RS-485:Физическое подключение
Купить недорогой кабель в интернет-магазине
Введение
В этой статье мы рассмотрим, как подключать устройства к шине RS-485.
Рекомендации по настройке устройств смотрите в статье RS-485.
Прокладка шины
Устройства RS-485 устанавливаются на общую шину. Шина использует две линии для данных (A и B) и одну для земли (общий провод). Общий провод нужен для выравнивая потенциалов устройств, это требует стандарт на Modbus (pdf, раздел 3.3.2). Его можно не подключать, если устройства уже имеют общую землю и стоят в одном щите.
Ещё часто встречается маркировка плюс и минус, в большинстве случаев A — это плюс(+), а B — минус (-). При неправильном подключении ничего не сгорит, но и работать не будет.
A(+) и B(-) обязательно должны быть проложены витой парой — это кабель, в котором оба провода шины свиты между собой с равным шагом на заводе. Если используется экранированный кабель, то экран заземлить в одной точке (неважно в какой).
Часто удобно иметь линию питания в том же кабеле, поэтому можно использовать кабель с двумя витыми парами: А/B и V+/GND. В этом случае обязательно рассчитать падение напряжение и выбрать кабель с жилами достаточного сечения.
По стандарту RS-485 шина должна быть проложена без ответвлений и на концах линии должны быть терминирующие резисторы (100-120 Ом). Топологии звезда или кольцо не допускаются.
Но если скорость передачи будет не выше 115200 бит/с, то переотражения от ответвлений и нетерминированых концов быстро затухают и на работу не влияют.
Наши рекомендации по тому, насколько можно отойти от стандарта RS-485 без потери работоспособности:
- А и B витой парой — обязательно. Даже в щите на короткие расстояния лучше использовать витую пару - силовое оборудование может наводить помехи.
- Общий провод (GND) — обязательно, если земли устройств разные (питаются от разных БП). Можно без него, если у устройства изолированный порт RS-485.
- Экран — для небольших расстояний (10 м) при отсутствии источников помех экран можно не использовать.
- Ответвления от шины — допустимы ответвления до 50 м при скорости не выше 115 200 бит/с.
- Терминатор на концах линии — при скорости менее 115 200 бит/с можно обойтись, при скорости 115200 бит/с — хотя бы с одного конца должен быть. Но на длинных линиях и с низкой скоростью может даже ухудшать работу. Если контроллер подключен к середине шины, то встроенный терминатор нужно отключить. В качестве терминатора можно использовать выводной резистор 120 Ом или готовый WB-T120.
Сигнал на линии с терминаторами. Желтая - линия А передатчика, голубая - А приемника, розовая - В приемника, синяя - разность А-B - т.е. сигнал. Длина кабеля 600 метров, частота 115200.
Сигнал без терминаторов в середине линии — ситуация плохая, однако ж работает.
Выбор кабеля
Используйте экранированный кабель парной скрутки: данные RS-485 (линии A и B) должны идти по витой паре, а экран уменьшит помехи от силовых цепей. При монтаже удобно использовать кабель с гибкими жилами. Также для прокладки шины можно использовать обычную витую пару CAT5 для Ethernet.
Стандарта на использование конкретных цветов кабеля для шины RS-485 не существует, поэтому ниже мы привели таблицы с наиболее популярными распиновками.
| Сигнал шины RS-485 | Провод |
|---|---|
| данные A |  бело-зелёный
|
| данные B |  зелёный
|
| питание (12В или другое) |  оранжевый
|
| питание (12В или другое) |  бело-оранжевый
|
| не используется |  синий
|
| не используется |  бело-синий
|
| земля питания (GND) |  бело-коричневый
|
| земля питания (GND) |  коричневый
|
| Сигнал шины RS-485 | Провод |
|---|---|
| данные A | оранжевый
|
| данные B | бело-оранжевый
|
| питание (12В или другое) | синий
|
| питание (12В или другое) | бело-синий
|
| не используется | бело-зелёный
|
| не используется | зелёный
|
| земля питания (GND) | бело-коричневый
|
| земля питания (GND) | коричневый
|
| Сигнал шины RS-485 | Провод |
|---|---|
| данные A | оранжевый
|
| данные B | бело-оранжевый
|
| питание (12В или другое) | бело-синий
|
| земля питания (GND) | синий
|
Падение напряжения на кабеле при пиковом потреблении устройств
При выборе кабеля питания (или общего кабеля для питания и данных), нужно обратить внимание на:
- значение пикового потребления устройств,
- сечение и длину кабеля,
- напряжение блока питания.
При неправильном выборе кабеля и напряжения блока питания может произойти следующая ситуация: в момент пикового потребления на проводах питания случится бо́льшая, чем обычно, просадка напряжения; напряжение на самом устройстве станет меньше допустимого, и устройство отключится. Обычно после этого устройство само включается обратно, и в итоге возникает проблема, которую сложно диагностировать.
Пример расчета падения напряжения на кабеле
Дано: К кабелю КИС-В 2х2х0,60 общей длинной 50 метров подключено 5 шт датчиков MSW2 и 2 модуля реле MRM2-mini от блока питания 12В.
Расчет:
Пиковая потребляемая мощность (в момент включения реле) P = 5 * 0.5 W + 2* 2.5 W = 7.5 W., при этом средняя ~3W
Потребляемый средний ток I = P/U = 3 W/12 V =0.25 A и пиковый до 0.6А.
Сопротивление провода с d=0,6 mm составит R = 6 Ohm на 100 метров (туда и обратно).
Падение напряжения на кабеле (худший случай - все устройства на конце кабеля) будет V = I*R = 0.25*6 = 1.5 V в среднем и пиковое 3.6 V
На устройствах останется соответственно 10.5 V и 8.4 V, Но для питания нужно не менее 9V. Это приведет к нестабильной работе. В среднем все работает, но одновременное включение реле вызовет перезагрузку устройств.
Что можно сделать:
- Взять кабель с большим сечением жил.
- Использовать блок питания на 24V. Ток будет в два раза меньше (I = P/U = 0.3 A), падение напряжения на кабеле тоже меньше (1.8V), а запас по питанию будет очень большим (22V).
Примеры марок кабелей
| Название | Гибкий | Сечение
жил, мм² |
Парной
скрутки |
Экран | Примерная
цена, $/m |
|---|---|---|---|---|---|
| WB-CABLE v.1 2х2х0.35 мм кв. | да | 0.35 | да | нет | 1 |
| КДВЭВГ 2х2х0,50 | да | 0.5 | да | оплётка | 1 |
| КДВЭВГ 2х2х0,35 | да | 0.35 | да | оплётка | 0.8 |
| КИС-В 2х2х0,60 | да | 0.22 | да | оплётка | 1.1 |
| Hyperline 5e, 4 пары 26 AWG, многожильный patch | да | 0.25 | да | фольга | 1 |
Подключение устройств
Так как все устройства соединяются общей шиной, следите за качественным соединением всех узлов линии:
- при обрыве линии устройства за обрывом не будут работать
- при коротком замыкании не будут работать все устройства.
Рекомендуем использовать штыревые наконечники под обжимку (НШВИ). Это позволяет легко подключать-отключать устройства без потери работоспособности остальных устройств на шине.
Провод A на всех устройствах подключается к клеммнику с маркировкой А, провод B — всегда к B, а провода A и B должны быть перевиты между собой.
На контроллерах Wiren Board рядом с клеммниками А и В расположены клеммники GND и Vout — их лучше не использовать в больших инсталляциях, так как оба выхода Vout рассчитаны всего на 1А.
Клемма общего провода обозначается, в зависимости от оборудования, как SC, SG, G, GND, ground или reference. На контроллерах Wiren Board эта клемма обозначена как GND. При подключении к изолированному порту, нужно подключаться к изолированной земле данного порта (клеммы "GND iso").
Лайфхак: так как внутри Wiren Board стоит растяжка линий, после подключения его к шине напряжение на линии A будет больше, чем на B примерно на 0.5 В. Поэтому, подключая периферийные устройства, вы легко можете определить линии шины вольтметром. Но, конечно, цветовое кодирование проводников более предпочтительно.
- Пример подключения устройств к шине внутри щита кабелем 2х2х0.35 мм кв.
Наконечники для шины RS-485
Подключение шины к модулям
Подключение шины к контроллеру, устройства питаются от блока питания
