RS-485 на длинной линии Опции

[avat]

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.

[yuri_d]

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).

[rezident]

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).

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!

Самое напрашивающееся решение - единый общий провод для питания и устройств, и драйверов (он же сигнальная земля сети).

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.

Общее питание драйверов и устройств гальваноизолировано ото всего (понижающий трансформатор бытовой сети 220В, ПК тоже развязать оптронной развязкой).

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.

Далее, как я понял, следует вариант с общим сигнальным проводом, объединяющим только драйверы, и гальваноизоляцию этих драйверов,

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.

дабы развязать потенциалы питающих и сигнальных линий, но тогда либо провод надо потолще брать, либо землить его в узлах сети.

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

Кстати, а за счет чего развязка драйверов поможет избежать (снизить?) разности потенциалов сигнальной земли? За счет резкого снижения протекаемого тока в таком общем проводе?

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

[Dog Pawlowa]

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.

[avat]

Защита наружных цепей обязательна. Мы столкнулись с тем, что даже без прямого попадания молнии СМД-резисторы в цепях интерфейса просто испарялись.

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

[rezident]

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.

[Dog Pawlowa]

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.