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.

[yuri_d]

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.

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.

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.

[rezident]

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

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.