Při rekonstrukcích sítí předávacích stanic na sídlištích či v průmyslových areálech se můžeme octnout v situaci, kdy moderní procesní stanice potřebujeme propojit sítí Ethernet, ale jednotlivé strojovny jsou historicky spojeny buď sériovou komunikační linkou (RS485), nebo dokonce jen telefonním vedením. Pokládka nového vedení, typicky optického kabelu, je cenově a někdy i termínově neprůchodná.
Některé dnes dodávané systémy sice umí komunikovat mezi sebou i na centrálu (SCADA) kromě Ethernetu i po sériových linkách, a to standardizovanými protokoly - např. Modbus RTU, BACnet MS/TP, či protokoly firemními. Toto řešení s sebou ovšem přináší značná omezení. Kromě výrazně nižší efektivní rychlosti přenosu dat nemůžeme sběrnici využít pro další služby, například servisní přístup k PLC (výjimkou je SSCP v Merbon PLC nebo nativní BACnet MS/TP), webový přístup nebo připojení cizích systémů přes rozhraní Ethernet.
Někdy může v těchto případech pomoci nasazení VDSL převodníků (nástupce ADSL). Tato zařízení dokáží ze síťového hlediska fungovat jako bridge: propojují dvě sítě Ethernet (v našem případě dvě domovní stanice) na linkové vrstvě, což znamená, že pro IP komunikaci jsou zcela transparentní a nevyžadují žádnou konfiguraci. Spojení mezi převodníky vyžaduje běžný telefonní kabel, tzn. není ani nutná kroucená dvojlinka, používaná pro sběrnici RS485. Výsledkem je tedy soustava Ethernetových linek „bod – bod“, které jsou ve strojovnách propojeny navzájem, s PLC a případně s dalšími zařízeními (obslužné terminály) pomocí průmyslových switchů.
Přehledová stránka CZT Příbor ve vizualizaci Merbon SCADA
Použité VDSL převodníky, Planet VC-231G, pracují v párech. Existují i centrální (např. osmiportové) huby, které paprskovitě připojuje ostatní stanice – tato možnost by sice vycházela výhodněji co do ceny komponent, ale není realizovatelná právě kvůli původní topologii kabelů. Ta byla linková, kabely byly vedeny od jedné stanice k druhé a celá linka končila v budově kotelny. Díky tomu, že v kabelech bylo více párů a většina z nich rezervní, bylo v průběhu uvádění do provozu možné topologii mírně pozměnit a tím dosáhnout výhodnějších přenosových vlastností.
VDSL převodníky se na dvojlinku připojují pomocí konektoru RJ11, klasické telefonní zásuvky. Protože dosažená přenosová rychlost (a ostatně funkce převodníku vůbec) je výrazně závislá na kvalitě linky, pro přechod mezi tenkým kablíkem ze šňůry s konektorem RJ11 na pevné vedení použijeme Wago svorky. Rozhodně se vyhýbáme běžným elektrikářským „čokoládám“ nebo motaným spojům. Ty jsou zdrojem nevyzpytatelných závad, které se mohou objevit až časem a projevují se nepravidelnými výpadky. Wago svorky se navíc snadno opakovatelně rozpojují, což je výhodné při galvanické kontrole vedení propískáváním. Je vhodné si předem připravit propojovací kablíky, které získáme rozstřižením telefonních šňůr RJ11 (bývají přiloženy u VDSL modemů) a pocínováním vodičů na volném konci kabelu.
Při uvádění do provozu zkontrolujeme pozice DIP přepínačů. Výchozí polohy jsou ON, tedy CPE (Slave), Interleave, Symetrický přenos a 8 dB. Obvykle stačí na převodníku v roli Master přepnout DIP1, ostatní nastavení měníme pouze v případě potíží.
DIP1 – CO nebo CPE
CO (Central Office) je Master, CPE (Customer Premises Equipment) je Slave. Role se týkají navazování komunikace a vyjednávání přenosových parametrů. Na dvojlince je vždy proti sobě Master a Slave. Jelikož další parametry se nastavují pouze na převodníku s rolí Master a Slave je přebírá, je výhodné mít mastery na místě, které je lépe dostupné (například v kotelně s vizualizací a ne ve výměníkové stanici, umístěné v jiné budově pod několika zámky či dokonce s režimovým přístupem).
DIP2 – Ochrana proti rušení - G.INP nebo Interleave
G.INP je technologie, která zajistí okamžité znovuodeslání paketu v případě, že jeho přenos byl narušen.
Interleaving spočívá v rozdělení paketů na části a jejich přeskládání tak, aby ve finále byly celé pakety odolnější vůči krátkodobému zarušení – po seskládání zpět je vždy porušena pouze část každého paketu, přičemž zbytek jde zrekonstruovat díky redundanci. Tato manipulace s daty ale z principu vždy vede k latenci až 40 ms, což může negativně ovlivnit např. herní aplikace nebo přenos hlasu.
Zřejmě zde platí, že pro méně zarušené linky je výhodnější použít G.INP, protože k opakování paketů nedochází tak často, aby to mělo negativní vliv na celkovou propustnost, a zároveň se vyhneme latenci, ke které dochází u interleavingu. Pokud je ovšem linka horší kvality, vyplatí se použít interleaving, neboť s G.INP by opakování paketů bylo tak časté, že výsledná propustnost by byla horší než interleavingové zpoždění „z definice“.
DIP3 – Profil pásma: symetrický nebo asymetrický
Asymetrický profil umožňuje pro každý směr přenosu jinou přenosovou rychlost. Použili bychom ho v případě, kdy se trvale očekává v jednom směru výrazně (řádově) vyšší přenosová rychlost, například je-li linka využívána výhradně k zálohování.
Symetrický profil poskytuje pro oba směry přibližně stejnou propustnost, což odpovídá převážné většině aplikací.
DIP4 – SNR Margin 12 dB nebo 8 dB
Síla signálu vůči hladině šumu. Lepší odolnosti vůči přeslechům se dosahuje při vyšším odstupu signálu od šumu (12 dB), ale přenosová rychlost je pak nižší.
Při návrhu topologie jsme omezeni existující sítí sdělovacích kabelů. Protože pro dosažitelnou přenosovou rychlost převodníků je rozhodující kvalita a délka vedení, snažíme se, aby propojení mezi jednotlivými dvojicemi Master – Slave bylo vždy co nejkratší a pokud možno v jednom kabelu, bez spojování více segmentů do série. Právě spoje jsou kritickými místy a mohou způsobit dočasné nebo trvalé výpadky, které se špatně diagnostikují.
Maximální délka spojení mezi převodníky je 1,4 km při průměru vodiče 0,5 mm. Nejvyšší dosažitelné přenosové rychlosti závisí na délce a kvalitě vedení:
Max. přenosové rychlosti v Mbps pro mód Interleave. Pro mód G.INP se nijak významně neliší. Zdroj: Planet Technology Corp.
V jednom místě (uzlu) je tedy následující skladba přístrojů:
Schéma zapojení dvou uzlů
Jeden pár převodníků přináší do komunikace zpoždění cca. 14 ms. Řazení více spojů za sebou do série je možné, musíme jen počítat se součty těchto zpoždění. Latence vůči uzlu s vizualizací (kotelna = PC) vypadala takto:
Topologie sítě, časy u některých uzlů jsou odezvy příkazu ping vůči PC
Každý červený spoj představuje jeden pár VDSL převodníků. V sídlištní síti nepřesáhla délka spoje cca. 130 m, což je relativně málo (maximální povolená vzdálenost mezi převodníky je 1400 m). Poněkud nepřehledné propojení uzlů je dáno topologií existující kabeláže, některé kabely určitými uzly pouze procházely atd. Bylo by určitě možné navrhnout topologii vhodnější z hlediska celkové délky vedení, v tomto případě byla ovšem dána přednost tomu, aby stávající kabely byly pokud možno nenarušeny.
Přenosová rychlost nebyla v podstatě důležitá, neboť komunikace mezi každým PLC a centrálním PC potřebuje řádově desítky či stovky kbps. I když platí, že čím je spoj blíže k centrále, tím více dat přenáší, aktualizace hodnot je v řádu sekund a ani při nahrávání programů atd. nebyly zaznamenány viditelné rozdíly v chování sítě ve srovnání s běžnou sítí Ethernet 100 Mbps.
Během zkušebního provozu v létě roku 2022 docházelo k občasným výpadkům a zaseknutí některých segmentů sítě. Pomohla následující opatření:
Poslední, ale velmi důležitý bod je dokumentace: zejména u rekonstrukcí, kdy realizační projekt nemůže postihnout všechny změny a úpravy, k nimž při uvádění do provozu dochází, je bezpodmínečně nutné veškeré informace zaznamenávat do projektu skutečného provedení. Jde zejména o tyto údaje:
Kvalitní dokumentace skutečného provedení je důležitá nejen pro následný servis, ale i pro odstraňování potíží při uvádění do provozu.
