Elektroda.pl
Elektroda.pl
X

Search our partners

Find the latest content on electronic components. Datasheets.com
Elektroda.pl
Please add exception to AdBlock for elektroda.pl.
If you watch the ads, you support portal and users.

Zabezpieczenie systemu przed uszkodzeniem ( siec rs485, zasilanie, siec 1wire)

lukas_gab 18 May 2016 06:05 1431 10
Ochrona Domu
  • #1
    lukas_gab
    Level 15  
    Cześć.

    Prototypuję system, pomiarowo sterujący. Na razie wszystko składałem na płytkach stykowych, łączyłem kilkucentymetrowymi kabelkami. System składa sie z komputera ARM Master, który ma się komunikować z siecią rs485. W sieci połączone maja być podrzędne slavy jako układy z procesorami avr. Dalej m.in. slavy korzystać będą z interfacu 1wire. Powstało w mojej głowie parę wątpliwości.

    Czy sieć rs485 o długości kilkuset metrów sama w sobie jest bezpieczna ?? Będzie ona biegła w dużej konstrukcji metalowej, w pobliżu będzie sporo instalacji centralnego ogrzewania, inne kable zasilające etc. Czy w tak długiej sieci może się idukować prąd z otoczenia, lub z wyładowań atmosferycznych ( jednak lokalizacja kabla to pomieszczenie metalowe o kilku tysiącach metrów powierzchni. Myślałem, o optoizolacji elementów sieci. Mam jednak wątpliwośći. Czy przy przepięciu "spale" jedynie taki optoizolator ? Czy starczy, że przewidzę podstawkę na płytce i w razie czego będę wymieniał samą kość optoizolatora ?

    Kolejną sprawą jest zasilanie. Przecież same urządzenia muszą być zasilone... Myślałem nad puszczeniem napięcia zasilającego wiązką przewodów razem z liniami komunikacyjnymi jednak mam obawy przed stratą napięcia jak np. na kilkuset metrach puszczę 5v, czy przez bliskość lini zasilania te 5v nie będzie indukować w liniach komunikacyjnych. Czy możliwe jest zaindukowanie prądu w lini zasilania przez zjawiska atmosferyczne - wtedy i tak szlag trafi urządzenie. Jeżeli miały by być spatki napięcia to pomyślałem, o zastosowaniu napięcia 12V w liniach zasilania ( co może spowoodwać zwiększenie zakłóceń i indukcji w liniach komunikacyjnych??), natomiast każdego sleva zaopatrzyć w stabilizator napięcia. Czy zastosowanie takiego stabilizatora jest dostatecznym zabezpieczeniem czy należało by zastosować jakiś bezpiecznik ?? Teraz, co z położeniem linni zasilania - czy faktycznie mogą one być np.. w skrętce czy musza to być osobne linie prowadzone kilka metrów dalej ?? Teoretycznie w PoE wszystko idzie skrętką a jakoś to działa ( jak ? )

    Kolejną klasą problemów poza siecią rs485 czy zasilaniu jest siec onewire. Przewiduję zastosowanie sieci onewire o długości kilkuset metrów. W chwili obecnej zastosowałem softwearową obsługę onewire, więc mam wpięte czujniki do pinu procesora. Czy w takiej sieci nie może także indukować prąd? Obawiam się uszkodzenia procesora. Zastanawiam się nad zabezpieczeniem takiego układu - czy wystarczą transoptory między siecią a procesorem, czy może warto by zainwestować w interface onewire na UART i przez transoptory komunikować sie z nim z procesora ??

    To sa moje zagwostki, które przychdozą mi do głowy konstruując mój system. Proszę bardzo o opinię, lub jakieś materiały które rozwieja moje wątpliwosci. Może porady doswiadczonych kolegów co robili takie rzeczy. Może boję sie na wyrost i wszystko przez to, że to moje pierwsze wdrożenie takiego systemu ?? Z góry dziekuję za odzew.
    [28-30.06.2022, targi] PowerUP EXPO 2022 - zasilanie w elektronice. Zarejestruj się za darmo
  • Ochrona Domu
  • Helpful post
    #2
    michcior
    Level 30  
    Zasilanie które trzeba ciągnąć długimi kablami, najlepiej zrobić wyższym napięciem i obniżać w odbiornikach przy pomocy przetwornic, stabilizatorów impulsowych itp. Np.: PoE (Power Over Ethernet) zakłada napięcie od 25 do 60V. Przy setkach metrów, 5V puszczone skrętką nie da rady. Zakłócenia indukują się od prądu (przy stałym napięciu), czyli im wyższe napięcie tym mniejszy prąd, 12V to za mało, myślę że PoE wie co robi, 25 to minimum.

    Jak widzisz, zasilanie puszcza się razem z Ethernetem, a RS485 to też linia różnicowa, wiec zakłóceniami od zasilania nie trzeba się przejmować. Wyładowania atmosferyczne, to inna sprawa a ochrona zależy od wielu rzeczy. Jeśli to nie jest układ "pod chmurką" to jedynym źródłem jest sieć zasilająca i tam trzeba budować zabezpieczenia.

    Nie pamiętam ile metrów kabla zakłada 1W ale moje doświadczenia są takie, że nie należy przesadzać, szczególnie w "zakłócających" środowiskach. Impedancja 1W nie jest niska, łatwo łapie zakłócenia napięciowe. Kiedyś nawet zaprojektowałem filtr to termometrów DS1820 bo przewody "łapały" zakłócenia od włączanego obok napięcia 230VAC.

    Nie wpinaj 1W w procesor, kilkaset metrów to spora pojemność no i ESD, najlepiej "wyciągnij" 1W na RS485 (potrzeba linii dwukierunkowej wtedy). Ja użyłem SN74LVC06APW jako bufora.
  • Ochrona Domu
  • #3
    lukas_gab
    Level 15  
    Dziekuję za odpowiedź. Co do zasilania - jasne, puszczę większe napięcie. Nie boję sie zakłóceń ze strony zasilania już. Co jednak w przypadku skoku napięcia na zasilaniu - stabilizator starczy jako zabezpieczenie, czy można wpiąć jeszcze jakiś bezpiecznik ??

    Co do sieci rs485 - mozliwe, że będzie przechodzić pod gołym niebem, więc jednak wyłaodowania mogą napsuć - jak to zabezpieczyć??

    Nie rozumiem, jak mam wyciagnąć 1w na rs485 ?? Chodzi o konwertery rs485 - 1wire, że np. AVR gada do ds'ów po 485 ??
  • #4
    michcior
    Level 30  
    Jeśli chodzi o 1W, wszystko zleży od implementacji. Interfejs 1W wymaga "otwartego kolektora/drenu". W procesorze można mieć takie wyjście i jednocześnie czytać jego stan. Proste ale trudno zrobić buforowanie. Lepiej mieć dwa sygnały, jeden do załączania tranzystora, drugi do odczytu. Ja używam interfejsu szeregowego, wtedy muszę tak mieć. Linia TX załącza tranzystor a linia RX odczytuje. Wtedy mogę sobie "wyciągnąć" oba sygnały po dowolnym RS-e.

    Ja mam dwie linie buforowane tak:

    Zabezpieczenie systemu przed uszkodzeniem ( siec rs485, zasilanie, siec 1wire)
  • #5
    User removed account
    Level 1  
  • #6
    _jta_
    Electronics specialist
    W IBJ w Świerku używano urządzeń "asynchronous DC modem", zrobiono je na UCY751xx (one nie miały poziomów napięcia, jak RS-422/485, tylko prądy około 12mA) ze 30 lat temu, kiedy jeszcze nie było RS-485, ani nawet RS-422 - zapewniały stabilną łączność na setki metrów i nie słyszałem, by się uszkadzały. Oczywiście musiały mieć jakieś zabezpieczenia.

    Oporność przewodów zależy od długości, przekroju, materiału... ostatnio przewody "telefoniczne", które kosztują parędziesiąt zł za 100m (a na Allegro może kilkanaście zł) mają oporność ze 200 omów na 100m, z tego powodu są kiepskie nawet do transmisji danych na większą odległość, już nie mówiąc o zasilaniu - ale to kwestia, jaki ma być prąd, jaka odległość.
  • #7
    lukas_gab
    Level 15  
    Szanowni Koledzy !

    Dziękuję za rady i odpowiedzi. Są one dla mnie niezwykle cenne. Borykałem się z obowiązkami, oraz problemem softwearowym mojego projektu, przez co zaniedbałem dyskusji.
    Na podstawie waszych opinii oraz zaczerpniętej wiedzy wnoszę, że do izolacji układów pomiarowych/układu master od sieci RS485 zastosowałbym optoizolator 6N137 - izolowałbym już MAX485C od uP który to do MAC485C mówi po UART.Co do zasilania, samych MAX485C i układów zastosował bym przetwornice DC/DC 5V/5V 1W (tyle, że cholerstwo drogie). W takim wypadku mam całkowitą izolacje galwaniczną układów pomiarowych/głównego układu, od lini przesyłowej i MAX485C. Z tego co rozumiem, RS485 opiera się na różnicach w napięciu linii. Z tego wnoszę, że muszę dodatkowym kablem pociągnąć GND, bo jak inaczej MAX485C ma się odnieść do różnicy napięć jak brak mu potencjału ?? Nie rozumiem, dlaczego na poziomie MAX485C należy izolować GND ?? Wydaje mi sie to niemożliwe po prostu (może się myle ??). Czy w zasadzie, patrząc na opis mojej koncepcje, przy wyładowaniu atmosferycznym, lub zwarcia innych źródeł do lini RS485 - spalą sie co najwyżej MAXy485C oraz 6N137 - czy można to zaizolować bardziej, żeby "odeszły" tylko 6N137 - są tańsze ??

    Co do 1W. Nie jestem przekonany co dawania ich po RS - mam tylko jeden UART w procesorze i mi go szkoda. Pomyślałem natomiast, żeby użyć 2 pinów - jeden do odczytu linii - drugi do nadawania. Zabezpieczyć diodami kierunki, oraz za diodami a przez UP zaizolować podobnie jak wyżej przez 6N137 + przetwornice DC/DC - czy nie będzie to rozwiązanie dostateczne ??

    Z góry dziękuję za kolejne rady i dziękuję Kolegom za zainteresowanie.
  • #8
    _jta_
    Electronics specialist
    MAX485C od linii nie odizolujesz, bo to one obsługują standard sygnałów RS485. Można użyć tańszych odpowiedników, np. DS75176. W opisach MAX485, ani DS75176 nie wspominają, żeby te układy miały jakieś zabezpieczenia - można by dodać do nich diody (uwaga, żeby nie miały za dużych pojemności, które mogłyby zniekształcać sygnał; można jeszcze oporniki na połączeniu z linią, ale nie za duże - 10Ω, może 22Ω, nie więcej), w układzie mostka przekierowującego nadmiarowe napięcia do zasilania, i kondensatory Low-ESR/Low-ESL na zasilaniu.

    Optoizolacja nie chroni przed napięciem pomiędzy przewodami linii transmisyjnej, ona ma zabezpieczyć przed napięciem między linią, a ziemią - w razie jakiegoś wyładowania do linii cały układ połączony z linią znajdzie się pod wysokim napięciem względem ziemi (ale między elementami tego układu nie powinno być wysokich napięć; można rozważyć ekranowanie układu, połączone z jego masą), a optoizolacja ma go nie puścić do uP.

    Diody, o których napisałem, mają pomóc, jeśli wyładowanie pójdzie w jeden przewód - prąd płynący przez diody i kondensator ma naładować drugi, żeby nie było między nimi dużego napięcia, kondensator powinien mieć pojemność kilka tysięcy razy większą od pojemności przewodu linii do ziemi (pewnie ze 30pF/m, czyli do linii 1km wypada dać kondensator 100uF).

    Jeśli układ ma mieć szanse na "przeżycie" uderzenia pioruna wprost w linię, to konieczne są odgromniki i bezpieczniki, bo napięcia z pioruna żadna optoizolacja nie wytrzyma, a całego prądu z pioruna żadne uziemienie dobrze nie odprowadzi. Odgromniki raczej będą potrzebne i przy uderzeniu pioruna obok linii - bez nich to generuje napięcia kilkanaście kV, albo i większe.

    Linii transmisyjnej nie łączy się w żaden sposób z masą - te układy dopuszczają napięcie wspólne od -7V..+12V względem masy, diody to obetną do -0.7V..+5.7V. 6N137 są szybkie (10Mb/s), może nie potrzebujesz aż takiej szybkości i jakieś wolniejsze byłyby tańsze? Ale tu chyba nie ma reguły, że wolniejsze są tańsze, bo w Semiconductors Bank 6N135 (2Mb/s) w obudowie DIP8 są droższe od 6N137 w takiej obudowie, a w innej obudowie są dużo tańsze, i to są ceny od 1 do 3 zł/sztukę.
  • #9
    User removed account
    Level 1  
  • #10
    _jta_
    Electronics specialist
    Diody TVS (są na rys. 15) u nas są w sprzedaży pod nazwą "transil", przydałyby się 1.5KE7V5A, albo nawet 1.5KE6V8A, bo 1.5KE10A przy dużym prądzie mają za duży spadek napięcia (do 14.5V, a dopuszczalne jest 12V). Można też P6KE6V8A, są tanie. Ale jeśli transmisja danych miałaby być szybka, to problemem będzie pojemność, ponad 2nF dla P6KE6V8A, a około 4nF dla 1.5KE7V5A - przy impedancji linii 100 stała czasowa ładowania pojemności będzie ponad 0.2us, albo 0.4us. Przy szybkości do 1Mb/s nie będzie to problemem, ale do większej trzeba odseparować transila diodami.

    Ograniczeniem zasięgu RS-232 jest brak dopasowania do impedancji linii, co powoduje powolne ładowanie + odbicia sygnałów. Dla RS-422 i RS-485 dzięki dopasowaniu pojemność linii nie ma znaczenia dla transmisji danych (o ile oporność nie jest za duża - mam kabel, który przy 100m długości ma opór znacznie większy od impedancji!), jakkolwiek może mieć znaczenie dla układów zabezpieczeń (tyle, że nie pojemność między przewodami, a pojemność przewód-ziemia). Aha, może sprawdź, jaki masz mieć kabel?
  • #11
    lukas_gab
    Level 15  
    Szanowni koledzy.

    Dziękuję za wyczerpujące odpowiedzi. Postaram się zrozumieć wasze rady ew się doksztalce i przygotuję schematy urządzeń jakie mam, jakie planuje na podstawie posiadanych stworzyć, schemat całego systemu oraz realne odległości między węzłami sieci. Przyznam że jestem programistą i zagadnienia elektronik w aspekcie fizycznym są mi mniej znane więc muszę poczytać by móc prowadzić dalszą dysputę. Z tego powodu dyskusja zapauzuje do środka lub nawet do końca tygodnia z mojej strony. Jeszcze raz dziękuję za zainteresowanie i pomoc.