Usuwanie usterek w sieci transmisyjnej RS-485

Przekora losu towarzysząca rozpowszechnianiu się coraz bardziej nowoczesnych alternatywnych rozwiązań sieci transmisyjnych sprawia, że RS-485 pozostaje wciąż ostoją pośród mnóstwa rodzajów sieci. Ma wciąż wielu zwolenników. Przedstawiamy poniżej, w przekonaniu o jej przydatności, pewną 8-mio punktową receptę na wyszukiwanie usterek sprawiających, że używanie sieci RS-485 bywa kłopotliwe.
1. Do przesyłania danych RS-485 używa pary przewodów (np. 2-żyłowa skrętka), a nośnikiem informacji jest różnica potencjałów między nimi, co oznacza, że każde urządzenie pracujące w tej sieci musi być połączone z potencjałem odniesienia w celu zminimalizowania zakłóceń w linii danych (rozładowania resztek potencjału po każdej przesłanej porcji informacji). Jeśli przewody są ułożone w obszarze silnych zakłóceń elektromagnetycznych, to powinny być chronione ekranem. 
2. W większości rozbudowanych sieci więcej trudności, które należy rozwiązać, przysparza problem zakończenia segmentów sieci. Aby sprawdzić, które segmenty są zakończone, należy odłączyć zasilanie i rozłączyć się od pozostałej części sieci. Zmierzyć omomierzem oporność między liniami A i B lub zaciskami „+” i „-” odbiornika. Prawidłowo zakończony segment powinien mieć oporność mniejszą od 200 Ω, a nie zakończony większą od 4 k Ω.
3. Różni producenci stosują różne zasady oznaczania, więc nigdy nie jest jasne, który przewód to linia A (potencjał ujemny), a który B (potencjał dodatni). Jednakże w warunkach braku obciążenia linia B powinna mieć wyższy potencjał, zatem w nieobciążonej sieci poszukujemy jej za pomocą woltomierza. Gdyby okazało się, że żaden przewód nie  wyróżnia się swoim potencjałem, będziemy mieli kłopot.

Na oscyloskopowym wizerunku transmisji można zidentyfikować stan „jedynka” i „zero” każdego bajtu przesyłanego w warunkach, gdy napięcie między przewodami było wyraźnie oddalone od stanu nieokreślonego i jeżeli minimalne opóźnienie powrotu do równowagi (równe czasowi zajmującemu jeden bajt danych) jest wystarczające do osiągnięcia przez urządzenie warunków trzeciego stanu
4. W sytuacji gdy żadne urządzenie nie wysyła danych, a wszystkie są nastawione na odbiór, występuje tak zwany trzeci stan sieci RS-485 (gotowość). W tym stanie wszystkie moduły transmisyjne przybierają wysoki stan impedancji, pozostawiając tylko prąd do zasilania wszystkich odbiorników sieci. Konstruktor sieci zazwyczaj poprawia trwałość tego stanu przez wmontowanie rezystorów podciągających: między linię A i potencjał odniesienia oraz między linię B a zasilanie. Rezystory podciągające stymulują potencjał przewodów w stanie gotowości.
Do sprawdzenia polaryzacji mierzymy napięcie od B do A przy zasilanej, lecz nieobciążonej sieci. Wymagane jest przynajmniej 300 mV różnicy napięcia w stosunku do stanu niezdefiniowanego. Jeżeli brak jest rezystorów podciągających, sprawa ustalenia polaryzacji staje się problematyczna.
5. Sieć trójprzewodowa (dwa bieguny oraz potencjał odniesienia) może służyć do przesyłania danych w obie strony. Jednak jednocześnie tylko jedno urządzenie może wysyłać dane. Zachodzi bowiem kolizja i dane nie mogą być odebrane. Aby tego uniknąć musi istnieć przerwa („szczelina” czasowa) od ostatniego bitu wcześniej nadawanej informacji, do pojawienia się trzeciego stanu w linii transmisyjnej. Kolizja z niemożliwym do przewidzenia rezultatem będzie miała miejsce, jeśli inne urządzenia będą próbowały jednocześnie nadawać po tej przerwie (szczelinie). Aby to wykluczyć, nadajnikom, które weszły w kolizję, przydziela się przerwy o różnej szerokości po poprzedniej kolizji. Do wykrywania kolizji używamy oscyloskopu cyfrowego. Pozwala on wychwycić kilka bajtów (patrz rysunek) i identyfikować w nich stany „jeden” i „zero” oraz czas do osiągnięcia warunków trzeciego stanu po zakończeniu transmisji. Upraszcza to sprawdzenie poprawności warunków pracy. Należy też upewnić się, czy protokół transmisji RS-485 nie będzie dopuszczał odpowiadania na pytanie szybciej niż po czasie jednego bajtu (nieco więcej niż 1ms przy prędkości 76,8 kb/s).

"Rozpowszechnianie się coraz bardziej nowoczesnych alternatywnych rozwiązań sieci transmisyjnych sprawia, że RS-485 wciąż pozostaje ostoją pośród mnóstwa rodzajów sieci"

6. Za wyjątkiem RS-485 każda technika tworzenia średnich i rozległych sieci ma wbudowany sposób ochrony. Od projektanta systemu zależy zapewnienie, czy sieć będzie zawierała obwody odniesienia. Wiadomo też, że oddzielenie każdego segmentu sieci podnosi jej niezawodność (zastosowanie zasady istotności).
7. Separowanie galwaniczne jest powszechnym sposobem ochrony sieci przed nagłymi impulsami w zasilaniu, lecz dodanie wieloelementowego modułu tłumiącego łagodzi ostrość impulsów, utrzymując zasilanie w granicach niezakłócających funkcjonowania sieci. Moduł tłumiący najlepiej jest umieścić w tym miejscu sieci, gdzie znajduje się najskuteczniejsze jej uziemienie. Jeśli w sieci występują przewody ekranowane, to należy ekrany poszczególnych odcinków sieci łączyć ze sobą i całość sprowadzić do uziemienia. Najkorzystniej jest uziemiać w tym samym punkcie gdzie i pozostałe urządzenia sieci lub tam, gdzie są uziemiane urządzenia układu elektrycznego. 
8. Kiedy już sieć RS-485 jest po rozruchu i funkcjonuje, zachęcamy do zapisania wszystkich szczegółów jej budowy i obsługi: modułów zakończeń, polaryzacji, rodzaju przewodów oraz informacji o częściach zamiennych. Niektóre z tych części, jeśli są dostępne, dobrze jest kupić od razu i przechowywać w szafie przyrządowej.  ce 
Autorzy:
Mike Fahrion 
z firmy B&B Electronics 
Vance VanDoren 
redaktor Control Engineering