Oczekiwania odnośnie komunikacji między wykorzystywanymi urządzeniami przemysłowymi zmieniały się na przestrzeni lat, a wraz z nimi pojawiały się nowe technologie. Obecnie powszechne jest wykorzystywanie do komunikacji między poszczególnymi elementami sieci kabli ethernetowych. Pozwalają one na bardzo szybki przesył danych (nawet do 40 gigabitów na sekundę), a co za tym idzie – są w stanie przekazywać złożone instrukcje między komputerami czy sterownikami a urządzeniami wykonawczymi czy panelami operatorskimi. Zanim jednak tzw. skrętka zawitała na stałe w halach przemysłowych, dominowały tam połączenia oparte o złącza D-Sub.

D-Sub (D-subminiature) to rodzina złączy wykorzystywanych do komunikacji między urządzeniami elektronicznymi. Litera "D" w nazwie pochodzi od charakterystycznego kształtu wtyczki czy gniazda, przypominającego właśnie tę literę. Istnieje wiele rodzajów wtyków D-Sub. Najmniejsze w wersji standardowej mają 9 pinów, największe – 104 piny. Historia złączy D-Sub sięga lat pięćdziesiątych, a mimo to po dziś dzień są one dość szeroko stosowane. Wynika to po części z tego, że w wielu miejscach stale wykorzystywane są urządzenia wyprodukowane w zeszłym stuleciu, kiedy były one najpowszechniejsze. Najpopularniejszym zastosowaniem złączy D-Sub jest komunikacja przy użyciu interfejsów RS-232 i RS-485. Pozwalają one na budowanie mniej lub bardziej rozległych sieci połączeń między urządzeniami stosowanymi w halach przemysłowych.

Pierwszy z nich interfejsów, RS-232, był wykorzystywany w przeszłości głównie do podłączania do komputera urządzeń końcowych i różnych urządzeń peryferyjnych, takich jak na przykład drukarki czy klawiatury. Służył on także do łączenia komputera z modemem. W codziennym użyciu wyparły go stosowane obecnie na szeroką skalę złącza USB oraz Ethernet.

Złącza D-Sub oraz interfejsy RS-232 i RS-485

W przemyśle RS-232 wciąż znajduje jednak zastosowanie. Tam, gdzie nie wyparła go skrętka, nadal służy do komunikacji komputera z modułami sterowników PLC czy z panelami HMI. Ma on jednak pewną wadę. Ze względu na fakt, że przekazywane sygnały napięciowe, od -3 do -15V to logiczne "1", od +3 do +15V to logiczne "", a napięcia od -3 do 3V są niewykorzystywane, to wykorzystanie interfejsu RS-232 jest możliwe na długości maksymalnie 15 metrów, z prędkością 20 K bit/s. W przypadku dłuższych przewodów spadki napięć mogą być zbyt duże, by skutecznie przekazywać sygnał do podłączonego urządzenia. Początkowo RS-232 służył do wykorzystania protokołu Modbus, z czasem jednak funkcję tę przejął RS-485

RS-485 jest w pewnym sensie rozwinięciem interfejsu RS-232. Pozwala on na przesyłanie danych w formie magistrali, pomiędzy wieloma urządzeniami. Jest szybszy od wspomnianego wcześniej interfejsu oraz cechuje się większą odpornością na zakłócenia. RS-485 może pracować z prędkością 35 M bit/s na długości do 10 metrów, ale w zależności od potrzeb, pojedynczy przewód może mieć nawet 1200 m długości. Wówczas prędkość transmisji spada do 100 K bit/s, co nadal jest prędkością kilkukrotnie wyższą niż w przypadku RS-232. Ponadto przy użyciu protokołu RS-485 połączyć można 32 urządzenia. Liczby te (zarówno dotyczące długości odcinków, jak i liczby podłączanych urządzeń) mogą zostać zwiększone.

Repeater pozwala na dołączenie dodatkowych urządzeń działających w jednej linii lub zwiększenie odległości, która może dzielić poszczególne urządzenia o kolejnych 1200 m. W odróżnieniu od RS-232, 485 korzysta z napięcia różnicowego, co pozwala działać na większych dystansach niż prostszy interfejs 232. Logiczne "1" w przypadku RS-485 to wartość poniżej -200mV, zaś logiczne "" pojawia się, gdy napięcie wynosi więcej niż +200mV.

Popularność złączy D-Sub w przemyśle

Ze względu na fakt, że w wielu przypadkach sieć oparta o protokoły RS-232 lub RS-485 wciąż spełnia swoje zadania, przedsiębiorstwa nadal korzystają ze złączy D-Sub. Wiele starszych maszyn i urządzeń nie wspiera sterowania przy użyciu przewodów ethernetowych, a nadal są w pełni sprawne i spełniają swoje zadania. Nie ma więc potrzeby przebudowywać tego, co działa bez zarzutów. Oprócz sieci Modbus RTU złącza RS-232 i RS-485, a więc złącza D-Sub, są wykorzystywane w sieciach Profibus DP. W obu przypadkach działanie przy wykorzystaniu interfejsu RS-485 jest podobne.

Złącza D-Sub bywają wykorzystywane do sterowania wszędzie tam, gdzie nie ma potrzeby przekazywania złożonych komend. Doskonałym przykładem tego typu rozwiązania jest sterowanie wyspami zaworowymi. W tym przypadku stan wysoki na pinie wtyczki odpowiada za wysterowanie jednej z cewek. Charakterystycznym elementem złącza D-Sub są śruby znajdujące się po obu stronach wtyczki. Pomagają one w odpowiednim zamocowaniu wtyczki w gnieździe, ale także zabezpieczają przed przypadkowym wypięciem jej z gniazda. Jest to jeden z powodów, dla których złącza D-Sub są nadal powszechnie spotykane w branży kolejowej.

Fakt, że połączenie jest zabezpieczone śrubami, zmniejsza ryzyko wypięcia się przewodu w wyniku oddziaływania wibracji na połączenie. Gdy mówimy o poruszającym się pociągu, nie da się ukryć, że drgania nie są małe i istotnie w skrajnych przypadkach mogą wpływać na luzowanie się wtyczek, co w żadnym wypadku nie jest korzystnym zjawiskiem. Szczególnie gdy mówi się o branży, w której pomyłki związane ze sterowaniem mogą doprowadzić do katastrofy w ruchu lądowym.

Najpopularniejszym, ale przy okazji odchodzącym do lamusa, zastosowaniem złączy D-Sub, jest klasyczna wtyczka VGA służąca do podłączania monitorów. Standard ten został wyparty początkowo przez gniazdo DVI, ale z czasem najpopularniejszym złączem, przez które do komputera podłączano monitory stało się HDMI.

Złącza D-Sub. Jaka będzie ich przyszłość?

Postęp to rzecz niezbędna, a innowacje wdrażane w przemyśle mają ogromną wagę. Trudno powiedzieć, by komunikacja przy użyciu skrętek była gorsza od mających już kilkadziesiąt lat protokołów korzystających ze złączy D-Sub. Trzeba jednak zauważyć, że w branży przemysłowej rewolucje przychodzą znacznie wolniej, niż mogłoby się to wydawać. Innowacyjność wiąże się często z bardzo dużymi kosztami i pewnym ryzkiem, na które nie każda firma może sobie pozwolić.

Zmiany technologiczne mogą wymuszać także modyfikacje w organizacji pracy i infrastrukturze budynku. Z tego względu, mimo upływających lat, wiele urządzeń wciąż korzysta z, mogłoby się wydawać, przestarzałych technologii. Co więcej, wciąż produkowane są nowe urządzenia, z którymi można komunikować się przez złącza D-Sub. Pozwala to na prostą wymianę elementów, które zostały włączone do sieci przed laty, na nowe, bez konieczności zmiany sposobu komunikacji, chociażby na skrętkę.

Źródło: TME