Il existe de nombreuses façons de mettre en œuvre la couche physique. Les équipements de réseau offrent un large éventail d'options de connectivité. Certains réseaux sont bien définis à l'aide du modèle OSI, où les câbles, les ponts, les routeurs industriels, les serveurs série, les DTU et les PC peuvent être facilement identifiés. Parfois, il n'y a que quelques appareils reliés entre eux par une sorte de réseau propriétaire, ou une approche "boîte noire" dans laquelle le service réseau est lié à l'appareil.
Le dispositif d'échange de données sériel le plus courant est un serveur sériel, qui est un dispositif RS232, RS422 et RS485 utilisé pour connecter deux dispositifs ou plus ensemble. Les trois interfaces utilisent les termes d'équipement terminal de données (ETD) et d'équipement de communication de données (ECD). Un ETTD est un composant qui souhaite communiquer avec un autre composant situé ailleurs, comme un PC communiquant avec un autre PC. L'ETCD est le composant qui communique réellement ou qui exécute les fonctions de génération et de réception dont il est question dans la norme. Les modems sont un exemple courant d'ETCD.
L'interface entre l'ETTD et l'ETCD peut être classée en fonction d'aspects mécaniques, électriques, fonctionnels et de processus. Les spécifications mécaniques définissent le type de connecteur et le nombre de broches. Les spécifications électriques définissent les tensions de ligne et les formes d'onde, ainsi que les modes de défaillance et leurs effets. Les spécifications fonctionnelles comprennent la synchronisation, les données, le contrôle et la mise à la terre des signaux, ainsi que les broches fonctionnelles à utiliser. L'interface du programme spécifie comment les signaux sont échangés.
RS485 est une autre méthode de transmission de données en série. Officiellement, il s'agit de la norme EIA 485, ou "Standard for Electrical Characteristics of Generators and Receivers Used in Balanced Digital Multipoint Systems" de l'Electronics Industry Association (EIA). Cette norme définit une méthode pour générer des zéros sous forme d'impulsions de tension. N'oubliez pas que malgré tout le traitement des données, le cadrage, le groupage, le routage et l'adressage effectués par les couches supérieures, il s'agit toujours de pousser des 1 et des 0 sur un support physique.
Ce qu'il faut savoir à propos du RS485, c'est qu'il autorise plusieurs récepteurs et générateurs, et que les caractéristiques du câble sont spécifiées en termes de vitesse et de longueur de signalisation. Les câbles typiques sont des paires torsadées blindées de fils de cuivre, suffisantes pour des taux de signalisation typiques de 10 millions de bits par seconde (Mbps). Cette norme ne définit que les caractéristiques électriques de la forme d'onde. Il est à noter que la norme RS485 ne spécifie aucune capacité de contrôle des médias - cela dépend strictement du dispositif (généralement une puce) connecté au générateur. RS-485 fonctionne généralement avec des câbles d'une longueur maximale de 2 000 pieds.
Un exemple de réseau sériel simple pourrait être une série d'enregistreurs connectés via une liaison RS-485 à un PC qui reçoit les données collectées par chaque enregistreur. Le fabricant vend une carte enfichable qui est installée dans chaque magnétoscope et qui est accompagnée d'instructions de câblage. Chaque carte réseau est reliée en guirlande à d'autres câbles réseau par une série de câbles blindés à paires torsadées, qui aboutissent finalement à une carte d'interface réseau dans le PC. Hormis la connaissance des limites du RS-485 (distance, blindage, débit de données, etc.), il n'est pas vraiment nécessaire de connaître et de comprendre les couches du réseau dans cette configuration.
La norme RS422 est la norme TIA/EIA 422 B, "Electrical Characteristics of Balanced Voltage Digital Interface Circuits" (Caractéristiques électriques des circuits d'interface numérique à tension équilibrée), élaborée par la Telecommunications Industry Association (en collaboration avec l'EIA). Semblable à la norme RS485, la principale différence réside dans le temps de montée et les caractéristiques de tension de la forme d'onde. RS422 permet généralement des longueurs de câble allant jusqu'à 1,2 kilomètre et jusqu'à 100 000 bits par seconde (kbps). À 10 millions de bits par seconde (Mbps), la longueur du câble est limitée à environ 10 mètres (figure 4-3). En cas de déséquilibre du câble ou de niveaux élevés de bruit en mode commun, la longueur du câble peut être encore réduite pour maintenir le débit de signalisation souhaité.
RS232C est probablement la forme la plus courante d'échange de données en série. La TIA, toujours avec l'EIA, l'appelle officiellement EIA/TIA 232 E, "Interface entre l'équipement terminal de données et l'équipement de terminaison de circuit de données utilisant l'échange de données binaires". Le suffixe "E" indique une version supérieure à la version ordinaire "C". Cette norme diffère des normes RS422 et RS485 en ce qu'elle définit à la fois une interface mécanique et une interface électrique.
RS232 convient pour des taux de signalisation allant jusqu'à 20 kbps et des distances allant jusqu'à 50 pieds. Les zéros (espaces) et les uns (marques) sont mesurés en fonction de la différence de tension par rapport au signal commun (3 V dc = 0, -3 V dc = 1). Les interfaces mécaniques les plus courantes sont les connecteurs D-sub 9 et D-sub 25.
Les circuits de commutation (broches) des dispositifs RS232 sont divisés en quatre catégories : signal commun, circuit de données (données envoyées, données reçues), circuit de contrôle (c'est-à-dire demande d'envoi, autorisation d'envoi, DCE prêt, DTE prêt) et circuit de synchronisation.
Les normes susmentionnées sont toutes utilisées dans les systèmes de communication en série conçus pour les longues distances. Il existe une interface parallèle universelle appelée General Purpose Interface Bus (GPIB) ou IEEE-488. Elle peut interconnecter jusqu'à 15 appareils, généralement des ordinateurs personnels et des équipements scientifiques. Elle fournit des taux de signalisation de données élevés, jusqu'à 1 Mbps, mais sa longueur est limitée. La longueur totale autorisée du bus est de 20 mètres et la distance entre les appareils ne doit pas dépasser 4 mètres.
Le bus IEEE-488 est une interface parallèle multipoint avec 24 lignes accessibles à tous les appareils. Ces lignes sont divisées en lignes de données, lignes d'échange, lignes de gestion de bus et lignes de masse. La communication est numérique et les messages sont envoyés un octet à la fois. Le connecteur est un connecteur à 24 broches ; les appareils sur le bus utilisent des prises femelles, tandis que les câbles d'interconnexion ont des prises mâles correspondantes. Un câble typique comporte des connecteurs mâles et femelles pour permettre la connexion en guirlande entre les appareils.
Un exemple de mise en œuvre de l'IEEE-488 est un système de mesure conçu pour évaluer les performances des cellules d'échantillonnage chimique. Le réservoir assure le conditionnement des échantillons (contrôle de la pression, du débit et de la température) et l'analyse chimique (pH, oxygène dissous et conductivité) des échantillons d'eau. Le réservoir abrite le capteur de pression, le détecteur de température à résistance (RTD), le thermocouple et la jonction de référence. Un scanner à 30 points est utilisé pour multiplexer les données de tous les capteurs. Le scanner se connecte à un ordinateur de bureau ou portable à l'aide d'une interface GPIB. Sous IEEE-488, les données peuvent être acquises, stockées, affichées et réduites de manière efficace et fiable en utilisant des applications sur votre PC.
Le support utilisé pour mettre en œuvre la couche physique est généralement un ensemble de fils de cuivre. Le câble à paires torsadées non blindées (UTP) est le plus abordable. Il est léger, facile à tirer, facile à terminer et prend moins de place sur les chemins de câbles que la paire torsadée blindée (STP). Cependant, il est plus sensible aux interférences électromagnétiques (EMI).
Le STP est plus lourd et plus difficile à fabriquer, mais il permet d'augmenter considérablement les taux de signalisation dans un schéma de transmission donné. La torsion annule le champ magnétique et le flux de courant sur une paire de conducteurs. Des champs magnétiques sont générés autour d'autres conducteurs transportant des courants importants et autour de gros moteurs électriques. Il existe différentes qualités de câbles en cuivre, la qualité 5 étant la meilleure et la plus chère. Les câbles en cuivre de classe 5 adaptés aux applications 100 Mbps ont plus de torsades par pouce que les câbles en cuivre de classe inférieure. Plus de torsades par pouce signifie plus de pieds linéaires de fil de cuivre utilisés pour constituer un parcours de câble, et plus de cuivre signifie plus d'argent.
Le blindage permet de réfléchir ou d'absorber les champs électriques entourant le câble. Le blindage se présente sous de nombreuses formes, de la tresse ou du treillis en cuivre au ruban de Mylar aluminisé enroulé autour de chaque conducteur, en passant par les paires torsadées.
Les applications des utilisateurs nécessitant des largeurs de bande de plus en plus élevées, les fibres optiques sont de plus en plus utilisées. Le terme "largeur de bande" désigne techniquement la différence entre les fréquences les plus élevées et les plus basses d'un canal de transmission, mesurée en Hertz (Hz). Plus communément, il représente la capacité ou la quantité de données pouvant être envoyées sur un circuit donné.
La bande passante standard des câbles à fibres optiques est de 100 Mbps. Lorsqu'elle a été introduite pour la première fois, la fibre optique n'était considérée que pour des applications spéciales parce qu'elle était chère et difficile à utiliser. Ces dernières années, la recherche d'une plus grande largeur de bande, combinée à la facilité d'utilisation de la fibre optique, l'a rendue plus courante. Des outils et une formation sont fournis pour l'installation et le dépannage de la fibre optique.
Il existe trois types fondamentaux de câbles à fibres optiques : multimode à indexation progressive, multimode à indexation graduée et monomode. La fibre multimode est généralement alimentée par des DEL aux deux extrémités du câble, tandis que la fibre monomode est généralement alimentée par un laser. La fibre monomode peut atteindre des largeurs de bande plus élevées que la fibre multimode, mais elle est plus fine (10 microns) et physiquement plus faible que la fibre multimode. L'équipement permettant de transmettre et de recevoir des signaux de fibre optique monomode coûte beaucoup plus cher (au moins quatre fois) que les signaux multimodes.
L'un des avantages évidents des câbles à fibres optiques est l'immunité au bruit. Bien qu'il faille respecter les normes anti-incendie, les câbles à fibres optiques peuvent être acheminés en toute impunité à travers des zones très bruyantes. Les câbles qui traversent plusieurs espaces dans une usine doivent être conformes aux normes de la National Fire Protection Association (NFPA) en matière de systèmes de ventilation incendie/ventilation/air conditionné (HVAC).
Mots-clés : Terminal de transmission de données Ethernet industriel
