Selección de cables y cableado para comunicación RS485

Estoy diseñando un sistema de sensores en el que cada sensor se comunica a través de RS485 MODBUS en un entorno de alta densidad. Cada línea consta de 18 sensores que luego van a una puerta de enlace (Elfin EE11) que convierte RS485 en ethernet que luego va a un servidor. Cada línea tiene una distancia máxima de 30m desde el último sensor hasta la pasarela. Cada esclavo usa un módulo RS485 a TTL para comunicarse con una MCU. Cada esclavo opera a 5V y consume hasta 1A.

Selección de cables

Intento usar el mismo cable para proporcionar energía a cada sensor. Este cable también funcionará en paralelo con algunos cables de alimentación que transportan 240 V CA 30 A. Mi selección actual es ir con cables CAT5e que transportarán 48 V similar a un sistema PoE. Debido a que los cables de alimentación funcionan en paralelo, ¿debería usar cables STP en lugar de UTP? Si tuviera que usar STP, ¿ cómo conecto a tierra el cable correctamente?

cableado de cables

El cable CAT5e estándar tiene 4 pares trenzados. Tengo la intención de usar 2 pares trenzados para el poder. Otro par trenzado para RS485 A y B respectivamente y el otro como repuesto. ¿Hay algo malo con este cableado? ¿Necesito poner una resistencia de terminación en cada dispositivo sensor?

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Cualquier ayuda será muy apreciada. Gracias de antemano.

Solo un aviso: sigue diciendo que esto es similar a PoE, pero en realidad no es tan similar: en PoE no hay una línea de alimentación dedicada, y la alimentación y los datos se superponen en los mismos pares.
Parece que deberías leer la especificación MODBUS. ¿Has leído eso? Es muy probable que tenga toda la información sobre cableado, AWG, blindaje y terminaciones que solicita. De lo contrario, las respuestas le citarían las partes relevantes de las especificaciones.

Respuestas (3)

Pregunta 1) Selección de cables; UTP frente a STP; Toma de tierra:

El estándar Modbus requiere un cable blindado, por lo que debe usar STP.

El estándar Modbus también requiere que el blindaje esté conectado a tierra de protección, solo en un extremo, de modo que no pueda fluir corriente entre los dispositivos a través del blindaje del cable. Si hay un conector, el blindaje del cable debe conectarse a la carcasa del conector, de modo que se conecte a tierra a través del conector.

El estándar Modbus dice que los cables de datos deben ser de 24 AWG o más gruesos, pero no más delgados.

El estándar Modbus dice que el cableado CAT5 tiene una clasificación de hasta 600 metros solamente, por lo que no es tan bueno como el cable que realmente tiene clasificación para Modbus o RS-485, y la impedancia diferencial de 100 ohmios de los cables CAT5 puede no ser tan buena como el cable con mayor impedancia.

Entonces, solo como advertencia, CAT5 puede no ser una buena opción, así que téngalo en cuenta cuando elija usar CAT5 en lugar del cable realmente diseñado para RS-485 o Modbus. Así que si no funciona, cambia el cable.

Pregunta 2) Cableado; Terminación:

Sí, definitivamente hay un problema con lo que sugieres. RS-485 o Modbus no funcionan simplemente con dos cables de datos. También debe haber un terreno común para las señales de datos entre los dispositivos. El estándar Modbus requiere un tercer cable para conectar a tierra común para datos entre dispositivos. La conexión a tierra común para el bus de datos está destinada a mantener el potencial de voltaje de los transceptores en el mismo potencial de conexión a tierra común, por lo que no debe tener corrientes de suministro de energía que fluyan en él. Especialmente dado que tiene la intención de usar fuentes de alimentación conmutadas, necesita un cable de fuente de alimentación y un cable de retorno de fuente de alimentación separados, y para mantenerlos separados, básicamente significa fuentes de alimentación aisladas o interfaces RS-485 aisladas en los sensores, de modo que ningún sensor conecta la tierra común para los datos a la tierra común para la fuente de alimentación.

La terminación definitivamente no pertenece a cada dispositivo sensor. El estándar Modbus exige que los buses estén terminados, que debe haber solo dos terminadores en el bus, en ambos extremos del bus.

"RS-485 o Modbus no funcionan simplemente con dos cables de datos". Lo hace, pero necesita un convertidor aislado con suministro flotante a los transceptores. Por lo general, las resistencias de sangrado de alta resistencia de las líneas AB se utilizan para definir el potencial GND. Sin aislamiento galvánico, necesita un tercer cable: GND. Pero estos dispositivos no se utilizan en la industria, no son aptos para multipunto, sino para comunicación PtP a corta distancia.
Sí, podría funcionar, y no tengo ninguna duda de que ha funcionado para usted, pero ¿está garantizado que funcionará para todos en todos los casos, con fuentes de alimentación de dos clavijas, que dan voltaje de modo común con referencia a tierra? También puede funcionar si todos los dispositivos están conectados a tierra para que obtengan la referencia común a través de la conexión a tierra. Además, el estándar Modbus lo requiere.
Siempre que use un tipo aislado, funciona como se describe. Modbus es una capa de protocolo, mientras que RS485 es una capa física, por lo que el cableado no forma parte del estándar Modbus, IMO. Pero puede vincular el documento donde dice sobre eso, pero dudo que deba ser diferente a cualquier otro RS485.
@MarkoBuršič Cité el estándar Modbus disponible gratuitamente de modbus.org sobre cómo conectar los nodos RS485-Modbus entre sí. Capítulo "3.6 Cables".

es malo juju ejecutar comunicaciones en paralelo a la red eléctrica. No quieres hacer un transformador... con escudo o sin escudo. También se llama escudo electrostático, no electromagnético. Cómo conectar a tierra el cable: realmente solo tiene un punto de conexión a tierra, ya que el suministro se realiza a través del cable.

Asegúrese de tener protección para el cable en el suministro de 48 V; no desea que una falla provoque un incendio.

Solo necesita terminar los extremos del cable, no cada sensor. Según la velocidad de datos, los controladores, el cable, etc., es posible que no necesite una terminación. Sin embargo, es aconsejable anticipar el requisito.

Además de A y B, necesita 0V. No uses el escudo para esto. También debe considerar la caída de voltaje con el suministro de 48 V; se sugiere usar convertidores CC/CC aislados en cada sensor.

Las comunicaciones de 48V y RS485 son un matrimonio infeliz: la mayoría de los transceptores 485 no apreciarán la aplicación de 48 voltios al bus. El LTC1785 lo tolerará. Puede haber otros chips también, pero el promedio 75176 o MAX485 morirá. ¿Cómo lo tolera ethernet? Utilizan transformadores y protección inteligente en el extremo de la fuente de alimentación.

Desafortunadamente, con la configuración actual, no tengo más remedio que ejecutarlos en paralelo a la red eléctrica. Lo mejor que puedo hacer es mantenerlos lo más lejos posible, a una distancia de aproximadamente 2". Cuando dice conectar a tierra el cable, se refiere a conectar a tierra, ¿no? ¿Qué tipo de protección recomendaría para la línea de 48 V? ¿Puedo usar el 0 V del ¿Suministro de 48 V como referencia? El 48 V es solo para transmisión de energía, se reducirá a 5 V con un convertidor reductor para que lo use cada dispositivo esclavo.
Calcule la caída de voltaje a través de su cable. El 0V en la fuente no será 0V al final. Habrá muy poca caída de voltaje entre A y B, por lo que es posible que tenga un problema con el voltaje de modo común. Es por eso que sugerí convertidores dc/dc aislados. El diablo está en los detalles. Considere también la protección contra rayos.
Lo siento, estoy un poco confundido. ¿Cómo ayudarían y funcionarían los convertidores CC/CC aislados? Además, este sistema es completamente para interiores, ¿seguiría necesitando protección contra rayos?
Necesitas dibujarte un circuito. Sustituya los cables 0V y 48 con la resistencia equivalente del cable (~10 ohmios/100 m) escalada a la longitud real del cable y use la ley de Ohm para calcular la caída de voltaje. Mediante el uso de convertidores aislados, los 0 V de alta corriente para la potencia se aíslan de los 0 V para el RS485. La mayor parte del daño de un rayo indirecto es por inducción. Tienes muchos cables para que eso suceda. ¿Qué tan frecuentes son los rayos en su área?
Es bastante difícil medir realmente la caída de voltaje en el cable, ya que la corriente variará y se dividirá en múltiples ramas. He agregado un diagrama de mi cableado previsto. Si tuviera que agregar un cable de tierra adicional, ¿simplemente extiendo el cable GND de la fuente de alimentación de 5V? Estoy buscando convertidores aislados, pero parecen demasiado caros para mi presupuesto. Los relámpagos no son muy frecuentes en mi área, y toda la configuración es completamente interior.
Conoce las longitudes de los cables, conoce el consumo máximo de corriente de cada nodo, por lo que puede sustituir una resistencia. Terminas con una escalera de resistencias que puedes resolver para el voltaje a través de cada resistencia. Todo se reduce a la ley de Ohm. Introduce los valores en un simulador si quieres evitar las matemáticas. Una vez que conozca la caída de voltaje, puede tomar una decisión informada. Omita esto y corre el riesgo de tener algo que no funciona o no es confiable. Probablemente puedas decir que he hecho esto antes.
Tal vez uno de los colaboradores expertos de este sitio pueda configurar una simulación, ya que se trata de una aplicación de la teoría de circuitos en el mundo real.
Muy bien, hice los cálculos y ejecuté algunas simulaciones simples para calcular la caída de voltaje. Si cada dispositivo esclavo consumiera 5 W, que es la condición extrema, la caída de V en el último esclavo sería de 1,6 V en tierra. Si cada esclavo consumiera 1 W, que es más realista, la caída de V en el último esclavo sería de 0,4 V. en el piso. ¿Está bien?

Puede usar un cable TP dedicado, por ejemplo: UNITRONIC Li2YCY (TP) Es posible que no haga una topología en estrella, sino que "unirá" los dispositivos con un solo cable.

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¿Debo usar cables STP en lugar de UTP?

Un cable TP tiene una pantalla bastante gruesa, por lo que no se debe usar UTP.

¿Cómo conecto a tierra el cable correctamente?

El blindaje debe conectarse a tierra en un solo punto. Dado que cortará el cable en secciones, puede conectar a tierra solo un cable, por ejemplo: el saliente, de modo que el entrante esté conectado a tierra en el dispositivo o maestro anterior.

¿Necesito poner una resistencia de terminación en cada dispositivo sensor?

Solo en ambos extremos de la línea de transmisión, como se muestra.

Gracias, así que si solo conecto a tierra mi cable en la puerta de enlace (Maestro), eso debería funcionar, ¿verdad? Y cuando dices tierra, te refieres a tierra, ¿verdad?
Toda la línea será de aprox. 1 km de largo, por lo que se prefiere una conexión a tierra intermedia. Sí, me refiero al potencial de la tierra.
Mi línea no tendrá más de 30 m. Así que creo que conectarlo a tierra en la fuente debería ser suficiente. ¿Hay conectores especiales para esto?
@Max No está claro sobre las líneas, sensores, distancias. ¿Puedes hacer un dibujo? No se necesitan conectores especiales. Envuelve un escudo en un conductor, luego atornilla el PE. Una pista: youtube.com/watch?v=agJJkhXStHY
He agregado un diagrama para aclarar las cosas. De acuerdo, gracias, ¿esto se aplica a los cables STP y FTP?
@Max Estaba hablando del cable blindado de par trenzado RS485 a partir del enlace, no de STP y FTP. Además, pensé que estabas usando transceptores (profesionales) aislados galvánicamente. Estas variantes baratas no son estándar, por lo que debe encontrarse. Al menos necesita un cable GND adicional para los transceptores, no solo A y B.
Veo, debido a la limitación de tiempo y presupuesto, obtener cables dedicados como este no es factible. Entonces, ¿puedo usar el par trenzado adicional como cable GND?
@Max, no creo que haga ninguna diferencia, ya que sería lo mismo que el cable de suministro GND, pero también debe interconectarlo al convertidor. En cuanto al presupuesto, sería mejor usar 24 V CC o 12 V CC y un LDO, en lugar de 48 V con dinero,... menos ruido, más barato.
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