RS-485 Подключение 100 устройств — избегайте петли GND

Я новичок в сообществе, и это мой первый вопрос, поэтому, пожалуйста, простите меня за ошибки, которые я мог сделать, ссылаясь на добавление изображений и описаний.

Я планирую использовать 100 устройств и подключать их через RS-485 в полудуплексном режиме, как показано на рисунке ниже. Каждому узлу потребуется максимум 150 мА, и я планирую использовать источник питания 12 В 20 А, подключенный к сети переменного тока 220 В. На концах будут добавлены согласующие резисторы.

введите описание изображения здесь

Я искал проблемы, которые могут возникнуть со связью RS-485, и увидел, что контуры заземления могут быть проблематичными. В этом смысле предлагается реализация специальной площадки для общения и изоляции, как это видно на рисунке ниже;

введите описание изображения здесь

Однако все примеры, которые я мог найти, связанные с проблемами контура заземления в RS-485, упоминают о различиях заземления в зависимости от различных источников питания, подключенных к сети здания, которые находятся далеко и могут иметь разные потенциалы, хотя источником питания является земля. Подключение заземления может создавать контуры заземления и мешать сигналам связи. В контуре заземления может образоваться большой ток, который может повредить цепь. Если заземление не подключено, то потенциалы заземления могут сильно отличаться, и трансивер не сможет справиться с разрывом потенциалов заземления.

В моем случае я буду использовать один источник питания и подключать все устройства последовательно. И в худшем случае будет использоваться всего 15 А, и я боюсь, что это также может создать разницу в заземлении между устройствами. Будет ли это создавать контур заземления, как в случае с другим источником питания? У меня нет опыта работы с линиями передачи, но в своих проектах печатных плат я пытаюсь разделить цифровые и аналоговые земли, а также разделить сильноточные земли и соединить их в одной точке, чтобы избежать контуров заземления. Кстати, общее расстояние (устройства с 1 по 100) будет не более 200 метров, а скорость передачи низкая (9600). Я знаю, что изоляция — лучший способ, но с точки зрения затрат я предпочитаю эту настройку, если не будет проблем.

Также я хотел бы спросить о отказоустойчивых подтягивающих и понижающих резисторах, подключенных к линиям A и B. Достаточно иметь их только на главном устройстве или я должен иметь их на каждом устройстве?

Спасибо за ответы,

Мерт

Очень тепло приветствуем вас на сайте и благодарим вас за то, что вы приложили много усилий к такому хорошо написанному вопросу, за который проголосовали. В случае отказоустойчивости резисторы должны перевести систему в безопасное состояние. Так что, где они вам нужны, зависит от того, где, по вашему мнению, соединения могут быть нарушены. Это то, что вам нужно обдумать. Кстати, отредактируйте новую информацию в своем вопросе, а не добавляйте ее в комментарии, а не под баннером «Редактировать» - вместо этого перепишите текст по мере необходимости. Еще раз добро пожаловать.
Спасибо за теплое приветственное сообщение и ваш ответ. Поэтому я думаю, что если не будет горячего подключения или не предполагается отключение, наличия только одного узла будет достаточно для отсутствия неопределенного состояния, когда все узлы неактивны.
Один из способов обойти заземляющие контуры - это магнитная связь сигнала между входом и выходом каждого устройства. Дешевые трансформаторы для этого действительно доступны, потому что они есть у каждой сетевой карты. Это, однако, может указывать на тот факт, что при размере вашей системы Ethernet может стать более простым в обращении (и сопоставимым с финансовой точки зрения), чем RS485.
Общий вопрос: кажется, вы намерены использовать изолированные источники питания для каждого местного источника питания (я думаю, это то, что вы имеете в виду под «изолятором питания»); это действительно необходимо? (также: если вы это сделаете, вы можете использовать более высокое напряжение и более низкий ток в ваших линиях питания, тем самым уменьшая потери в кабеле.) Это звучит довольно дорого, и если вы не ожидаете значительного смещения земли, вся идея, лежащая в основе RS- 422/-485 заключалась в том, что дифференциальная сигнализация была устойчива к небольшим сдвигам грунта.
Предлагаемый дизайн на втором рисунке является предложением из статьи Texas Instruments. Я также не думаю, что это необходимо, а также в этом примере есть разные источники питания для каждого узла, подключенного к сети. В моем случае существует один блок питания с 12 В, и я не мог быть уверен, что у меня возникнут проблемы со связью. Также я мог бы увеличить напряжение до 24 В, чтобы снизить ток вдвое, как вы указали, но мне нужно понизить 24 В до 5 В внутри каждого узла, что вызовет нагрев, но я думаю, что это не будет проблемой с регуляторами режима переключения, такими как lm2596.
Я думаю, что иметь один и тот же заземляющий провод для 15 А обратного тока источника питания и поддерживать относительно одинаковое напряжение между узлами проблематично. В общем заземлении данных не должно протекать ток, чтобы каждый узел мог поддерживать потенциал общего заземления. А провода подачи и возврата 15А при этом должны быть изолированы от общей массы. Возможно, вы захотите иметь общий источник питания и изолированный трансивер или общий трансивер и изолированные местные источники питания. Это позволит использовать более высокое напряжение и более низкий ток, если вы используете изолированные понижающие стабилизаторы.

Ответы (2)

Чтобы преодолеть эти проблемы, вы должны начать думать об использовании изолированного трансивера. Кроме того, вам потребуется несколько повторителей RS485, потому что крошечный трансивер 485 не может управлять 100 устройствами одновременно.

Кстати, вы не подключаете PE напрямую к трансиверу, это просто для защиты от электростатического разряда. Если он интегрирован в IC, то да, вы подключаете его к GND вторичной обмотки... есть различные возможности, которые лучше всего реализовать, как заявлено производителем.

Пример 1 Вы можете видеть, что GND3 является плавающим, подключенным к потенциалу земли через емкостную связь 4,7n и с помощью высокого сопротивления 1M.

введите описание изображения здесь

Пример 2 Тот же производитель, теперь потенциал земли подключен непосредственно к IC. Примечание. В обеих схемах только A и B подключены к другому узлу.

введите описание изображения здесь

В техническом описании MAX3078 сказано, что приемопередатчик имеет нагрузку 1/8 единицы, поэтому теоретически разрешено 32 * 8 = 256 узлов, но я могу ошибаться. Что касается изоляции, да, вы правы, изолированные приемопередатчики или внедрение схемы изоляции — лучший способ, но этот проект будет использоваться в качестве системы Pick By Light на складе, и будет около 1000 узлов, состоящих из 100 узлов. Я также мог бы уменьшить количество групп до 50. Минимизация стоимости является конечной целью, и если кто-то, кто сделал то же самое, скажет, что проблем со связью не будет, я хочу использовать дешевое решение MAX3078.
@mertkon Решать тебе. Если 1000 узлов сломаются, то это будет очень дорогое решение.
Да вы правы действительно. Если будет какой-то шанс проблемы и система не будет работать, то это будет намного дороже. Как говорится "я не настолько богат, чтобы покупать дешевые вещи"
@mertkon Я просмотрел таблицу данных для MAX3078, и вам лучше использовать приемопередатчик с ограниченной скоростью нарастания, если вы собираетесь использовать более низкие скорости, чем несколько МГц, он будет работать лучше. К сожалению, все приложение. заметки от MAXIM с использованием этих ИС имеют изолированный тип.
@mertkon Вы даже можете использовать промышленный стандарт 24 В постоянного тока для питания, затем изолированный преобразователь 24/5 В, после чего вы можете напрямую подключать MCU и 485 IC. Тогда вся плата будет иметь плавающий потенциал.

Гальваническая развязка не требуется, когда каждый узел в сети работает от одного и того же источника питания.

Многие люди подключают не менее 5 проводов к каждому узлу, включая 2 отдельных независимых провода «GND» к каждому узлу: провод «Power GND» (обычно в паре с проводом «питание +12 В» или «питание +24 В»), и отдельный «сигнал GND». Многие коммуникационные шины называются 2-проводными, но на самом деле рекомендуются 3 провода (дифференциальная пара + заземление), включая RS-485, шину CAN, Profibus и т. д. 1 2 3 4 5 6 7 8

Сигнальная земля обычно подключается резистором 100 Ом к силовой земле в каждом узле. ( Общая земля RS485: общее напряжение или общий провод или оба? ) 9 10

Рекомендуемое расположение отказобезопасного и согласующего резисторов состоит из 4 резисторов:

  • 2 согласующих резистора, по одному на каждом конце длинной линейной шины RS-485, непосредственно между проводами A и B. В идеале характеристическое сопротивление любого кабеля, который вы используете, обычно составляет около 120 Ом или 150 Ом. И,
  • 2 отказоустойчивых (смещающих) резистора, один тянет провод «-» вниз к «сигнальному GND», другой тянет провод «+» вверх к питанию данных. (Питание данных чаще всего составляет +5 В, но я видел +3,3 В в некоторых системах). Неважно, где расположены резисторы смещения. Многие системы размещают их только на ведущем узле, потому что они не нужны ни одному из узлов-последователей. Многие другие системы размещают их только на одном конце линейной шины RS-485 (неважно, на каком конце), рядом с согласующим резистором на этом конце. 11 12 13

В некоторых системах (для симметрии, чтобы оба конца сети были одинаковыми) используется 6 резисторов («двойное отказоустойчивое смещение»), по 3 на каждом конце, что, возможно, работает немного лучше, чем оконечная нагрузка с 4 резисторами:

  • 2 согласующих резистора (таких же, как указано выше). И,
  • 4 отказоустойчивых (смещающих) резистора, по два на каждом конце линейной шины RS485. Два из них — по одному рядом с каждым согласующим резистором — тянут провод «-» к «сигнальному заземлению». Два других из них — по одному рядом с каждым согласующим резистором — подтягивают провод «+» к питанию данных. Каждый из этих 4 резисторов имеет удвоенное сопротивление каждого из двух резисторов смещения систем с 2 резисторами смещения. Эти 4 резистора обычно имеют номинал около 1 кОм каждый. 14 15

Некоторым трансиверам могут не понадобиться внешние резисторы смещения, либо потому, что их порог приемника исключает 0 В, либо они уже включают внутренние отказоустойчивые резисторы смещения. 16 17

RS-485 Подключение 100 устройств — избегайте петли GND
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v