Семейство разъемов D-subminiature или D-sub хорошо знакомо любому пользователю компьютерной техники. Название разъем получил за сходство с английской буквой «D». Это одна из форм, которая помогает пользователю не перепутать направление подключения штекера к гнезду.
Штекер возник более 30 лет назад и представляет собой разъем для аналоговых каналов связи. Стандартно имеет пятнадцать контактов, но может быть на 9 и больше: от 25 до 104 контактов. На момент возникновения разъем был самым компактным, но на сегодня он уже самый громоздкий тип соединения.
Чаще всего встречается в ранее упомянутых компьютерах и ноутбуках, применялся для джойстика в игровых приставках, источниках бесперебойного питания и сетевых адаптерах, а также других электронных приборах. Главными преимуществами разъема D-Sub являются:
- аналоговый стандарт обеспечивает высочайшее качество передачи видеосигнала;
- лучший вариант для ЭЛТ-мониторов;
- широкий выбор переходников.
Несмотря на активное развитие цифровых беспроводных технологий, кабель обеспечивает более стабильную и надёжную связь. Также беспроводное управление характеризуется чувствительностью к помехам и запаздывающей реакцией оборудования. Это допустимо в некоторых частных случаях, но иногда скорость передачи сигнала имеет ключевое значение.
Поэтому чаще всего контакт между приборами на промышленных предприятиях и в бытовых условиях устанавливают при помощи проводов. Конечно технологии не стоят на месте и с появлением Ethernet все больше в практику входит разъем USB.
Но тем не менее витая пара все еще весьма популярный кабель для целей промышленного применения и соответственно на разъемах D-Sub преждевременно ставить крест. Значительная часть аппаратуры, установленной на производстве, изготавливалась достаточно давно, а значит имеет такие разъемы.
Устанавливать новое оборудование дорого и нецелесообразно. Основные интерфейсы для разъемов D-Sub — это RS-232 и RS-485.
Первый из них введен еще в 1984 году и позволял подключать к компьютеру манипулятор типа мышь и модемы, позже получил широкое применение для подключения к компьютеру большого числа периферийных устройств и в телекоммуникационном оборудовании. А второй широко используется для создания промышленных сетей, где для приема-передачи данных используется витая пара.
Применение разъемов D-SUB в промышленных целях
Данные, которые передаются через стандарты RS-232 и RS-485, адаптированы для промышленных целей с использованием протокола Modbus RTU. Интерфейс RS-232 предназначен для обмена данными между терминалом (передатчиком) и коммуникационным оборудованием (приемником).
Максимально допустимая дистанция — 15 метров при этом обеспечивается скорость передачи данных до 9600 бит/с, но чем длина меньше, тем скорость будет больше. Стандарт RS-485 чаще применяется в промышленной отрасли, так как используемая многоточечная топология дает возможность соединить одновременно большое количество приемников и передатчиков, что недоступно для интерфейса RS-232: максимальное количество подключенных устройств в сети 32, но с применением повторителей оно возрастает до 256.
Кроме того, усовершенствованный стандарт RS-485 обеспечивает передачу данных на той же скорости 9600 бит/с, но гораздо дальше — на дистанцию до 1200 метров (при наличии расширения с помощью повторителей расстояние до следующих приборов может быть увеличено на 1200 метров без потери качества передачи данных).
Также у этого стандарта более мощная защита от помех и при небольших расстояниях между оборудованием (до 10 метров) показывает скорость до 35 Мбит/с. Интерфейс RS-485 применяет дифференциальный сигнал для передачи данных.
Есть два типа такого стандарта: RS-485 с 2 контактами, который функционирует в режиме полудуплекс и RS-485 с 4 контактами — полный дуплекс. Отличие между этими режимами в том, что полный дуплекс обеспечивает одновременную передачу и прием данных, а полудуплекс работает только в одном направлении передача или прием. При этом напряжение на линиях может колебаться в границах от −7 до +12 вольт.
Актуальность применения разъемов D-SUB в промышленных предприятиях
Так как автоматизация промышленных предприятий проводится комплексно и в настоящее время основана на Modbus RTU, который массово используется в автоматизированной системе управления технологическим процессом (АСУ ТП), на базе стандартов RS-232 или RS-485 с успехом выполняются поставленные перед ней задачи.
А это значит, что разъемы D-Sub будут использоваться и дальше. Несмотря на развитие технологий, старые машины часто не уступают в функциональности и надежности новому оборудованию, хоть и не могут управляться через Ethernet.
Они четко выполняют свою работу и отдельные неудобства не оправдывают перспективных затрат на полное переоборудование. Есть, конечно, новые предприятия, оборудование которых управляется через интерфейс Ethernet сети TCP/IP (протокол Modbus TCP), но вкладывать огромные деньги и перенастраивать масштабные комплексы работающих предприятий без существенных на то оснований не всегда экономически целесообразно.
Кроме протокола Modbus RTU с интерфейсами RS-232 и RS-485 применяется протокол Profibus DP. А значит и разъемы D-Sub будут актуальны. Также их можно использовать в простых управленческих решениях, когда нет необходимости передавать сложные команды.
В некоторых областях ключевым требованием является надежность, в том числе если речь идет о железнодорожной отрасли. В этом случае особенности разъема D-Sub оказываются весьма актуальны: он крепится болтами с обеих сторон гнезда.
В нашем примере это не поможет надежно закрепить штекер, но препятствует его случайному выдергиванию или отсоединению кабеля в результате вибрации. Новые USB-разъемы не могут предложить такого бонуса, а значит в железнодорожной промышленности все останется на разъемах D-Sub.
Перспективы использования разъемов D-SUB в промышленности
Технологии постоянно развиваются, но это не всегда приносит настолько значительные преимущества, что будут оправданы затраты на их немедленное внедрение.
В промышленности это многократно усиливается масштабами необходимых изменений, рисками простоев и значительными временными затратами, а значит никто не будет менять инфраструктуру и организацию работы нескольких тысяч людей и выбрасывать многомиллионное оборудование.
Кроме того, для усовершенствований можно обойтись намного меньшими жертвами. Можно увеличить дальность передачи сигнала без потери его качества и с полной защитой от электромагнитных помех с помощью оптоволоконного кабеля.
Для того, чтобы приспособить его к имеющимся разъемам D-Sub и существующим стандартам RS-232, 485 были разработаны специальные преобразователи в оптику. Они уже используются в следующих отраслях:
- нефтегазовая;
- энергетика;
- химическая;
- автотранспортная;
- водоснабжение и водоотведение.
Есть специальные конвертеры для промышленности из D-Sub в оптику. В результате дальность передачи сигнала возрастает: при использовании многомодового оптического кабеля до 4 км, а с одномодовой модификацией достигает даже 45 км. Преобразователи никак не влияют на данные и протокол сетевых устройств.
