Практика разводки сетей RS-485

Цель настоящей статьи - предоставить базовые понятия по выбору элементов соединений для сетей на основе RS-485.

Кабель

Кабели, по которым осуществляется передача данных, могут быть совершенно разными. Это могут быть отдельные провода, витые пары различных типов: экранированные и неэкранированные. Однако, чем ближе применяемый кабель к рекомендациям, данных в предыдущей части статьи, тем больше вероятность, что построенная вами сеть будет функционировать быстро и надёжно.

Обычные провода. Если вы используете контроллеры Segnetics, то вы уже наверняка создавали сеть простейшего вида. Она идёт вразрез со всеми рекомендациями, но работает довольно таки устойчиво и на максимальной скорости. Эта сеть была создана вами для загрузки программы и соединяла конвертер, подключенный к компьютеру с контроллером (Рисунок 1).

Однако, не стоит считать, что на малых расстояниях (например, внутри щита) совсем не нужно обращать внимание на разводку сети. Если контроллеры имеют разные источники питания, то дренажный провод будет совсем не лишним. Рано или поздно это обязательно пригодится! Другое дело, что предохранители и токоограничивающие резисторы скорее всего будут лишней тратой и сил и денег.

Витая пара. Несмотря на то, что RS-485 может успешно осуществлять передачу с использованием обычных одиночных проводов, он должен использоваться с проводкой, обычно называемой "витая пара".

Любая витая пара лучше, чем два одиночных провода, но параметры этих витых пар далеки от рекомендуемых. Это не позволяет организовывать протяженные устойчивые сети на базе RS485.

Например, силовая пара не имеет экранирования и определённого волнового сопротивления. Однако, большое сечение проводников и высокая устойчивость к излому, позволяет использовать её в высоконагруженных (большое количество контроллеров) сетях малой протяжённости (десятки метров).

Видеокабель характеризуется малым затуханием сигнала и прекрасной изоляцией. Но имеет волновое сопротивление всего 75 ом и поэтому высоконагруженную сеть на его базе построить не удастся. Однако, если в проводке здания такой свободный кабель уже присутствует, то для связи на сотню-другую метров между парой-тройкой контроллеров и компьютером он вполне сгодится.

Компьютерные витые пары, кроме своей откровенной дешевизны и большой вероятности, что они уже наверняка проложены в проводке здания, отличаются большим электрическим сопротивлением проводников, обусловленным их малым сечением. Это накладывает ограничение на общую нагрузку в сети. При этом волновое сопротивление кабеля близко к 100 омам, что является неплохим показателем. На таком кабеле вполне достижимы расстояния в 300-400 метров между двумя контроллерами или контроллером и компьютером. При увеличении количества контроллеров в сети дальность связи падает - сказывается малое сечение проводников.

При использовании "компьютерных" или видеокабелей знаковым признаком перегрузки сети является всякое пропадание связи при добавлении в сеть ещё одного контроллера. Знаковым признаком превышения допустимой длины кабеля является отсутствие связи между самыми дальними контроллерами в сети, но связь между более ближними контроллерами при этом функционирует устойчиво и без замечаний.

Применение специализированного кабеля во многих простейших случаях обойдётся в гораздо большие деньги, не имея при этом никаких веских обоснований, кроме как "так положено по стандарту". Но и устойчивость сети такие кабели дадут в разы, а то и на порядки большую.

Витая пара для RS485. Специализированные кабели можно поискать в интернете в любой поисковой машине по запросу "кабель eia-485": Поискать в Рэмблере

Вот неполный список специализированных кабелей, которые легко найти за несколько минут:

Тип	Описание
КИПЭКГнг(А)-HF Nx2x0,60	Кабели для промышленного интерфейса RS-485 групповой прокладки, пожаробезопасные, бронированные
КИПвЭКнг(А)-HF Nx2x0,78	Кабели для промышленного интерфейса RS-485 групповой прокладки, пожаробезопасные, бронированные
КИПвЭВБВнг(А)-LS Nx2x0,78	Кабели для промышленного интерфейса RS-485 групповой прокладки, пожаробезопасные, бронированные
КИПвЭВБВнг(А)-LS Nx2x0,78	Кабели для промышленного интерфейса RS-485 групповой прокладки, пожаробезопасные, бронированные
КИПЭКГнг(А)-HF Nx2x0,60	Кабели для промышленного интерфейса RS-485 групповой прокладки, пожаробезопасные, бронированные
КИПвЭнг(А)-HF Nx2x0,78	Кабели для промышленного интерфейса RS-485 групповой прокладки, пожаробезопасные
КИПЭБнг(А)-HF Nx2x0,60	Кабели для промышленного интерфейса RS-485 групповой прокладки, пожаробезопасные, бронированные
КИПвЭКГнг(А)-HF Nx2x0,78	Кабели для промышленного интерфейса RS-485 групповой прокладки, пожаробезопасные, бронированные
КИПвЭВКВнг(А)-LS Nx2x0,78	Кабели для промышленного интерфейса RS-485 групповой прокладки, пожаробезопасные, бронированные
КИПЭВнг(А)-LS Nx2x0,60	Кабели для промышленного интерфейса RS-485 групповой прокладки, пожаробезопасные, бронированные
КИПвЭВнг(А)-LS Nx2x0,78	Кабели для промышленного интерфейса RS-485 групповой прокладки, пожаробезопасные
КИПЭнг(А)-HF Nx2x0,60	Кабели для промышленного интерфейса RS-485 групповой прокладки, пожаробезопасные, бронированные
КИПвЭБнг(А)-HF Nx2x0,78	Кабели для промышленного интерфейса RS-485 групповой прокладки, пожаробезопасные, бронированные
КИПЭКГнг(А)-HF Nx2x0,60	Кабели для промышленного интерфейса RS-485 групповой прокладки, пожаробезопасные, бронированные
КИПЭКнг(А)-HF Nx2x0,60	Кабели для промышленного интерфейса RS-485 групповой прокладки, пожаробезопасные, бронированные
КИПЭВКГнг(А)-LS Nx2x0,60	Кабели для промышленного интерфейса RS-485 групповой прокладки, пожаробезопасные, бронированные
КИПЭВКВнг(А)-LS Nx2x0,60	Кабели для промышленного интерфейса RS-485 групповой прокладки, пожаробезопасные, бронированные

Применение специализированного кабеля позволит построить гарантированно беспроблемную и работающую сеть передачи данных на базе любых устройств, использующих RS485.

Согласующие резисторы

Согласующий резистор - это просто резистор, который установлен на крайних концах кабеля (Рис. 5). В идеале, сопротивление согласующего резистора равно волновому сопротивлению кабеля.

Если сопротивление согласующих резисторов не равно волновому сопротивлению кабеля, произойдет отражение, т.е. сигнал вернется по кабелю обратно. Значительные расхождения могут вызвать отражения, достаточно большие для того, чтобы привести к ошибкам в данных.

Контроллеры Segnetics имеют встроенные согласующие резисторы (так называемые "терминаторы" - такое название дано им потому, что они уничтожают рассогласование). Номинал согласующих резисторов, установленных в контроллере равен 120 омам. В заводской настройке контроллера согласующий резистор отключен. При необходимости, его можно включить, просто установив нужную перемычку:

Внимание! Конвертеры USB<->RS485 или RS232<->RS485 зачастую не имеют встроенных согласующих резисторов! Поэтому нужно использовать внешний согласующий резистор, который подключается напрямую к клеммам конвертера:

Максимальное число передатчиков и приемников в сети

Простейшая сеть на основе RS-485 состоит из одного управляющего устройства (например, контроллер) и одного управляемого (например, преобразователь частоты). Расстояние между ними редко превышает десять метров.

Более сложные сети имеют, кроме управляющего устройства, ещё несколько управляемых. В этом случае сеть имеет не очень большую протяжённость (максимум десятки метров) и имеет стабильные условия функционирования. Под стабильностью условий подразумевается, что все устройства сгруппированы на довольно-таки маленькой площади (внутри шкафа или два-три рядом расположенных шкафа) и в процессе эксплуатации оборудования отсутствуют такие неожиданности, как неумелое расположение силовых кабелей и оборудования монтажниками сторонних организаций.

Самую большую сложность имеют сети, использующиеся для диспетчеризации. Как правило они совмещают максимальную протяжённость и большое количество опрашиваемых устройств, размещённых по всему зданию.

В этом случае легко достигнуть предела нагрузочной способности сети: 31 шкаф управления с одной стороны и конвертер с компьютером с другой стороны.

Кроме этого, не всегда достаточно и допустимой длины сети (1000 метров).

И, наконец, появляется проблема пропускной способности сети.

Сети диспетчеризации

Как упоминалось выше, при создании высоконагруженной и протяжённой сети возникает четыре проблемы:

1. Большая протяжённость сети.
2. Большое количество устройств в сети.
3. Высокий уровень помех в сети.
4. Ограниченная пропускная способность сети.

   При этом, последняя проблема всегда является следствием первых трёх.

   Большая протяжённость сети. Стандартом RS-485 общая длина линии связи ограничена 1000 метрами. Обойти это ограничение собственными силами контроллеров невозможно (в пределах поставленной задачи).

   Однако, существуют специальные усилители сигналов RS-485. Они называются "Повторители" или "Репитерами" (Repeater). Их назначение состоит в том, чтобы ретранслировать все сигналы, проходящие по сети.

   Таким образом, подключив в компьютеру, например, 10 шкафов управления на расстоянии 500 метров, подключаем к концу полученной сети повторитель и получаем ещё 1000 метров допустимой длины! Таким образом, устанавливая повторители, сеть можно наращивать до довольно-таки больших расстояний (десятки километров).

   
   
   
   Рис. 10. Пример увеличения дальности связи до 2 км за счёт использования повторителя.

---

---

Главная - Микросхемы - DOC - ЖКИ - Источники питания - Электромеханика - Интерфейсы - Программы - Применения - Статьи