Допълнителни изисквания за изпълнение на заземяване, Конфликтни ситуации - Индустриална архитектура
Допълнителни изисквания за изпълнение на заземяване
За да функционират правилно веригите на драйвера и приемника при комуникация, системното оборудване трябва да има път за връщане на сигнала между заземяващите вериги на приемащата и предаващата страна. Заземителната верига може да бъде направена чрез директно свързване на общите проводници на всяко устройство към точки с нулев потенциал. Този метод е валиден само при гарантирано равенство на заземяващите потенциали в местата на разположение на модулите на системното оборудване. В допълнение, заземителната верига може да бъде реализирана с помощта на дренажен проводник, който е вътре в кабела за данни, както е показано на фиг. 5.5. При изпълнение на веригата за заземяване на сигнала по втория начин, свързването на третия (дренажен) проводник към общия проводник на сигнала на всяко устройство трябва да се извърши чрез резистор с малко съпротивление, например 100 ома, който е предназначен да ограничава блуждаещите токове, когато се използват други вериги за заземяване от съображения за безопасност.
Ориз. 5.5.Заземителна верига, реализирана с дренажен проводник.
В някои случаи, за да се увеличи устойчивостта на електрически (немагнитни) смущения, се използва екраниран кабел за данни. При използването му екранът трябва да бъде свързан към корпуса на оборудването само в една от двете най-отдалечени точки за разполагане на техническите средства на системата. Прилагането на втория вариант е допустимо само при гарантирано равенство на земните потенциали в местата на разположения на системното оборудване. Стандартът EIA RS-485 не определя изисквания за средствата за свързване на екрана на кабела.
Методът за внедряване на земни вериги при използване на приемо-предаватели с галваничниизолацията е показана на фиг. 5.1.
Конфликтни ситуации
Ако към комуникационната линия са свързани два или повече формирователя, тогава е възможна ситуацията на тяхното едновременно преминаване в активно състояние. В случай, че един драйвер в активно състояние е източник, а вторият е потребител на ток, може да възникне прекомерно нагряване на компонентите на изходните етапи на драйверите. Тази ситуация се нарича конфликт. Тъй като системните изисквания може да диктуват, че повече от един драйвер може да стане активен по едно и също време, условията за изпитване съгласно клауза 3.4.2 от стандарта EIA RS-485 са настроени да ограничават максималната мощност, разсейвана от компонентите на изходния етап на драйвера.
Конфликтни ситуации могат да възникнат поради следните причини.
1. Включете системата.
2. Когато включите захранването на системата или когато я включите отново след кратко изключване, няколко драйвера (или всички) по време на процеса на инициализация може да са в активно състояние.
3. Системен срив.
4. Появата на системна неизправност или софтуерна повреда може да доведе до активиране на няколко драйвера.
5. Използването на протокол за обмен, който позволява опити за едновременен достъп до комуникационния канал от няколко устройства. Някои протоколи за обмен могат да съдържат процедури за достъп до комуникационния канал, осигуряващи прехвърляне на няколко шейпъра в активно състояние за кратки периоди от време. В крайна сметка обаче каналът се предоставя на едно устройство, което гарантира разрешаването на конфликта.
Механизмите на неизправност на шейпъра са показани на фиг. 5.6. и фиг. 5.7.
Ориз. 5.6.Конфликтна ситуация, причинена от едновременното активиране на два шейпъра.
На фиг. 5.6. показани са изходните вериги на два драйвера, свързани към обща комуникационна линия. Токът на късо съединение ще тече през отвореното горно рамо на драйвер A и отвореното долно рамо на драйвер B. Ако има потенциална разлика между основата на драйверите, варираща от минус 7 до плюс 7 V, мощността, разсейвана от драйвер A, може да надхвърли максимално допустимата стойност. Например, ако максималният ток на натоварване на драйвер A е 250 mA, а потенциалната разлика между масата на драйверите е 7 V, тогава разсейваната мощност ще бъде около 3 вата.
Фигура 5.7.Конфликтна ситуация, причинена от едновременното активиране на множество оформители.
Ситуацията, когато няколко шейпера са заредени в един, е илюстрирана на фиг. 5.7. Общият ток от няколко шейпъра А протича по долното рамо на шейпъра В, което може да доведе до неговата повреда поради повишаване на напрежението на насищане (колектор-емитер) и съответно увеличаване на разсейваната мощност. По този начин, оформящото устройство трябва да бъде оборудвано със защитни средства за предотвратяване на повреда поради причините, описани по-горе.
Най-очевидните решения на този проблем са:
- въвеждане на токоограничаващи елементи;
- изпълнение на термозащита на шейпъра.
При използване на ограничители на тока, разсейваната мощност намалява и след разрешаване на конфликтната ситуация работата на устройството се възстановява моментално. В случай на използване на термична защита, когато се задейства, времето за възстановяване на оформителя се увеличава значително. По този начин,за предпочитане е термичната защита да се реализира по такъв начин, че нейният праг на реакция да е близо до максимално допустимата стойност на тока, протичащ през веригите на изходния етап на формовчика. Заедно с термичната защита се препоръчва в изходните вериги на формирователя да се монтират токоограничаващи елементи, чиято функция е да намаляват разсейването на мощността, когато тече ток малко по-висок от номиналния.
Конфликтните ситуации, придружени от потока на голям ток през линията, водят до факта, че реактивната енергия се съхранява в комуникационната линия. При рязко намаляване на тока възниква скок на напрежението, чиято интензивност се определя по формулата:
където U е амплитудата на напрежението; Ikz - общият ток на късо съединение, протичащ в линията при конфликтна ситуация; Zk -- вълнов импеданс на комуникационната линия.
Проектантът на системата трябва да вземе предвид възможността за пренапрежения на напрежението, чиято амплитуда значително надвишава стойността, установена от стандарта (25 V). Тези пренапрежения могат да бъдат причинени от краткотрайни мощни смущения, които възникват при превключване на захранващо оборудване, както и от атмосферни разряди. Схемата на свързване на устройството за потискане на импулсния шум е показана на фиг. 5.8. При внедряването на външни защитни вериги за приемо-предаватели трябва да се вземе предвид фактът, че всяко инсталирано устройство за потискане на пренапрежение в комуникационната линия въвежда капацитет, еквивалентен на капацитета на кабел с дължина около 120 m.
Ориз. 5.8.Схема на свързване на устройство за потискане на пренапрежение.