sinalização de dados até 1 Mbps, mas o seu comprimento é limitado. O comprimento total permitido do barramento é de 20 metros e a distância entre dispositivos não pode exceder 4 metros.
O bus IEEE-488 é uma interface paralela multiponto com 24 linhas acessíveis a todos os dispositivos. Estas linhas estão divididas em linhas de dados, linhas de handshake, linhas de gestão do bus e linhas de terra. A comunicação é digital e as mensagens são enviadas um byte de cada vez. O conetor é um conetor de 24 pinos; os dispositivos no bus utilizam tomadas fêmea, enquanto os cabos de interligação têm fichas macho correspondentes. Um cabo típico terá conectores macho e fêmea para permitir a ligação em cadeia entre dispositivos.
Um exemplo de uma implementação IEEE-488 é um sistema de medição concebido para avaliar o desempenho de células de amostras químicas. O tanque realiza o condicionamento da amostra (pressão, fluxo e controlo da temperatura) e a análise química (pH, oxigénio dissolvido e condutividade) de amostras de água. O tanque aloja o sensor de pressão, o detetor de temperatura por resistência (RTD), o termopar e a junção de referência. É utilizado um scanner de 30 pontos para multiplexar os dados de todos os sensores. O scanner liga-se a um computador de secretária ou portátil utilizando uma interface GPIB. Ao abrigo da norma IEEE-488, os dados podem ser adquiridos, armazenados, visualizados e reduzidos de forma eficiente e fiável utilizando aplicações no seu PC.
O meio utilizado para implementar a camada física é normalmente um conjunto de fios de cobre. O cabo de par trançado sem blindagem (UTP) é o mais económico. É leve, fácil de puxar, fácil de terminar e ocupa menos espaço na bandeja de cabos do que o par trançado blindado (STP). No entanto, é mais suscetível a interferências electromagnéticas (EMI).
O STP é mais pesado e mais difícil de fabricar, mas pode aumentar consideravelmente as taxas de sinalização num determinado esquema de transmissão. A torção cancela o campo magnético e o fluxo de corrente num par de condutores. Os campos magnéticos são gerados em torno de outros condutores que transportam grandes correntes e em torno de grandes motores eléctricos. Existem várias classes de cabos de cobre disponíveis, sendo a classe 5 a melhor e mais cara. Os cabos de cobre de classe 5 adequados para aplicações de 100 Mbps têm mais torção por polegada do que os cabos de cobre de classe inferior. Mais torções por polegada significam mais metros lineares de fio de cobre utilizados para constituir um cabo, e mais cobre significa mais dinheiro.
A blindagem fornece uma forma de refletir ou absorver os campos eléctricos que rodeiam o cabo. A blindagem tem muitas formas, desde tranças ou malhas de cobre até fita Mylar aluminizada enrolada em cada condutor e pares torcidos.
Como as aplicações dos utilizadores exigem larguras de banda cada vez maiores, a fibra ótica é cada vez mais utilizada. O termo "largura de banda" refere-se tecnicamente à diferença entre as frequências mais alta e mais baixa de um canal de transmissão, medida em Hertz (Hz). Mais comummente, representa a capacidade ou a quantidade de dados que podem ser enviados através de um determinado circuito.
A largura de banda padrão que utiliza o cabo de fibra ótica é de 100 Mbps. Quando foi introduzida pela primeira vez, a fibra ótica era considerada apenas para aplicações especiais, porque era cara e difícil de utilizar. Nos últimos anos, a procura de maior largura de banda combinada com fibra ótica mais fácil de utilizar tornou-a mais comum. São fornecidas ferramentas e formação para a instalação e resolução de problemas de fibra ótica.
Existem três tipos básicos de cabos de fibra ótica: multimodo com indexação gradual, multimodo com indexação graduada e monomodo. A fibra multimodo é normalmente accionada por LEDs em ambas as extremidades do cabo, enquanto a fibra monomodo é normalmente accionada por um laser. A fibra monomodo pode atingir larguras de banda mais elevadas do que a fibra multimodo, mas é mais fina (10 microns) e fisicamente mais fraca do que a fibra multimodo. O equipamento para transmitir e receber sinais de fibra ótica monomodo custa muito mais (pelo menos quatro vezes) do que os sinais multimodo.
Uma vantagem clara dos cabos de fibra ótica é a imunidade ao ruído. Embora as classificações de incêndio devam ser observadas, os cabos de fibra ótica podem ser encaminhados através de áreas de alto ruído com impunidade. Os cabos que passam por vários espaços numa fábrica devem cumprir as classificações do sistema de ventilação de incêndio/ventilação/ar condicionado (HVAC) da National Fire Protection Association (NFPA).
Palavras-chave: Terminal de transmissão de dados Ethernet industrial
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