Доставка оборудования по Москве и Московской области по согласованию с заказчиком

 

 

Полезная информация:

 

 

 

Фильтры для двухпроводной линии связи с портами серии «RS 485».

Проблема и ее решение:

               Порт RS-485 обеспечивает обмен, передачу информации с максимальной скоростью до 10 МБит/с. Длинная линия связи является достаточно хорошей антенной для порта, который в данный момент принимает информацию по линии связи от другого порта RS-485. На длинную линию связи воздействует помеха, вызванная электромагнитными излучениями от связных и вещательных радиостанций, мощных телевизионных радиопередатчиков  разрядов молнии, линий электропередач и т.п.  В связи с тем, что порт RS-485 не является дифференциальным усилителем, который позволяет  производить вычитание сигнала помехи и сложение полезного сигнала, а является чисто цифровой микросхемой, то в данном варианте связи между устройствами посредством порта RS-485 активного подавления помех не происходит (в отличие от оборудования передачи видеосигнала по «витой паре»). Защиту порта RS-485 можно разделить условно на две составляющие:

1.      Защита передаваемых между оборудованием посылок от влияния электромагнитных помех, вызванных радиостанциями, искусственными источниками электромагнитных наводок, ЛЭП и т.п.

 Передача сигналов между портами RS-485 производится цифровыми кодами той или иной разрядностью. Для обеспечения достаточно высокой достоверности принимаемого сообщения, в данных цифровых посылках применяются различные методики, позволяющие повышать достоверность принимаемой информации. Но в тоже время при воздействии помехи (в особенности при воздействии постоянной помехи от радиостанций или источников постоянного электромагнитного излучения) в передаваемые коды вносятся искажения. Помимо того, что происходит искажение передаваемой информации, возникновение в линии связи высокочастотных помех приводит к резкому снижению отношения Сигнал/шум на входах приемника. И чем длиннее линия связи, тем хуже соотношение Сигнал/шум на входе приемника. Если протокол связи, например, позволяет программно или аппаратно выявлять и исправлять кодовую посылку  в которой посредством помехи произошло изменение нескольких разрядов кода, то такие коды содержат так называемое избыточное кодирование, т.е. при необходимой минимальной длине кода, допустим, в 20 разрядов, необходимо передавать кодовую последовательность с избыточным кодирование.  В этом случае  разрядность кодовой посылки увеличивается с 20 разрядов, например,  до 30 разрядов и более. И чем выше степень защищенности кодовой посылки, тем больше возрастает и разрядность самой посылки.  При этом возможность выявлять и исправлять  искажения в кодовой последовательности происходит всего для нескольких разрядов.  Если приемник принимает и выявляет ложную или испорченную посылку от передатчика, то, как правило, приемник запрашивает передатчик на повторную передачу кодовой посылки.  И чем больше уровень помех возникающих в линии связи между двумя портами, тем больше раз приемник перезапрашивает передатчик на повтор кодовых посылок.  Но и сам перезапрос  цифровым кодом приемником передатчика на повтор кодовой посылки может также подвергаться искажениям из-за влияния помех на линию связи. Но данная система будет работать хоть и с некой задержкой по времени. Задержка по времени будет до тех пор, пока приемник и передатчик не обменяются между собой достоверной информацией.  А если система работает не по принципу «запрос – ответ», то в этом случае влияние помехи на передаваемую кодовую посылку будет достаточно заметна, и это будет сказываться на работе системы в целом.    Какие по частоте помехи могут влиять на работу приемника порта RS-485? Ответ лежит в частотных свойствах порта RS-485 – любые помехи в диапазоне от 0 до 10 МГц.  Для обеспечения защиты приемника RS-485 необходимо тем или иным способом уменьшить влияние на передаваемые кодовые посылки помех, возникающих от электромагнитных наводок на линию связи.

2.      Защита порта RS-485 от влияния электромагнитных наводок, вызванных в следствии грозовых разрядов.

      Если наводимые в линии связи электромагнитные помехи от мощных радиостанций в основном могут искажать передаваемые в линии связи кодовые посылки, что в основном приводит только к сбоям в работе системы, то электромагнитные помехи в линии связи от грозовых разрядов приводят к выходу аппаратуры и оборудования из строя поскольку данные помехи в десятки раз мощнее.  В материалах «Исследование характеристики искрового разряда…» (Журнал технической физики, 2005, том 75, вып.7) показаны результаты опытов по исследованию нескольких характерных типов искрового разряда близких к тем или иным видам разряда молнии и приведены спектральные характеристики электромагнитных излучений.  Частотный спектр электромагнитного излучения при грозовом разряде  занимает полосу от десятков килогерц  до сотен мегагерц. Основным выводом проведенных исследований московским институтом МЭИ и Харьковским институтом электромагнитных исследований является вывод, что «… интенсивность сигнала (фактически энерговыделения при развитии разряда) максимальна  как раз на более высоких частотах. Причем чем мощнее разряд (по оптическим и токовым характеристикам), тем более характерный частотный диапазон и выше интенсивность сигнала…».  Отсюда напрашивается вывод: зачем иметь частотную полосу  до 10 мБит/сек.  между аппаратурой или оборудованием  для передачи низкочастотных телеметрических сигналов управления с максимальным скоростями до 38 кБит/сек. ?  Для передачи сигналов управления, телеметрии и т.п. с максимальной скоростью 38 кБит/сек. необходима достаточно узкая частотная полоса линии связи. При применении узкополосного фильтра ФНЧ с частотными свойствами, обеспечивающими связь с максимальной скоростью до 38 кБит/секунда, данный фильтр будет обеспечивать ослабление влияния помех, возникающих от грозовых разрядов и воздействующих на вход порта RS-485, в сотни и тысячи раз. Следовательно, влияние на вход порта  RS-485 паразитного напряжения от электромагнитной помехи на частотах выше полосы пропускания данного фильтра будет снижено в тысячи раз.  И если учесть то, что основная мощность электромагнитного излучения грозового разряда лежит в спектре выше 1 МГц, то при подавлении фильтром ФНЧ сигналов в линии связи выше Fв полосы пропускания, достаточно сильно снижает вероятность выхода  из строя портов RS-485 в следствии влияний электромагнитных наводок от грозовых разрядов.        

        Исходя из сказанного выше, комплексное устройство защиты портов RS-485 можно представить как устройство, состоящее из схемы ограничения сигналов в линии связи по напряжению и схемы фильтра ФНЧ. Нами разработаны два устройства защиты. Устройство защиты «УЗТВ Фильтр RS-485-1» служит для защиты портов RS-485 при организации протокола  связи по двухпроводной линии связи со скоростями до 38 кБит/сек.  Устройство защиты «УЗТВ Фильтр RS-485-2» служит для защиты портов RS-485 при организации протокола связи по четырехпроводной линии связи со скоростями до 38 кБит/сек. Оба этих устройства могут рассеивать кратковременную электромагнитную наводку  на линию связи мощностью до 1500 Вт.  

      Фильтр вносит и затухание в передаваемый сигнал. Это связано с согласованием входного – выходного сопротивления ФНЧ с линией связи UTP с одной стороны и с электрической схемой самого порта RS-485 с другой стороны. Максимальное количество включенных в одну двухпроводную или четырехпроводную линию связи устройств или оборудования с портом RS-485 не должно превышать пяти.  Возможны различные схемы подключения фильтров при групповом использовании оборудования, оснащенного портами связи RS-485.   

Особенности и рекомендации:

       Любое оборудование при передачи информации посредством  портов  RS-485 использует выбранную скорость передачи из набора стандартных скоростей, которые, например, могут быть  4,8 кБ/с.,  9,6 кБ/с., 19,2 кБ/с., 38,4 кБ/с.   Чем выше скорость передачи информации, например 38,2 кБ/с., тем более широкая должна быть частотная полоса фильтра.  А чем больше частотная полоса фильтра, тем большее влияние на работу системы по передаче информации по двухпроводной линии связи оказывают внешние помехи.  Условно можно сказать применительно к приемнику, в качестве которого выступает порт RS-485, что чем уже полоса фильтра, тем больше отношение Сигнал/шум на его входах и тем лучше качество связи.  Для систем с автоматическим изменением в процессе работы скорости передачи информации между портами RS-485 от  600 Б/с. до 38,4 кБ/с.  необходимо устанавливать  фильтры для максимальной скорости передачи информации 38,4 кБ/с.  Но в большинстве современных систем  разработчиками установлена фиксированная скорость передачи информации или существует возможность ручной установки скорости передачи информации, например:  4,8 кБ/с., 9,6 кБ/с., 19,2 кБ/с. или 38,4 кБ/с. Для длинных двухпроводных линий связи и тем более проложенных в уличных условиях  мы рекомендуем устанавливать скорость передачи  4,8 кБ/с. или  9,6 кБ/с. Данные скорости передачи информации между портами RS-485 обеспечивают нормальную работу для большинства систем по сбору информации, управлению, получения данных, управлению видеокамерами и т.п.  В этом случае полоса фильтра будет уже по частотному спектру и тем самым влияние помех на входе приемного порта RS-485 будет меньше, а качество связи и ее устойчивость будет лучше.

Фильтры имеют входное волновое сопротивление 100 Ом со стороны подключения линии связи UTP и встроенные резисторы согласования 100 Ом на выходе фильтра со стороны подключаемого порта RS-485. Дополнительных резисторов для согласования – не требуется.

Пример классификации: 

«УЗТВ Ф RS-485 -1-38» ……… встроенный фильтр для максимальной скорости передачи информации 38,4 кБ/с.

«УЗТВ Ф RS-485 -1-9,6» ……… встроенный фильтр для максимальной скорости передачи информации 9,6 кБ/с.

«УЗТВ Ф RS-485 -1-4,8» ……… встроенный фильтр для максимальной скорости передачи информации 4,8 кБ/с.

 

Подробная статья о спектре электромагнитного излучения грозовыми разрядами – ( PDF-файл )

 

 Сигнал F=10кБс + шум

 

 Сигнал F=10кБс + Uшума в линии связи

                                                                 

 Сигнал F=10кБс на входе RS485 после фильтра

 

 

Схемы подключения аппаратуры с защитными фильтрами: