Jaringan dan Bus

Kabel antara tangki dan lokasi pemantauan disebut bus atau jaringan . Perbedaan antara kedua istilah ini lebih semantik daripada teknis, dan keduanya dapat digunakan secara bergantian untuk semua tujuan praktis. Menurut pengalaman saya, istilah "bus" biasanya digunakan untuk merujuk pada sekumpulan kabel yang menghubungkan komponen digital di dalam wadah perangkat komputer, dan "jaringan" adalah untuk sesuatu yang secara fisik lebih luas.

Dalam beberapa tahun terakhir, bagaimanapun, kata "bus" telah mendapatkan popularitas dalam menggambarkan jaringan yang mengkhususkan diri dalam interkoneksi sensor instrumentasi diskrit jarak jauh ("Fieldbus" dan "Profibus" adalah dua contoh). Dalam kedua kasus tersebut, kami mengacu pada cara dua atau lebih perangkat digital terhubung bersama sehingga data dapat dikomunikasikan di antara keduanya.

Nama-nama seperti "Fieldbus" atau "Profibus" tidak hanya mencakup pengkabelan fisik bus atau jaringan, tetapi juga tingkat tegangan yang ditentukan untuk komunikasi, urutan waktunya (terutama untuk transmisi data serial), spesifikasi pinout konektor, dan semua teknis pembeda lainnya. fitur jaringan.

Dengan kata lain, ketika kita berbicara tentang jenis bus atau jaringan tertentu berdasarkan namanya, kita sebenarnya berbicara tentang standar komunikasi. , kira-kira analog dengan aturan dan kosakata bahasa tertulis. Misalnya, sebelum dua orang atau lebih dapat menjadi sahabat pena, mereka harus dapat saling menulis dalam format yang sama.

Hanya memiliki sistem surat yang mampu saling mengirim surat saja tidak cukup. Jika mereka setuju untuk menulis satu sama lain dalam bahasa Prancis, mereka setuju untuk berpegang pada konvensi set karakter, kosa kata, ejaan, dan tata bahasa yang ditentukan oleh standar bahasa Prancis.

Demikian pula, jika kita menghubungkan dua perangkat Profibus bersama-sama, mereka akan dapat berkomunikasi satu sama lain hanya karena standar Profibus telah menetapkan detail penting seperti level tegangan, urutan waktu, dll. cukup untuk membangun sistem kerja (terutama jika perangkat dibuat oleh produsen yang berbeda!).

Untuk mengilustrasikan secara detail, mari kita rancang standar bus kita sendiri. Mengambil sistem pengukuran tangki air mentah dengan lima sakelar untuk mendeteksi berbagai tingkat air, dan menggunakan (setidaknya) lima kabel untuk menyalurkan sinyal ke tujuannya, kita dapat meletakkan dasar untuk BogusBus yang perkasa :

Pengkabelan fisik untuk BogusBus terdiri dari tujuh kabel antara perangkat pemancar (saklar) dan perangkat penerima (lampu). Pemancar terdiri dari semua komponen dan sambungan kabel di sebelah kiri konektor paling kiri (simbol “—>>—”). Setiap simbol konektor mewakili elemen laki-laki dan perempuan yang saling melengkapi. Kabel bus terdiri dari tujuh kabel di antara pasangan konektor.

Akhirnya, penerima dan semua kabel penyusunnya terletak di sebelah kanan konektor paling kanan. Lima dari kabel jaringan (berlabel 1 sampai 5) membawa data sementara dua dari kabel tersebut (berlabel +V dan -V) menyediakan koneksi untuk catu daya DC. Ada juga standar untuk colokan konektor 7-pin. Tata letak pin tidak simetris untuk mencegah koneksi "mundur".

Agar produsen dapat menerima sertifikasi "BogusBus-compliant" yang menakjubkan pada produk mereka, mereka harus mematuhi spesifikasi yang ditetapkan oleh perancang BogusBus (kemungkinan besar perusahaan lain, yang merancang bus untuk tugas tertentu dan mengakhiri sampai memasarkannya untuk berbagai tujuan). Misalnya, semua perangkat harus dapat menggunakan catu daya DC 24 Volt dari BogusBus:kontak sakelar di pemancar harus diberi peringkat untuk mengalihkan tegangan DC itu, lampu pasti harus diberi peringkat untuk ditenagai oleh tegangan itu, dan konektor harus bisa menangani semuanya.

Pengkabelan, tentu saja, harus sesuai dengan standar yang sama:lampu 1 sampai 5, misalnya, harus disambungkan ke pin yang sesuai sehingga ketika LS4 dari pemancar Pabrikan XYZ ditutup, lampu 4 dari penerima Pabrikan ABC menyala, dan seterusnya. pada. Karena baik pemancar maupun penerima mengandung catu daya DC dengan output 24 Volt, semua kombinasi pemancar/penerima (dari semua produsen bersertifikat) harus memiliki catu daya yang dapat dihubungkan dengan aman secara paralel.

Pertimbangkan apa yang bisa terjadi jika Pabrikan XYZ membuat pemancar dengan sisi negatif (-) dari catu daya 24VDC mereka yang terpasang ke arde dan Pabrikan ABC membuat penerima dengan sisi positif (+) dari catu daya 24VDC mereka yang terpasang ke arde. Jika kedua arde relatif "padat" (yaitu, resistansi rendah di antara keduanya, seperti yang mungkin terjadi jika dua arde dibuat di atas struktur logam bangunan industri), kedua catu daya akan masing-masing mengalami hubungan arus pendek. lainnya!

BogusBus, tentu saja, adalah contoh jaringan digital yang sepenuhnya hipotetis dan sangat tidak praktis. Ini memiliki resolusi data yang sangat buruk, membutuhkan kabel besar untuk menghubungkan perangkat, dan berkomunikasi hanya dalam satu arah (dari pemancar ke penerima). Namun, ini cukup sebagai contoh tutorial tentang apa itu jaringan dan beberapa pertimbangan yang terkait dengan pemilihan dan pengoperasian jaringan.

Ada banyak jenis bus dan jaringan yang mungkin Anda temui dalam profesi Anda. Masing-masing memiliki aplikasi, kelebihan, dan kekurangannya sendiri. Sebaiknya Anda mengasosiasikan diri Anda dengan beberapa “sup alfabet” yang digunakan untuk memberi label pada berbagai desain:

Bus jarak pendek

PC/AT
Bus yang digunakan pada komputer awal yang kompatibel dengan IBM untuk menghubungkan perangkat periferal seperti drive disk dan kartu suara ke motherboard komputer.

PCI
Bus lain yang digunakan di komputer pribadi, tetapi tidak terbatas pada yang kompatibel dengan IBM. Jauh lebih cepat dari PC/AT. Kecepatan transfer data tipikal 100 Mbytes/detik (32 bit) dan 200 Mbytes/detik (64 bit).

PCMCIA
Sebuah bus yang dirancang untuk menghubungkan periferal ke komputer pribadi berukuran laptop dan notebook. Memiliki “jejak” fisik yang sangat kecil, tetapi jauh lebih lambat daripada bus PC populer lainnya.

VME
Bus berperforma tinggi (dirancang bersama oleh Motorola, dan berdasarkan standar Versa-Bus Motorola sebelumnya) untuk membangun komputer industri dan militer serbaguna, di mana banyak memori, periferal, dan bahkan kartu mikroprosesor dapat dicolokkan ke pasif "rak" atau "kandang kartu" untuk memfasilitasi desain sistem kustom. Kecepatan transfer data tipikal 50 Mbytes/detik (lebar 64 bit).

VXI
Sebenarnya merupakan perluasan dari bus VME, VXI (VME eXtension for Instrumentation) menyertakan bus VME standar bersama dengan konektor untuk sinyal analog antar kartu di rak.

S-100
Terkadang disebut bus Altair, standar bus ini adalah produk konferensi pada tahun 1976, yang dimaksudkan untuk melayani sebagai antarmuka ke chip mikroprosesor Intel 8080. Filosofinya mirip dengan VME, di mana beberapa kartu fungsi dapat dicolokkan ke "rak" pasif, yang memfasilitasi konstruksi sistem kustom.

MC6800
Motorola setara dengan bus Intel-centric S-100, dirancang untuk menghubungkan perangkat periferal ke chip mikroprosesor Motorola 6800 yang populer.

PMS
Kependekan dari Simple-To-Design, dan merupakan "rak" pasif lain yang mirip dengan bus PC/AT, dan cocok untuk desain berdasarkan perangkat keras yang kompatibel dengan IBM. Dirancang oleh Pro-Log, lebarnya 8 bit (paralel), mengakomodasi kartu sirkuit yang relatif kecil (4,5 inci kali 6,5 inci).

Multibus I dan II
Bus lain yang ditujukan untuk desain fleksibel sistem komputer kustom, dirancang oleh Intel. Lebar 16 bit (paralel).

CompactPCI

Sebuah adaptasi industri dari standar PCI komputer pribadi, dirancang sebagai alternatif kinerja yang lebih tinggi untuk bus VME yang lebih tua. Pada kecepatan clock bus 66 MHz, kecepatan transfer data adalah 200 Mbytes/detik (32 bit) atau 400 Mbytes/detik (64 bit).

Saluran mikro
Bus lain, yang satu ini dirancang oleh IBM untuk komputer seri PS/2 yang bernasib buruk, yang ditujukan untuk antarmuka motherboard PC ke perangkat periferal.

IDE
Bus yang digunakan terutama untuk menghubungkan hard disk drive komputer pribadi dengan kartu periferal yang sesuai. Banyak digunakan di komputer pribadi saat ini untuk antarmuka hard drive dan drive CD-ROM.

SCSI
Bus alternatif (secara teknis lebih unggul dari IDE) yang digunakan untuk drive disk komputer pribadi. SCSI adalah singkatan dari Antarmuka Sistem Komputer Kecil. Digunakan di beberapa PC yang kompatibel dengan IBM, serta Macintosh (Apple), dan banyak komputer bisnis mini dan mainframe. Digunakan untuk menghubungkan hard drive, drive CD-ROM, drive floppy disk, printer, pemindai, modem, dan sejumlah perangkat periferal lainnya. Kecepatan hingga 1,5 Mbyte per detik untuk standar asli.

GPIB (IEEE 488)
Bus Antarmuka Tujuan Umum, juga dikenal sebagai HPIB atau IEEE 488, yang ditujukan untuk antarmuka peralatan uji elektronik seperti osiloskop dan multimeter ke komputer pribadi. “Jalur” alamat/data lebar 8 bit dengan 8 jalur tambahan untuk kontrol komunikasi.

Paralel centronics
Banyak digunakan pada komputer pribadi untuk menghubungkan perangkat printer dan plotter. Terkadang digunakan untuk antarmuka dengan perangkat periferal lain, seperti drive disk ZIP (100 Mbyte floppy) eksternal dan drive tape.

USB
Universal Serial Bus, yang dimaksudkan untuk menghubungkan banyak perangkat periferal eksternal (seperti keyboard, modem, mouse, dll.) ke komputer pribadi. Lama digunakan pada PC Macintosh, sekarang sedang dipasang sebagai peralatan baru pada mesin yang kompatibel dengan IBM.

FireWire (IEEE 1394)
Jaringan serial berkecepatan tinggi yang mampu beroperasi pada 100, 200, atau 400 Mbps dengan fitur serbaguna seperti "hot swapping" (menambah atau menghapus perangkat dengan daya hidup) dan topologi fleksibel. Dirancang untuk antarmuka komputer pribadi berkinerja tinggi.

Bluetooth
Jaringan komunikasi berbasis radio yang dirancang untuk menghubungkan perangkat komputer ke kantor. Ketentuan untuk keamanan data yang dirancang ke dalam standar jaringan ini.

Jaringan jarak jauh

loop arus 20 mA
Jangan bingung dengan instrumentasi umum standar analog 4-20 mA, ini adalah jaringan komunikasi digital berdasarkan interupsi loop arus 20 mA (atau kadang-kadang 60 mA) untuk mewakili data biner. Meskipun impedansi rendah memberikan kekebalan kebisingan yang baik, ia rentan terhadap kesalahan kabel (seperti putus) yang akan membuat seluruh jaringan gagal.

RS-232C
Jaringan serial yang paling umum digunakan dalam sistem komputer, sering digunakan untuk menghubungkan perangkat periferal seperti printer dan mouse ke komputer pribadi. Terbatas dalam kecepatan dan jarak (biasanya 45 kaki dan 20 kbps, meskipun kecepatan yang lebih tinggi dapat dijalankan dengan jarak yang lebih pendek). Saya dapat menjalankan RS-232 dengan andal pada kecepatan lebih dari 100 kbps, tetapi ini hanya menggunakan kabel sepanjang 6 kaki! RS-232C sering disebut hanya sebagai RS-232 (tanpa “C”).

RS-422A/RS-485
Dua jaringan serial dirancang untuk mengatasi beberapa keterbatasan jarak dan keserbagunaan RS-232C. Digunakan secara luas di industri untuk menghubungkan perangkat serial bersama-sama di lingkungan pabrik yang "berisik" secara elektrik. Batasan jarak dan kecepatan yang jauh lebih besar daripada RS-232C, biasanya lebih dari setengah mil dan pada kecepatan mendekati 10 Mbps.

Ethernet (IEEE 802.3)
Jaringan berkecepatan tinggi yang menghubungkan komputer dan beberapa jenis perangkat periferal secara bersamaan. Ethernet “Normal” berjalan pada kecepatan 10 juta bit/detik, dan Ethernet “Cepat” berjalan pada 100 juta bit/detik. Ethernet yang lebih lambat (10 Mbps) telah diimplementasikan dalam berbagai cara pada kabel tembaga (thick coax =“10BASE5”, thin coax =“10BASE2”, twisted-pair =“10BASE-T”), radio, dan pada serat optik (“10BASE-F”). Fast Ethernet juga telah diimplementasikan pada beberapa cara yang berbeda (twisted-pair, 2 pair =100BASE-TX; twisted-pair, 4 pair =100BASE-T4; serat optik =100BASE-FX).

Cincin token
Jaringan berkecepatan tinggi lainnya yang menghubungkan perangkat komputer bersama-sama, menggunakan filosofi komunikasi yang jauh berbeda dari Ethernet, memungkinkan waktu respons yang lebih tepat dari perangkat jaringan individual, dan kekebalan yang lebih besar terhadap kerusakan kabel jaringan.

FDDI
Jaringan berkecepatan sangat tinggi yang diimplementasikan secara eksklusif pada kabel serat optik.

Modbus/Modbus Plus
Awalnya diterapkan oleh perusahaan Modicon, pembuat besar Programmable Logic Controllers (PLCs) untuk menghubungkan rak I/O (Input/Output) jarak jauh dengan prosesor PLC. Masih cukup populer.

Profibus
Awalnya diterapkan oleh perusahaan Siemens, pembuat peralatan PLC besar lainnya.

Fondasi Fieldbus
Bus berperforma tinggi dirancang untuk memungkinkan beberapa instrumen proses (pemancar, pengontrol, pengatur posisi katup) untuk berkomunikasi dengan komputer host dan satu sama lain. Pada akhirnya dapat menggantikan sinyal analog 4-20 mA sebagai sarana standar untuk interkoneksi instrumentasi kontrol proses di masa mendatang.