Автор: Сергей ЛЕВИН, главный конструктор научно-производственной фирмы "Сигма-интегрированные системы"
Радиомодемы в системах безопасности
Технологии беспроводной связи и передачи данных завоевали мир. Это факт. Бурное развитие GSM и стандартов передачи данных в сетях сотовой связи 2G, 3G, LTE, сети Wi-Fi и WiMax. Однако в подавляющем числе систем безопасности крупных и средних объектов для передачи данных используют провода. Это тоже факт, по крайней мере, пока. Все-таки там, где с прокладкой линий связи особых проблем нет, проводная связь предпочтительнее. Она надежнее и дешевле. Тем не менее иногда проложить кабель бывает затруднительно, особенно когда системой оснащается не вновь строящийся объект, а уже какое-то время находящийся в эксплуатации, со своей сложившейся инфраструктурой. Вот здесь на выручку проводам приходит радиоканал, а точнее, оборудование для беспроводной передачи данных. В этой статье мы рассмотрим только один частный случай: применение радиомодемов для организации беспроводного моста между сегментами системы безопасности, прежде всего охранно-пожарной сигнализации. Почему именно радиомодем? Ну, наверное, потому, что все остальные способы подходят в данном случае меньше. Какие вообще могут быть альтернативы специализированным линиям связи? Прежде всего определимся, какие функции выполняют провода в системе безопасности. Их по большому счету всего три: подача питания на устройства, подключение оконечных устройств (извещатели, исполнительные устройства) и магистральные каналы связи между контроллерами и узлами системы. Нас интересует последний пункт. Как правило, для подключения и объединения контроллеров системы безопасности используются более или менее стандартные интерфейсы, чаще всего это RS-485. Это хорошо себя зарекомендовавший промышленный интерфейс, пришедший в охранные системы из области промышленной автоматизации. Ретрансляция RS-485 – в общем-то, рядовая задача, которую можно выполнить несколькими способами. Во-первых, это использование существующей сети передачи данных предприятия. Это может быть корпоративная локальная сеть или радиорелейная система передачи данных, если речь идет о протяженном объекте, например, трубопроводе. Для передачи данных через локальную сеть используются специальные преобразователи, которые обеспечивают прозрачный стык соединения RS-485 через Ethernet или Wi-Fi. Радиорелейное оборудование, как правило, имеет в своем составе стык для последовательных портов. Во-вторых, задействование арендуемых каналов связи, самый доступный из которых мобильная связь GSM. Для этого применяются GSM-терминалы, которые передают трафик RS-485 через GPRS или 3G соединение. Все эти способы хороши, но не без изъяна. В первом случае существующая сеть передачи должна просто быть, во втором – за передачу данных придется платить. Радиомодемы лишены этих недостатков, поэтому подходят здесь как нельзя лучше. Связь можно организовать буквально на пустом месте, причем платить за передачу данных никому не нужно. Конечно, есть ограничения по расстоянию передачи, но и этот вопрос до определенного предела решаем. Выбор радиомодема Итак, перед нами задача: на объекте объединить охранно-пожарную сигнализацию в двух отдельно стоящих зданиях в одну систему через радиоканал. Нам нужно организовать простое соединение «точка-точка». В настоящее время на российском рынке представлены радиомодемы нескольких десятков зарубежных и отечественных производителей, предназначенных прежде всего для решения задач автоматизации, диспетчеризации, сбора данных в АСУТП. Они в полной мере пригодны и для работы в составе оборудования систем безопасности. Как правило, такие модемы имеют индустриальное исполнение и высокие показатели надежности работы.
Прежде всего следует обратить внимание на диапазон радиочастот, в котором работает нужный нам радиомодем. Если оборудование работает в нелицензируемом диапазоне и имеет мощность передатчика, не превышающую разрешенную, то для установки на объекте и запуска в эксплуатацию не нужны никакие дополнительные разрешения и согласования. Это очень важный фактор, так как в противном случае мы вынуждены получать разрешение на использование радиочастот. Это может отнять значительное время и потребует дополнительных расходов, поэтому для организации простого соединения «точка-точка» вряд ли оправданно. Общедоступные диапазоны радиочастот определены в документах международного телекоммуникационного объединения ITU, имеют общее название ISM (Industrial, Scientific and Medical) и предназначены, как видно из названия, для нужд промышленности, науки и медицины. Всего определено порядка 12 полос в диапазоне от 6 МГц до 246 ГГц. В России ситуация с разрешенными частотами несколько иная, но самый востребованный диапазон 433–434 МГц доступен и у нас, поэтому проблем здесь не возникнет. Максимальная разрешенная мощность для использования без получения разрешения ограничена 10 МВт. На открытой местности пара модемов такой мощности способна установить соединение на расстоянии до 5 км. В условиях застройки расстояние, естественно, снижается, но, как правило, на 1 км рассчитывать можно. Для подключения терминального оборудования – в нашем случае это будут контроллеры системы безопасности – в радиомодемах чаще всего применяются последовательные интерфейсы RS-232, RS-485, RS-422. Встречаются модемы и с Ethernet. Здесь следует обратить внимание на один важный момент, который нужно учесть при выборе оборудования. Устройства, работающие по последовательному интерфейсу, например RS-485, имеют стандартный ряд скоростей передачи: 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400 бод (бит в секунду) и т. д. Так вот, если радиомодем может подключаться к контроллеру на скорости 115 200, не факт, что он сможет с такой же скоростью передавать данные по эфиру. Обычно скорость передачи между модемами значительно ниже. Если скорости по последовательному порту и в эфире не согласованы, это может привести к переполнению внутреннего буфера данных модема и, как следствие, к потере информации. Причем если используется многопроводный интерфейс RS-232, в состав которого входят сигналы готовности приема, эту проблему решить можно. Терминальное оборудование будет просто дожидаться, когда буфер модема освободится для приема следующей порции данных. В этом случае буферизацией будет заниматься прикладной контроллер. В RS-485 такой встроенной возможности нет, поэтому модем должен успевать пропускать данные через себя без переполнения своего внутреннего буфера передачи. Частично это проблему могут решить прикладные опросные протоколы с квитированием каждого переданного пакета. Пока контроллер, выполняющий запрос, не получит ответа, он не будет отправлять в модем следующий пакет. Здесь, правда, тоже есть один подводный камень: после отправки пакета в сеть контроллер ждет ответ определенное время, после этого наступает тайм-аут и регистрируется ошибка транзакции. Так вот, если модемы не успеют передать пакет за это время, сеанс связи не состоится. При использовании интерфейса RS-485 также может быть важен такой параметр радиомодема, как время переключения с передачи на прием по последовательному порту. RS-485 – это полудуплексный интерфейс, передача и прием данных производятся по одной паре проводов, одновременно передача и прием недопустимы. Если контроллер системы безопасности после получения пакета данных по RS-485 начнет передачу раньше, чем радиомодем сможет переключиться на прием, произойдет потеря начала пакета. Поэтому важно убедиться, что эти параметры также согласованы или имеют соответствующую настройку. Например, есть возможность изменения времени задержки между приемом и передачей. Дополнительное оборудование При выборе оборудования, кроме собственно радиомодемов, нужно не забыть про питание, антенны, мачты, устройства защиты и т. д. Как правило, промышленные радиомодемы имеют рабочее напряжение питания 12 В постоянного тока, поэтому здесь проблем не возникнет. Что касается антенно-фидерного устройства, то здесь нужно выбрать тип антенны: круговая или направленная, а также возможный коэффициент усиления, что, в принципе, позволяет повысить дальность передачи. Конкретный тип выбирается при проектировании, по умолчанию можно принять за основу простую штыревую антенну с круговой диаграммой направленности. Так как максимальная дальность обеспечивается при прямой видимости, возможно, придется использовать специальные мачты для установки антенны выше границы застройки или рельефа местности. В принципе, зона радиопокрытия поддается расчету и можно заранее выяснить работоспособную конфигурацию системы. Существует специальное программное обеспечение для расчета зоны покрытия. Для защиты оборудования от воздействия грозовых разрядов стоит предусмотреть грозозащиту в составе антенно-фидерного устройства. В общем случае должна быть заземлена антенная мачта. Большинство современных антенн являются короткозамкнутыми по постоянному току. Такие антенны уже сами по себе являются защищенными от разрядов статического и атмосферного электричества. Поэтому в большинстве случаев заземление мачты (или трубостойки) может оказаться достаточным.
Внимание! Копирование материалов, размещенных на данном сайте допускается только со ссылкой на ресурс http://www.tzmagazine.ru