LANEX S.A. ul. Ceramiczna 8 20-150 Lublin tel. (081) 444 10 11 tel/fax. (081) 740 35 70 KONWERTER RS-485-43 IO-D Listopad 2005 LANEX S.A., ul.ceramiczna 8, 20-150 Lublin serwis: tel. (81) 443 96 39
1. Wstęp KONWERTER ŚWIATŁOWODOWY RS-485 Światłowodowe konwertery -, -2, -5 i -6 umożliwiają łączenie urządzeń wyposażonych w interfejs zgodny z zaleceniem RS-485. Połączenia światłowodowe są wykonywane za pomocą linii dwuwłóknowych. Zastosowanie światłowodów zapewnia całkowitą izolację pomiędzy urządzeniami oraz odporność na zakłócenia występujące na drodze przesyłowej. W porównaniu z bezpośrednim połączeniem elektrycznym zapewnia znaczne zwiększenie zasięgu i szybkości transmisji. 2. Charakterystyka ogólna Konwertery - i -43-5 posiadają jeden port światłowodowy i jeden elektryczny. - i -43-5 skrętka światłowód Konwertery -43-2 i -43-6 są wyposażone w dwa porty światłowodowe i jeden elektryczny. -43-2 i -43-6 światłowód skrętka światłowód Konwertery można łączyć ze sobą zarówno światłowodem jak i kablem elektrycznym. Konwerter jest wyposażony w standardowe złącza światłowodowe typu ST lub FC, zależnie od długości fali świetlnej, na której pracuje. Od strony styku RS-485 znajduje się 9- cio stykowe złącze typu D-sub. Konwerter posiada wbudowaną, uniwersalną przetwornicę o szerokim zakresie napięcia wejściowego. Zielona dioda sygnalizacyjna umieszczona na przedniej ściance urządzenia informuje o obecności napięcia zasilającego. Źródłem zasilania może być dowolny zasilacz prądu stałego o odpowiedniej mocy i napięciu z zakresu 12-35 V DC. Obudowa konwertera posiada zatrzask umożliwiający szybkie zamocowanie urządzenia na typowej szynie nośnej DIN EN 50 022. IO-D 1 Listopad 2005
3. Dane techniczne KONWERTER ŚWIATŁOWODOWY RS-485 Parametr - (2) -43-5 (6) Szybkość transmisji przy zniekształceniach 2,5 Mbit/s 500 kbit/s ±10% Czułość odbiornika światłowodowego -25 dbm -33 dbm ( 250 kbit/s) (wartość średnia dla przebiegu o wypełnieniu -31 dbm (250 500 kbit/s) d = 0,5) Poziomy logiczne w światłowodzie "0" świeci "1" - nie świeci Zasięg transmisji w kablu elektrycznym 50 m Maksymalna ilość urządzeń dołączonych do 32 magistrali elektrycznej Zakres temperatur pracy 0-50 C Zasilanie 10-40 VDC / 150-50 ma Konwertery mogą być wyposażone w trzy różne typy przetworników optoelektronicznych. W zależności od doboru tych elementów uzyskujemy różne poziomy mocy optycznej sprzężonej do rdzenia światłowodu i różne zasięgi transmisji światłowodowej. Poziom mocy optycznej nadajnika [dbm] (wartość średnia dla przebiegu o wypełnieniu d = 0,5) Typ urządzenia --1-43-2-1 -43-5-1-43-6-1 -43-5-2-43-6-2 Typ źródła światła LED/850 LED/850 ELED/1300 Typ światłowodu - 9/125 µm ----------- ----------- -22 Typ światłowodu - 50/125 µm -18-20 -20 Typ światłowodu - 62,5/125 µm -14-17 -20 Na podstawie czułości odbiornika i poziomu mocy optycznej nadajnika można określić w przybliżeniu zasięg transmisji światłowodowej. "W przybliżeniu" dlatego, że faktyczny zasięg zależy od rzeczywistej tłumienności linii światłowodowej. W poniższej tabeli znajdują się szacunkowe zasięgi, określone przy założeniu gwarantowanych parametrów nadajnika i odbiornika, typowych tłumienności włókien światłowodowych i z marginesem systemowym na poziomie 3 db. - (2) -43-5 Typ źródła światła LED/850 LED/850 ELED1300 Typ światłowodu - 9/125 µm ----------- ----------- 16 km Typ światłowodu - 50/125 µm 1,3 km 3,3 km 8 km Typ światłowodu - 62,5/125 µm 2 km 3,3 km 8 km Typ złączy światłowodowych ST ST FC IO-D 2 Listopad 2005
4. Zasady konfigurowania sieci KONWERTER ŚWIATŁOWODOWY RS-485 Poniższe rysunki obrazują przykładowe sposoby zastosowania konwerterów -43. Przykład 1. Dołączenie jednego urządzenia do magistrali skrętkowej za pomocą kabla światłowodowego. Przykład 2. Połączenie dwóch magistral skrętkowych i trzech urządzeń za pomocą kabli światłowodwych. 43-2 43-2 dwówłóknowy kabel światłowodowy skrętka miedziana IO-D 3 Listopad 2005
KONWERTER ŚWIATŁOWODOWY RS-485 Konwertery -43-2 i (6) są szczególnie przydatne przy budowaniu sieci z wieloma odgałęzieniami światłowodowymi. Łącząc w szereg kilka takich konwerterów kablem światłowodowym uzyskamy magistralę światłowodową z aktywnymi odgałęzieniami elektrycznymi RS-485. Na końcach takiej magistrali należy (ze względów ekonomicznych) zastosować konwertery - lub (5). Kilka konwerterów można dołączyć do wspólnej magistrali skrętkowej. Otrzymamy wtedy topologię gwiazdy światłowodowej. Oba wyżej wymienione sposoby konfigurowania połączeń można stosować jednocześnie w jednej sieci. Ograniczenia obowiązujące przy projektowaniu instalacji z zastosowaniem konwerterów -43 to: - maksymalna ilość urządzeń dołączonych do jednej magistrali elektrycznej, - maksymalna długość połączeń zarówno elektrycznych jak i światłowodowych, - maksymalna szybkość transmisji. Maksymalna ilość urządzeń i długość kabla elektrycznego jest określona w danych technicznych. Zasięg transmisji światłowodowej jest oszacowany w następujący sposób: Przykład 1. Zastosowano światłowód gradientowy 62,5/125 µm o tłumienności: 4 db/km. Poziom mocy optycznej emitowanej do rdzenia światłowodu: -14 dbm. Czułość odbiornika światłowodowego: -25 dbm Budżet mocy optycznej: -14 dbm - (-25 dbm) = 11 db Po uwzględnieniu marginesu systemowego: 11 db - 3 db = 8 db Zasięg: 8 db / 4 db/km = 2 km Przykład 2. Zastosowano światłowód gradientowy 50/125 µm o tłumienności: 3 db/km. Poziom mocy optycznej emitowanej do rdzenia światłowodu: -18 dbm. Czułość odbiornika światłowodowego: -25 dbm Budżet mocy optycznej: -18 dbm - (-25 dbm) = 7 db Po uwzględnieniu marginesu systemowego: 7 db - 3 db = 4 db Zasięg: 4 db / 3 db/km = ok. 1,3 km W warunkach rzeczywistych należy posługiwać się zmierzoną wartością tłumienności linii światłowodowej i sprawdzić, czy w danej sytuacji pozostaje pewien zapas mocy optycznej. Zaleca się, aby margines systemowy był nie mniejszy niż 3 db. Konwertery nie regenerują parametrów czasowych sygnału a jedynie amplitudę. Dlatego maksymalna szybkość transmisji (zapisana w danych technicznych) dotyczy pojedynczego łącza światłowodowego między dwoma konwerterami i jest określona przy założeniu, że zniekształcenia czasowe sygnału są nie większe niż ±10%. Jeśli w instalacji występuje więcej połączeń światłowodowych, realizowanych przez konwertery typu -43, to maksymalna szybkość, przy której zniekształcenia nie przekroczą ±10% wynika z następującej zależności: katalogowa, maksymalna szybkość transmisji / ilość połączeń światłowodowych. Przy czym należy wziąć do obliczeń ilość połączeń światłowodowych występujących na drodze sygnału, a nie wszystkie połączenia w sieci. W przykładzie 2 występują cztery linie światłowodowe, ale do obliczeń należy przyjąć trzy. IO-D 4 Listopad 2005
KONWERTER ŚWIATŁOWODOWY RS-485 5. Uwagi ogólne dotyczące budowy sieci wykorzystującej szeregowy interfejs RS485. Łącze RS-485 standardowo wykorzystuje do transmisji sygnału ekranowany symetryczny kabel skręcany Do symetrycznej magistrali skrętkowej można dołączyć do 32 odbiorników/ nadajników przy półdupleksowej transmisji. Nie ma specjalnych zaleceń dotyczących miejsca dołączenia urządzenia do magistrali skrętkowej i nie jest konieczne dołączanie urządzenia na końcu. Należy jednak pamiętać aby magistrala były zaterminowana tylko na swych końcach. a) Terminowanie magistrali Zaterminowanie magistrali jest bardzo istotną czynnością podczas budowy sieci wykorzystującej interfejs RS-485. Jeżeli magistrala nie jest zaterminowana rezystorami o wartości równej impedancji charakterystycznej linii, następuje zniekształcenie przesyłanego sygnału oraz mogą pojawić się odbicia sygnału od końca magistrali. Może to prowadzić do błędów w odbiorze sygnału lub zaniku transmisji przy dużych długościach linii. Terminowanie należy przeprowadzić na zakończeniach magistrali (rys. poniżej) za pomocą rezystorów o wartości równej wartości impedancji charakterystycznej linii. Dla typowo stosowanego kabla ekranowanego wartość ta jest równa w przybliżeniu 120 Ω. Należy stwierdzić, że nie ma istotnego znaczenia miejsce dołączenia nadajnika. Ważne jest aby nadajnik widział impedancję równą impedancji charakterystycznej linii. Jednakże, dobrym rozwiązaniem jest podłączenie nadajnika na końcu linii, co umożliwia wyeliminowanie możliwych odbić pochodzących z dwu kierunków. R T R T RS485 RS485 RS485 Zaterminowanie linii jest konieczne dla przeciwdziałania pojawieniu się nieoczekiwanych odbić i zniekształcenia sygnału, powoduje jednak obciążenie nadajników. Typowe różnicowe napięcie nadajnika wynosi ok. 2 V co dla kabla zaterminowanego dwoma 120 Ω rezystorami daje prąd o wartości 33 ma płynący również przy braku sygnału w linii. Jednym ze sposobów uniknięcia nadmiernego obciążenia nadajników jest zaterminowanie linii tylko dla składowej zmiennej, jak pokazano na poniższym rysunku. IO-D 5 Listopad 2005
KONWERTER ŚWIATŁOWODOWY RS-485 A R X B C T R T Dla R T =120 Ω wartość pojemości można oszacować w przybliżeniu na podstawie wzoru: C = długość kabla (m) * 53,8 pf Specyfika topologii RS-485 wymaga aby nadajniki po skończonej transmisji lub braku transmisji danych ustawiały się w stan wysokiej impedancji. Stan ten dla odbiornika widziany jest jako cisza na linii. Większość odbiorników linii ustawia się na logiczną jedynkę wtedy gdy ich wejścia są rozwarte. W przypadku braku transmisji wszystkie nadajniki ustawione są w stan wysokiej impedancji, a ich wejścia zwarte są poprzez rezystory 120 Ω. Dla odbiornika panuje wtedy stan nieokreślony i pomimo stosowania w odbiornikach histerezy, pojawianie się zakłóceń w linii może powodować jego przełączanie. W celu zapobieżenia temu zjawisku stosuje się wymuszanie stanu w linii podczas braku transmisji poprzez odpowiednie spolaryzowanie wejść odbiornika. Poniższe rysunki obrazują sposoby spolaryzowania linii, powodujące ustawienie stanu 1 logicznej na wyjściu odbiornika gdy wszystkie nadajniki ustawione są w stan wysokiej impedancji. +5V A R X B C T R T IO-D 6 Listopad 2005
KONWERTER ŚWIATŁOWODOWY RS-485 +5V A R T R X B Konwertery posiadają wbudowany rezystor (terminator). Jeśli konwerter znajduje się na końcu magistrali elektrycznej, należy dołączyć terminator za pomocą mikroprzełącznika. Dołączenie terminatora powoduje jednocześnie wstępne spolaryzowanie linii w niżej pokazany sposób. masa 470Ω 135Ω 470Ω Vcc RxD/TxD-N RxD/TxD-P IO-D 7 Listopad 2005
6. Opis oznaczeń KONWERTER ŚWIATŁOWODOWY RS-485 - gniazdo odbiornika światłowodowego - gniazdo nadajnika światłowodowego PWR - zielona dioda sygnalizacyjna, oznacza obecność napięcia zasilania Terminator OFF/ON - odłączenie/ dołączenie terminatora - przełącznik znajduje się na górnej ściance urządzenia + - napięcie zasilania - - masa SHIELD - ekran kabla elektrycznego, zacisk jest dołączony do styku nr 1 gniazda D-sub Opis styków złącza D-SUB 1. SHIELD 3. RxD/TxD-P 8. RxD/TxD-N Styk nr 1 złącza D-sub nie jest połączony wewnątrz urządzenia z układem elektronicznym, jest natomiast połączony z zaciskiem oznaczonym symbolem SHIELD. Dzięki temu można dołączyć ekran kabla elektrycznego do masy, uziemienia lub pozostawić "w powietrzu". Pełny symbol konwertera. -43-Y-X Y = (1, 2, 5 lub 6) - zgodnie z powyższym opisem X = (1 lub 2) - typ źródła światła: 1 - LED/850 2 - ELED/1300 ST jest znakiem handlowym firmy AT&T. IO-D 8 Listopad 2005
KONWERTER ŚWIATŁOWODOWY RS-485 IO-D 9 Listopad 2005
KONWERTER ŚWIATŁOWODOWY RS-485 Wyprodukowano: Lanex S.A. ul.ceramiczna 8 20-150 Lublin tel.: (081) 444-10-11 fax: (081) 740-35-70 e-mail: info@lanex.lublin.pl web: www.lanex.pl Kontakt z Serwisem: tel. (081) 443-96-39 Lanex S.A. 2004 IO-D 10 Listopad 2005