Kabelauswahl und Verdrahtung für die RS485-Kommunikation

Ich entwerfe ein Sensorsystem, bei dem jeder Sensor über RS485 MODBUS in einer Umgebung mit hoher Dichte kommuniziert. Jede Linie besteht aus 18 Sensoren, die dann zu einem Gateway (Elfin EE11) gehen, das RS485 in Ethernet umwandelt, das dann in einen Server geht. Jede Linie hat eine maximale Entfernung von 30 m vom letzten Sensor bis zum Gateway. Jeder Slave verwendet ein RS485-zu-TTL-Modul, um mit einer MCU zu kommunizieren. Jeder Slave arbeitet mit 5 V und verbraucht bis zu 1 A.

Kabelauswahl

Ich beabsichtige, das gleiche Kabel zu verwenden, um jeden Sensor mit Strom zu versorgen. Dieses Kabel wird auch parallel zu einigen Stromkabeln verlaufen, die 240 VAC 30 A führen. Meine aktuelle Auswahl besteht aus CAT5e-Kabeln, die 48 V ähnlich einem PoE-System führen. Sollte ich aufgrund der parallel verlaufenden Stromkabel STP-Kabel anstelle von UTP verwenden? Wenn ich STP verwenden würde, wie erde ich das Kabel richtig?

Kabelverdrahtung

Das Standard-CAT5e-Kabel enthält 4 verdrillte Paare. Ich beabsichtige, 2 Twisted Pairs für die Stromversorgung zu verwenden. Ein weiteres verdrilltes Paar an RS485 A bzw. B und das andere als Reserve. Stimmt etwas mit dieser Verkabelung nicht? Muss ich an jedem Sensorgerät einen Abschlusswiderstand anbringen?

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Jede Hilfe wird sehr geschätzt. Vielen Dank im Voraus.

Nur eine Warnung: Sie sagen immer wieder, dass dies PoE ähnlich ist, aber es ist wirklich nicht so ähnlich: Bei PoE gibt es keine dedizierte Stromleitung, und Strom und Daten werden auf denselben Paaren überlagert.
Klingt so, als sollten Sie die MODBUS-Spezifikation lesen. Hast du das gelesen? Es enthält höchstwahrscheinlich alle Informationen zu Verkabelung, AWG, Abschirmung und Abschlüssen, die Sie sich wünschen. Andernfalls würden Sie in den Antworten die relevanten Teile der Spezifikationen zitieren.

Antworten (3)

Frage 1) Kabelauswahl; UTP vs. STP; Erdung:

Der Modbus-Standard erfordert ein abgeschirmtes Kabel, daher müssen Sie STP verwenden.

Der Modbus-Standard erfordert außerdem, dass die Abschirmung nur an einem Ende mit der Schutzerde verbunden wird, damit zwischen den Geräten kein Strom über die Kabelabschirmung fließen kann. Wenn ein Stecker vorhanden ist, muss der Kabelschirm mit dem Steckergehäuse verbunden werden, damit er über den Stecker geerdet wird.

Der Modbus-Standard besagt, dass Datenkabel 24 AWG oder dicker sein müssen, aber nicht dünner.

Der Modbus-Standard besagt, dass CAT5-Kabel nur für bis zu 600 Meter ausgelegt sind, daher ist es nicht so gut wie ein Kabel, das tatsächlich für Modbus oder RS-485 ausgelegt ist, und die 100-Ohm-Differenzimpedanz von CAT5-Kabeln ist möglicherweise nicht so gut wie Kabel mit höheren Impedanz.

Nur als Warnung, CAT5 ist möglicherweise keine gute Wahl. Denken Sie also daran, wenn Sie CAT5 anstelle von Kabeln verwenden, die eigentlich für RS-485 oder Modbus gedacht sind. Wenn es also nicht funktioniert, tauschen Sie das Kabel aus.

Frage 2) Kabelverdrahtung; Beendigung:

Ja, es gibt ein definitives Problem mit dem, was Sie vorschlagen. RS-485 oder Modbus funktioniert nicht einfach mit zwei Datenleitungen. Auch für Datensignale zwischen den Geräten muss eine gemeinsame Masse vorhanden sein. Der Modbus-Standard erfordert einen dritten Draht zum Verbinden der gemeinsamen Masse für Daten zwischen Geräten. Die gemeinsame Masse für den Datenbus soll das Spannungspotential der Transceiver auf dem gleichen gemeinsamen Massepotential halten, so dass darin keine Stromversorgungsströme fließen sollen. Zumal Sie beabsichtigen, Schaltnetzteile zu verwenden, benötigen Sie eine separate Stromversorgungsleitung und eine Stromversorgungsrückleitung, und um diese getrennt zu halten, bedeutet dies im Grunde isolierte Stromversorgungen oder isolierte RS-485-Schnittstellen an den Sensoren Kein Sensor verbindet die gemeinsame Masse für Daten mit der gemeinsamen Masse für die Stromversorgung.

Die Terminierung gehört definitiv nicht zu jedem Sensorgerät. Der Modbus-Standard schreibt vor, dass die Busse terminiert werden müssen, dass es nur zwei Terminatoren im Bus an beiden Enden des Busses geben darf.

"RS-485 oder Modbus funktioniert nicht einfach mit zwei Datenleitungen" . Das tut es, aber Sie benötigen einen isolierten Konverter mit schwebender Versorgung der Transceiver. Normalerweise werden hochohmige Entlüftungswiderstände von AB-Leitungen verwendet, um das GND-Potential zu definieren. Ohne galvanische Trennung benötigen Sie den 3. Draht - GND. Diese Geräte werden aber nicht in der Industrie eingesetzt, sie sind nicht für Multidrop geeignet, eher für PtP-Kommunikation auf kurze Distanz.
Ja, es könnte funktionieren, und ich habe keinen Zweifel, dass es für Sie funktioniert hat, aber funktioniert es garantiert für alle in allen Fällen mit zweipoligen Netzteilen, die eine Gleichtaktspannung in Bezug auf Erde ausgeben? Es kann auch funktionieren, wenn es an allen Geräten geerdet ist, damit sie den gemeinsamen Bezug über die Netzerde erhalten. Außerdem erfordert der Modbus-Standard dies.
Solange Sie isolierten Typ verwenden, funktioniert es wie beschrieben. Modbus ist eine Protokollschicht, während RS485 eine physikalische Schicht ist, sodass die Verkabelung kein Teil des Modbus-Standards ist, IMO. Aber Sie können das Dokument verlinken, in dem es darüber steht, aber ich bezweifle, dass es anders sein sollte als jeder andere RS485.
@MarkoBuršič Ich habe den frei verfügbaren Modbus-Standard von modbus.org zitiert, wie man RS485-Modbus-Knoten miteinander verbindet. Kapitel „3.6 Kabel“.

Es ist schlecht, die Kommunikation parallel zum Netz zu betreiben. Sie wollen keinen Transformator machen .... Schild oder kein Schild. Es wird auch als elektrostatischer Schild bezeichnet - nicht elektromagnetisch. So erden Sie das Kabel - Sie haben wirklich nur einen Erdungspunkt, da die Versorgung über das Kabel erfolgt.

Stellen Sie sicher, dass das Kabel an der 48-V-Versorgung geschützt ist - Sie möchten nicht, dass ein Fehler einen Brand verursacht.

Sie müssen nur die Enden des Kabels terminieren, nicht jeden Sensor. Je nach Datenrate, Treiber, Kabel usw. benötigen Sie möglicherweise keine Terminierung. Dennoch ist es ratsam, die Anforderung vorwegzunehmen.

Abgesehen von A & B benötigen Sie 0 V. Verwenden Sie dafür nicht die Abschirmung. Sie müssen auch den Spannungsabfall bei der 48-V-Versorgung berücksichtigen - es wird empfohlen, isolierte DC/DC-Wandler an jedem Sensor zu verwenden.

48-V- und RS485-Kommunikation sind eine unglückliche Verbindung - die meisten 485-Transceiver werden 48 Volt am Bus nicht zu schätzen wissen. Der LTC1785 wird es tolerieren. Es kann auch andere Chips geben, aber der durchschnittliche 75176 oder MAX485 wird sterben. Wie verträgt Ethernet das? Sie verwenden Transformatoren und einen intelligenten Schutz auf der Netzteilseite.

Leider bleibt mir mit dem aktuellen Setup nichts anderes übrig, als sie parallel zum Netz zu betreiben. Das Beste, was ich tun kann, ist, sie so weit wie möglich in einem Abstand von etwa 2 Zoll zu halten. Wenn Sie sagen, dass das Kabel geerdet ist, meinen Sie Erdung, richtig? Welche Art von Schutz würden Sie für die 48-V-Leitung empfehlen? Kann ich die 0 V des verwenden? 48-V-Versorgung als Referenz Die 48-V-Versorgung dient nur der Stromübertragung und wird mit einem Abwärtswandler für jedes zu verwendende Slave-Gerät auf 5 V heruntergesetzt.
Berechnen Sie den Spannungsabfall über Ihrem Kabel. Die 0 V an der Quelle werden am Ende nicht 0 V sein. Zwischen A und B tritt nur ein sehr geringer Spannungsabfall auf, sodass Sie möglicherweise ein Problem mit der Gleichtaktspannung haben. Deshalb habe ich isolierte DC/DC-Wandler vorgeschlagen. Der Teufel steckt im Detail. Denken Sie auch an den Blitzschutz.
Entschuldigung, ich bin etwas verwirrt. Wie würden die isolierten DC/DC-Wandler helfen und funktionieren? Außerdem ist dieses System komplett im Innenbereich, würde ich trotzdem einen Blitzschutz benötigen?
Sie müssen sich selbst einen Stromkreis zeichnen. Ersetzen Sie die 0-V- und 48-Drähte durch den äquivalenten Widerstand des Kabels (~10 Ohm/100 m), der auf die tatsächliche Länge des Drahts skaliert ist, und verwenden Sie das Ohmsche Gesetz, um den Spannungsabfall zu berechnen. Durch die Verwendung von isolierten Konvertern wird der Hochstrom 0 V für die Stromversorgung von den 0 V für die RS485 getrennt. Der größte Teil des Schadens eines indirekten Blitzeinschlags ist Induktion. Sie haben viel Draht, damit das passiert. Wie häufig blitzt es in Ihrer Gegend?
Es ist ziemlich schwierig, den Spannungsabfall auf dem Draht tatsächlich zu messen, da der Strom variiert und sich in mehrere Zweige aufteilt. Ich habe ein Diagramm meiner beabsichtigten Verkabelung hinzugefügt. Wenn ich ein zusätzliches Erdungskabel hinzufügen würde, verlängere ich dann einfach das GND-Kabel von der 5-V-Stromversorgung? Ich suche nach isolierten Konvertern, aber sie scheinen für mein Budget etwas zu teuer zu sein. Blitze sind in meiner Gegend nicht sehr häufig, und das gesamte Setup ist komplett drinnen.
Sie kennen die Kabellängen, Sie kennen den maximalen Stromverbrauch jedes Knotens, also können Sie einen Widerstand ersetzen. Am Ende haben Sie eine Widerstandsleiter, die Sie nach der Spannung an jedem Widerstand auflösen können. Es läuft alles auf das Ohmsche Gesetz hinaus. Stecken Sie die Werte in einen Simulator, wenn Sie die Mathematik vermeiden möchten. Sobald Sie den Spannungsabfall kennen, können Sie eine fundierte Entscheidung treffen. Überspringen Sie dies und Sie riskieren etwas, das nicht funktioniert oder unzuverlässig ist. Sie können wahrscheinlich sagen, dass ich das schon einmal gemacht habe.
Vielleicht kann einer der erfahrenen Mitarbeiter dieser Website eine Simulation erstellen, da dies eine reale Anwendung der Schaltungstheorie ist.
In Ordnung, ich habe nachgerechnet und einige einfache Simulationen durchgeführt, um den Spannungsabfall zu berechnen. Wenn jedes Slave-Gerät 5 W verbrauchen würde, was die extreme Bedingung ist, beträgt der Vdrop am letzten Slave 1,6 V am Boden. Wenn jeder Slave 1 W verbrauchen würde, was realistischer ist, beträgt der Vdrop am letzten Slave 0,4 V auf dem Boden. Ist das in Ordnung?

Sie können ein dediziertes TP-Kabel verwenden, Beispiel: UNITRONIC Li2YCY (TP) Sie können keine Sterntopologie erstellen, sondern Sie "nähen" Geräte mit einem einzigen Kabel zusammen.

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sollte ich STP-Kabel anstelle von UTP verwenden?

Ein TP-Kabel hat einen ziemlich dicken Schirm, daher sollte kein UTP verwendet werden.

Wie erde ich das Kabel richtig?

Der Schirm darf nur an einem Punkt geerdet werden. Da Sie das Kabel in Abschnitte schneiden, können Sie beispielsweise nur ein Kabel erden: abgehend, sodass das ankommende am vorherigen Gerät oder Master geerdet wird.

Muss ich an jedem Sensorgerät einen Abschlusswiderstand anbringen?

Nur an beiden Enden der Übertragungsleitung, wie abgebildet.

Danke, also wenn ich nur mein Kabel am Gateway (Master) erde, sollte das den Trick machen, oder? Und wenn Sie Erde sagen, meinen Sie Erde, richtig?
Die ganze Linie wird ca. 1 km lang, daher wird eine Zwischenerdung bevorzugt. Ja, ich meine Erdpotential.
Meine Leitung wird nicht länger als 30m sein. Daher denke ich, dass eine Erdung an der Quelle ausreichen sollte. Gibt es dafür spezielle Anschlüsse?
@Max Es geht nicht um die Linien, Sensoren, Entfernungen. Kannst du ein Bild zeichnen? Es werden keine speziellen Anschlüsse benötigt. Sie wickeln einen Schirm in einen Leiter und schrauben dann den PE an. Ein Hinweis: youtube.com/watch?v=agJJkhXStHY
Ich habe ein Diagramm hinzugefügt, um die Dinge hoffentlich zu klären. Okay, danke, gilt das für STP- und FTP-Kabel?
@Max Ich habe über ein abgeschirmtes RS485-Twisted-Pair-Kabel ab Link gesprochen, nicht über STP und FTP. Außerdem dachte ich, Sie verwenden galvanisch getrennte (professionelle) Transceiver. Diese günstigen Varianten sind nicht genormt, also muss man sich selbst finden. Zumindest braucht man für die Transceiver eine zusätzliche GND-Leitung, nicht nur A und B.
Ich sehe, dass es aufgrund der Zeitbeschränkung und des Budgets nicht machbar ist, solche dedizierten Drähte zu bekommen. Also kann ich das zusätzliche Twisted Pair dann einfach als GND-Kabel verwenden?
@Max Ich glaube nicht, dass es einen Unterschied machen würde, da es dasselbe wie das GND-Versorgungskabel wäre, aber Sie müssen es auch mit dem Konverter verbinden. Was das Budget betrifft, wäre es besser, 24 VDC oder 12 VDC und einen LDO zu verwenden, anstatt 48 V mit Buck, ... weniger Rauschen, billiger.
Kabelauswahl und Verdrahtung für die RS485-Kommunikation
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