Есть 10 устройств, размещенных в чистом поле в ряд общей длиной 500м в одну линию. Требуется объединить их цифровым интерфейсом связи (скорость не важна) с подключением, допустим, к ПК.
Каждому устройству нужно питание (5В, 50 мА). Предполагаю использовать RS-485, один источник питания в начале линии (напряжением побольше, чтобы скомпенсировать падение в линии), кабель (заказчик хочет использовать 4-х проводной, неэкранированный, не витой) будет закопан в землю. Главный критерий - безотказность. Есть некоторые вопросы, т.к. проектирую такую систему впервые.

1. Оправдано использование не витой неэкранированной пары на скорости, допустим, 1200 бод и длине линии 500м?
2. Будет ли использование одного ИП постоянного тока в начале линии напряжением 12-18В оправданным для питания системы в случае использования "-" ИП в качестве общего провода?
3. Не превысит ли разность потенциалов земли на устройствах допустимое для драйверов (MAX485)? Если да, как с этим можно бороться?
4. Стоит ли применять грозозащиту к цепям интерфейса и линиям питания?

Сделать нормальное заземление в грунт на каждом узле не представляется возможным - 30 см почвы, потом мел.

Нет. Только витая пара. Иначе про свой главный критерий - безотказность - можете забыть.

Поясните, что значит "общий провод" в данном контексте? Он будет заземлен? Все устройства будут гальванически связаны? А интерфейсы RS-485 тоже будут гальванически связаны? И с общим проводом тоже? А вообще конечно это вполне логично запитать все устройства по одному кабелю.

Это можно посчитать, после того как выберите тип кабеля. Для большинства драйверов величина синфазного напряжения лежит в диапазоне -7В...+12В. Если же не хотите с этим бороться, то просто сделайте гальваническую изоляцию интерфейсов RS485 в каждом устройстве. Или изоляцию самого устройства от цепи питания. Второе даже удобнее, т.к. можно готовые модули изолированных DC/DC поставить.

Линия связи будет в земле. А устройства где располагаться? В той местности часто грозы бывают? Вы думаете против "прямого попадания" молнии что-то поможет? Хотя если будет гальваническая изоляция, то она должна помочь спасти хотя бы часть устройств при таком катаклизме. Но для этого нужно изолировать каждое устройство и от линии общего питания и от линии связи.
P.S. кстати, предположение

не верное. Это только для каждого устройства. А питание для RS485 почему вы не посчитали? Добавьте еще как минимум по 100мА для питания интерфейса RS485.

3) У простого MAX485 допустимый диапазон по входу действительно -7 ... +12 вольт. Однако есть MAX3158, который допускает +-60 вольт. Если этого мало, то можно ставить оптоизолированную версию MAX1480 (+- 1.5 кВ).

4)
Если заземления в каждом узле не будет, то безсмысленно говорить о грозозащите. При попадении молнии в любое устройство скорее всего будет убита вся цепочка (и возможно оператор ПК).

Самое напрашивающееся решение - единый общий провод для питания и устройств, и драйверов (он же сигнальная земля сети). Общее питание драйверов и устройств гальваноизолировано ото всего (понижающий трансформатор бытовой сети 220В, ПК тоже развязать оптронной развязкой).
Далее, как я понял, следует вариант с общим сигнальным проводом, объединяющим только драйверы, и гальваноизоляцию этих драйверов, дабы развязать потенциалы питающих и сигнальных линий, но тогда либо провод надо потолще брать, либо землить его в узлах сети.
Кстати, а за счет чего развязка драйверов поможет избежать (снизить?) разности потенциалов сигнальной земли? За счет резкого снижения протекаемого тока в таком общем проводе?

ИМХО вы ошибаетесь, путая величину гарантированного напряжения изоляции и диапазон допустимого синфазного напряжения (CMR) сигнала для приемников упомянутых вами м/с. Для всех этих трех м/с величина CMR приемника -7В...+12В. Именно такое значение указано в стандарте TIA/EIA-485-A.
Другое дело, что у MAX3158 используется хитрый прием, когда уменьшая входное сопротивление приемника, добиваются увеличения CMR. Но при этом допустимое количество приемников, подключаемых к линии уменьшается. По стандарту TIA/EIA-485-A к одному драйверу не менее 32 приемников можно подключить. Для MAX3158 в режиме HighCMRR я бы расчитывал на подключение не более 8-ми таких как она приемников.
Упоминание же MAX1480 вообще не в тему. Да, у нее вход/выход приемника и выход/вход передатчика изолированы и гарантированная величина изоляции Vrms<=1,6кВ (в течение 1 минуты) и Vrms<=2кВ (в течение 1 сек), но CMR приемника-то все равно -7В...+12В.
Читайте внимательнее соответствующие datasheets!


Дык в интерфейсе RS485 дифференциальная линия связи. А падение напряжения на общем проводе при неизолированном интерфейсе является синфазной составляющей сигнала. Величина допустимой синфазной составляющей сигнала определяется стандартом TIA/EIA-485-A и составляет -7В...+12В.

Вы только не забывайте, что кабель у вас будет в земле лежать. Типовое сопротивление утечки изоляции для таких случае обычно как 50кОм учитывают. И заранее ведь не известно в каком именно месте может произойти повреждение изоляции.

Да нету у RS485 общего провода! Это дифференциальный интерфейс. Третий провод, который используют в RS485 это либо экран, либо отдельный провод, выравнивающий потенциалы драйверов RS485 для снижения синфазной составляющей сигнала.

А какова будет роль заземления в таком случае? Это то же самое "утолщение" общего провода, не так ли?

Вы нарисуйте схему подключения-то Если будет сложно сообразить, то между нодами устройств нарисуйте не участки проводников, а резисторы.

Защита наружных цепей обязательна. Мы столкнулись с тем, что даже без прямого попадания молнии СМД-резисторы в цепях интерфейса просто испарялись.
Гальваническая развязка обычно нужна узлам для устойчивости, чтобы на питание контроллера не попадали внешние помехи. Эту проблему в случае простых систем можно решить и без развязки, обязательно оставив ее для компьютера.

Был бы крайне благодарен, если приведете пример схемы такой защиты.

http://www.caxapa.ru/sch/protect_data.html
Хотя мы используем защиту попроще. Multifuse типа MF-R010 или MF-MSMD010 последовательно с каждой линией (A и и варистор типа CN1206M4G с каждого из выходов драйвера на общий. От общего провода 100 Ом в линию к которой подключается экран витой пары или провод для выравнивания потенциалов драйверов RS-485.

Да, мы тоже используем подобную защиту, только вместо многоразового предохранителя просто резисторы 50 Ом 2 Вт, супрессоры помощнее, в общий провод тоже мощный резистор, и за ним варистор на локальный PE, чтобы оператора не убило. Ну и гальваническая развязка на всех приборах.

В общем, достаточно добавить 100-200 мА на всю систему. Обычно не все драйверы включены на передачу.

Полагаю, что вы ошибаетесь, утверждая, что для всех упомянутых микросхем допустимый уровень синфазного напряжения на входе -7 ... +12 вольт.

ниже график из datashhet на MAX3158 (страница 7):

из графика видно, что +-60 вольт синфазного напряжения допустим для частот синфазной составляющей менее 150 Гц.

Для MAX1480, если не использовать ISOCOM для выравнивания потенциалов драйверов а только как экран (Вы упоминаете такую возможность в своем сообщении), уровень допустимого синфазного напряжения будет ограничиваться напряжением изоляции (Viso). Опять же из datashet-а MAX1480E-MAX1490E (страница 2 и замечания 4) имеем: 1260 Vrms в течении 1 минуты при 25 градусах Цельсия и 1520 Vrms в течении 1 секунды.

А теперь уточните, что вы под синфазным напряжением подразумеваете и относительно какой точки его измеряете? Лично для меня (и для стандарта TIA/EIA-485-A тоже, кстати) синфазное напряжение измеряется относительно общего провода питания входной части приемника RS485 - того самого ISOCOM в случае MAX3158 и MAX1480.

Повторю еще раз: для MAX3158 применим график из datasheet-а, который я привел в предыдущем сообщении. Из него следует, что входное синфазное напряжение может достигать +- 60 вольт при частоте синфазной составляющей менее 150 Гц. Посмотрите внимательно datasheet, на первой странице Вы можете увидеть typical operating circuit. На этом рисунке ясно видно, что синфазное напряжение прилагается между ISOCOM и общим проводом удаленного узла. Они гордятся своим достижением и специально показали это во многих местах datasheet-а.

Опять же еще раз: если для MAX1480 не использовать ISOCOM для выравнивания потенциалов драйверов а только как экран (Вы упоминаете такую возможность в своем сообщении), уровень допустимого синфазного напряжения будет ограничиваться напряжением изоляции (Viso).

Наконец должен же присутствовать здравый смысл - елси бы все перечисленные микросхемы (MAX485, MAX3158 и MAX1480) допускали один и тот же уровень входного синфазного напряжения (-7В +12В), то какой смысл ставить большую микросхему (DIP24, DIP28 или SSOP28) за 500 рублей, если можно поставить маленькую (SO8) за 50? А раз так, то фирма бы не тратила времени на разработку безполезных микросхем.

Наш вариант:


Это, правда, для RS-422 или даже Ethernet

На входе Polyswitch-и на 0.1А, кстати они обладают сопротивлением даже в проводящем состоянии в несколько Ом, так что "звоны" слегка давят. Супрессор через диодный мостик - т.к. собственная емкость низковольтных супрессоров порядка 4нФ (!!!) - оно вам надо в линии?

По-хорошему, надо бы еще "-" мостика тоже через супрессор пустить, а не напрямую на землю - тут мы "недоиспользуем" возможности входа ADM485 по синфазному напряжению... Но нам хватает.

Тогда и вы прочитайте внимательно мое сообщение, за счет чего именно они этого достигли.

Да не напряжением изоляции, а уровнем электромагнитных наводок, проходной емкостью изоляции драйвера, сопротивлением утечки в линии связи и входным сопротивление драйвера. Если бы емкость изоляции была бы равна нулю и сопротивление утечки в линии связи было бы равно бесконечности, то синфазную составляющую сигнала можно было бы вообще не учитывать.

Дык вот вы и включите здравый смысл! С какого бодуна вы на равных сравниваете функции и стоимость НЕизолированного драйвера MAX485 и гальванически изолированного MAX1480? А раз еще и стандарты для вас не указ, то дискутировать с вами вообще бесполезно.