Rs 485 удлинить кабель

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).

Рис. 1. Простейший кабель — два обычных провода. Для связи на расстояниях до 10 метров нет ничего предосудительного в их использовании даже без согласующих резисторов и общего провода.

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».

Рис. 2. Витая пара для больших токов.

Рис. 3. Витая пара для передачи видеосигнала.
Более подробно Цифровой мультимедийный интерфейс HDMI

Рис. 4. Всем знакомые «компьютерные» витые пары (слева направо): UTP, FTP и STP.

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.

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:

Рис. 6. Расположение перемычек в контроллере SMH2010.

Рис. 7. Расположение перемычки в контроллере Pixel.

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:

Рис. 8. Использование внешнего сопротивления для согласования кабеля.

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.

Рис. 9. Пример локальной распределённой системы управления.

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.

Большое количество устройств в сети. Стандартом RS-485 нагрузочная способность сети ограничена 32-мя устройствами. Т.е. это компьютер + 31 шкаф управления. Обойти это ограничение собственными силами контроллеров невозможно (опять же, в пределах поставленной задачи).

Повторители решают и эту проблему. Сеть может состоять из множества сегментов: компьютер, 10 шкафов управления, повторитель, ещё 10 шкафов. И ещё и ещё.

Нужно только обязательно помнить, что повторитель такое же устройство, как и контроллер: он нагружает сеть и для него существуют все правила подключения, которые описывает стандарт RS-485.

Высокий уровень помех в сети.

Повторители, кроме усиления сигнала, становятся преградой для многих видов помех. А повторители с опторазвязкой формируют электрически изолированные друг от друга сегменты одной сети. В этом случае даже кабели, применяемые в сегментах, могут быть с различными характеристиками!

Но с помехами внутри сегмента они бороться не могут. С этим уже придётся справляться как проектировщику (закладывая в проект оптимальные типы кабелей и трассы их прокладки), так и наладчику (выбирая правильную точку заземления экрана кабеля и подбирая нужную скорость передачи данных в сети).

Ограниченная пропускная способность сети.

При использовании Modbus-RTU (мастер по очереди опрашивает слейвы), время полного опроса всей системы пропорционально количеству устройств. Например, если опрос занимает передачу десятка байт туда и обратно, на скорости 9600 это займет 20 миллисекунд. Немного? А теперь умножьте на 256 – получите 5 секунд. Если для пожарной системы это еще может быть приемлемо, то для системы контроля доступа, пожалуй, тяжело найти клиента, готового ждать 5 секунд после поднесения карты. Многие за это время выломают дверь и еще и настучат по голове тому, кто такую систему установил.

Поэтому, планируя большую и расветвлённую сеть, обязательно просчитывайте трафик и частоту опроса в этой сети. Что толку считывать 10 раз в секунду показания датчика наружной температуры, если достаточно одного раза за 10 минут. И это касается абсолютно любой переменной, «путешествующей» в сети.

Источник

Как удлинить линию Ethernet через RS-232/422/485 при помощи NPort 6000?

Прежде чем начать пользоваться NPort 6000 для удлинения линии Ethernet через RS-232/422/485, важно понимать, что это решение с определёнными ограничениями.

Самое правильное с точки зрения проектирования сети и наиболее простое решение – это использовать коммутатор с оптическим портом, например EDS-205A-S-SC.

Максимальная дистанция удлинения до 40 км с одномодовым оптоволокном.

Другой вариант: если у вас есть витая пара, то можно использовать DSL-модем, например IEX-402-SHDSL. Максимальная дистанция удлинения до 8 км.

Оба решения обеспечивают удлинение сети Ethernet по всем правилам и не накладывают ограничения на применение.

Недостатки применения NPort 6000 для удлинения линии Ethernet:

1. NPort 6000 будет работать в качестве шлюза по умолчанию, и в конечных Ethernet устройствах нужно указывать в качестве шлюза по умолчанию IP адрес NPort 6000. Если вы не сможете указать шлюз по умолчанию, то решение с NPort 6000 работать не будет.
2. Скорость передачи данных будет ограничена пропускной способностью портов RS-232/422/485.

1. Схема применения

В промышленности нередко возникает задача использования существующих линий связи для передачи данных по новым технологиям, в частности передача IP-трафика между Ethernet-сетями по последовательным линиям связи. Многие удаленные объекты предприятий подключены при помощи таких видов связи как, модемные линии, сотовые сети, оптоволоконные линии связи, системы связи по ЛЭП и т. д. Обычно, существующее оборудование не имеет встроенных Ethernet-интерфейсов, поэтому для модернизации сети с частичным сохранением старых линий подойдут устройства серии NPort 6000.

Приведем типовую схему подобной задачи:

Задача стоит следующим образом: необходимо соединить центр управления (головной офис предприятия) с одним или несколькими удаленными объектами (филиалами).

Как показано на схеме, для связи с удаленным объектом может использоваться радиомодем, SDH-мультиплексор, телефонный модем или любое другое коммуникационное устройство с последовательным интерфейсом RS-232/422/485. В таком сценарии, NPort использует протокол РРР для установления связи типа точка- точка и исполняет роль шлюза для передачи IP-трафика. В центре управления, предлагается установить многопортовую модель серии NPort 6000 для одновременного подключения к нескольким филиалам.

2. Настройка оборудования

2.1 Схема стенда

Чтобы разобраться как использовать NPort в подобных задачах, рассмотрим процесс настройки упрощенной схемы из одной пары устройств. В данном примере мы обеспечиваем связь между двумя локальными сетями LAN1 и LAN2, и в частности между двумя компьютерами РC1 и РC2 через последовательный интерфейс. Облако на схеме напоминает, что последовательное соединение может быть обеспечено сторонними технологиями и устройствами, нам лишь важно наличие прозрачной передачи данных между последовательными портами устройств NPort. На тестовом стенде использовался нуль-модемный кабель RS-232 DB9 — DB9.

2.2 Настройка IР-адресации

Настройка сетевых параметров РС1

Назначаем IP-адрес для PC1 согласно схеме. Обратите внимание, что в качестве шлюза указывается IP-адрес NPort1.

Настройка сетевых параметров NPort1

Main Menu — > Network Settings — > Basic Network Settings

Назначаем IP-адрес согласно схеме.

Настройка сетевых параметров РС2

Аналогичная настройка для PC2, но в другой подсети. В качестве шлюза указывается IP-адрес NPort2.

Настройка сетевых параметров NPort2

Main Menu — > Network Settings — > Basic Network Settings

Назначаем IP-адрес согласно схеме.

2.3 Настройка режима работы NPort1

Настройка параметров последовательного интерфейса

Main Menu — > Serial Port Settings — > Port N — > Communication Parameters

Так как в данном примере используется прямое нуль-модемное соединение, выбираем произвольные настройки и используем их на обоих устройствах NPort1.

Настройка режима РРР

Main Menu — > Serial Port Settings — > Port N — > Operation Modes

В данном примере NPort1 будет инициатором РРР соединения поэтому выбираем режим РРР и указываем его параметры.
Адресом назначения будет являться адрес NPort2 (10.0.0.2). Обратите внимание, что для аутентификации, инициатор соединения (NPort1) должен передать логин и пароль, поэтому необходимо заполнить соответствующие поля.

Main Menu — > System Management — > Misc. Network Settings — > Route table

Чтобы IP-трафик из LAN1 достиг LAN2, необходимо добавить статический маршрут до удаленной сети.

2.4 Настройка режима работы NPort2

Настройка параметров последовательного интерфейса

Main Menu — > Serial Port Settings — > Port N — > Communication Parameters

Устанавливаем параметры связи идентичные настройке NPort1.

Настройка режима РРР

Main Menu — > Serial Port Settings — > Port N — > Operation Modes

NPort2, будет использоваться в режиме Dial in, поэтому выбираем режим РРРD и указываем его параметры.
Адресом назначения будет являться адрес NPort1 (10.0.0.1). Обратите внимание, что для аутентификации, нужно указать её тип в поле Authentication tуре. В данном примере используется локальная аутентификация.

Добавление аутентификационной информации

Main Menu — > System Management — > Misc. Network Settings — > User Table

Добавляем в локальную базу пользователя, указанного ранее в настройках NPort1.

Main Menu — > System Management — > Misc. Network Settings — > Route table

Чтобы IР-трафик из LAN1 достиг LAN2 необходимо добавить статический маршрут до удаленной сети.

3. Диагностика

Кроме того, при успешном РРР соединении появится маршрут в таблице маршрутизации в разделе Main Menu -> System Monitoring -> System Status -> Routing

И, пожалуй, традиционным способом диагностики соединения является утилита Ping, которая входит в состав большинства ОС.

4. Дополнительные вопросы

В моей сети доступ между объектами осуществляется при помощи модемов, нужны ли дополнительные настройки в этом случае?

NPort 6000 имеет дополнительные настройки для работы с модемом, которые находятся в разделе Main Menu -> Serial Port Settings -> Port N -> Modem Settings. Здесь можно задать дополнительные команды модему при инициализации соединения, а также набираемый номер.

В сетевых настройках моего компьютера уже присутствует шлюз для выхода в интернет, как быть?

В этом случае рекомендуется добавить статический маршрут до удаленной сети на вашем компьютере. К примеру, в ОС Windows эта операция выполняется при помощи команды из командной строки следующего вида: route ADD 191.168.200.0 MASK 255.255.255.0 192.168.100.254 METRIC 3 IF 12
Подробнее в справке по вашей ОС.

Можно ли использовать другие серии модельного ряда NPort для построения такой схемы?

Кроме серии NPort 6000, режимы РРР Dial In/Dial Out поддерживаются в терминальных серверах CN2500 и CN2600.
Обратите внимание, несмотря на наличие режима РРР в серии NPort 5600, реализация подобной топологии невозможна ввиду отсутствия функции маршрутизации.

*Подробное описание всех параметров настройки NPort приведено в руководстве по эксплуатации устройства.

Источник