Převodník sériového rozhraní SLC-60 Převodníky SLC-60 jsou určeny k převodu a galvanickému oddělení signálů rozhraní RS232C (V.24,V.28) na rozhraní RS232C, RS422, RS485 nebo proudovou smyčku 20mA. Typ galvanicky oddělené strany je určen osazením převodního modulu "piggy". Výměnou modulu "piggy" je možné kdykoliv změnit typ rozhraní. Napájení je externí, 230V AC. Převodník je v těsné krabici a je určen k instalaci do průmyslového prostředí. Krytí je podle modifikace IP43 (s indikačními LED) nebo IP54 (indikační LED nejsou osazeny). Pro utěsnění kabelů jsou osazeny vývodky PG9. Obj. číslo kompletu převodníku vč. piggy EI5060.90 EI5060.91 EI5060.30 EI5060.31 EI5060.40 EI5060.41 EI5060.70 EI5060.71
krytí IP43 IP54 IP43 IP54 IP43 IP54 IP43 IP54
Rozhraní
Typ piggy
Obj. číslo samostatného modulu piggy
použité signály strany RS232
RS232C
P232GS
EI5055.30
RxD,TxD,RTS,CTS
RS422
P422GS
EI5052.30
RxD,TxD,RTS,CTS
RS485
P485GS
EI5054.10
RxD,TxD,RTS
20mA loop
PL20GS PL20G
EI5056.10 EI5047
RxD,TxD
deska napájecího zdroje
deska převodníku
svorky RS232 (nahoře)
8
vývodka pro síťové napájení
indikační LED
svorky odděleného rozhraní (dole)
vývodky pro datové kabely
Obr.1. Vnitřní uspořádání převodníku SLC-60
Rozměry 150x72x75 mm Stupeň krytí s indikačními LED IP43 bez indikačních LED IP54 Rozsah pracovních teplot -10÷50 °C Rozhraní RS232 Max. přenosová rychlost 115,2 kBd Vstupní odpor přijímače min 7 kΩ Výstupní napětí vysílače typ. ±8V Max. délka připojeného vedení 15 m Rozhraní RS422 Max. přenosová rychlost 2 MBd Vstupní odpor přijímače 12 kΩ Citlivost přijímače min. ±200 mV Výstupní dif. napětí vysílače typ. 3,7 V min. 1,5 V Max. délka připojeného vedení 1200 m Rozhraní RS485 Max. přenosová rychlost 2 MBd Vstupní odpor přijímače 12 kΩ Citlivost přijímače min. ±200 mV Technické parametry Výstupní dif. napětí vysílače typ. 3,7 V min. 1,5 V Napájení: 230 V AC ±10%, 50 Hz, 4 VA Max. délka připojeného vedení 1200 m Izolační napětí galvanického oddělení mezi rozhraními: EI5060.20, EI5060.90 500 V AC EI5060.40, EI5060.70 500 V AC
Základní popis
Převodníky SLC-60 jsou řešeny jako modulární zařízení, umožňující vytváření sestav podle konkrétních požadavků. Vnitřní uspořádání převodníku je zřejmé z obr. 1. V krabičce jsou umístěny dvě desky, propojené plochým kabelem. Deska napájecího zdroje obsahuje síťový zdroj s transformátorem a zajišťuje potřebná napětí pro napájení převodníku. Deska převodníku obsahuje svorkovnice a obvody pro převod signálů RS232 na logické úrovně TTL. Na základní desce je nasazen modul "piggy", který realizuje galvanické oddělení a převod na signály příslušného rozhraní. Moduly "piggy" jsou dodávány také samostatně. Datové signály obou rozhraní jsou vyvedeny na šroubovací svorky. Převodníky s rozhraním RS485 jsou na straně RS485 vybaveny jednostupňovou ochranou prvky transil, která zvyšuje odolnost proti přepětí na lince.
RS232C
RxD
RxD
TTL
RTS
RTS
CTS
CTS
2 3
1
Piggy 2 Back 3 5 P232G 4 P485G P422G 7 7 PL20G 8 9
TxD
TxD
GO rozhraní 4
8 2
GND
1
4 5 6 7 8 9 10 11 1
10 11 12 13 14
XC1 GND
230V AC
+5V
X2 X1
+12V +5V SG
Deska napájecího zdroje
Obr. 2. Blokové schéma zapojení převodníku -2-
XC2
Max. napětí signálových vodičů proti SG trvale 6V špičkově 11 V Max. napětí SG proti uzemnění trvale 24 V špičkově 36 V Rozhraní smyčka 20mA Max. přenosová rychlost 38,4 kBd Vstupní proud pro úroveň L < 3 mA Vstupní proud pro úroveň H > 15 mA označení signálu pro rozhraní špička DB15 RS232 RS422 RS485 20 mA 1 SG SG SG SG 2 — — COM I1out 3 +5V +5V +5V I2out 4 RTS –CTS — RxD+ 5 — +CTS — — 6 CTS –RxD –RxTxD RxD– 7 — +RxD +RxTxD TxD– 8 RxD –RTS — — 9 — +RTS — TxD+ 10 TxD –TxD –RxTxD — 11 — +TxD +RxTxD —
Max. délka připojeného vedení
Připojení signálů, konektory Signály rozhraní RS232 základní desky převodníku jsou vyvedeny na 5 šroubovacích svorek. Pojmenování signálů strany RS232 souhlasí s COM portem PC - jedná se typicky o prodloužení. Signál RxD je tedy na straně RS232 převodníku výstupem a vede na stejnojmenný vstup portu PC, signál TxD je na převodníku vstupem a je připojen ke výstupu TxD PC atd. Strana galvanicky odděleného rozhraní je vyvedena na jedenáct šroubovacích svorek. Rozmístění signálů na svorkách pro všechny typy rozhraní je uvedeno v tabulce 1. SLC-60
PC označení signálu konektor - pinů typ typ 9 25 RxD výstup → vstup 2 3 RxD TxD vstup ← výstup 3 2 TxD GND společný vodič 5 7 SG RTS vstup ← výstup 7 4 RTS CTS výstup → vstup 8 5 CTS označení signálu
Tab. 2. Připojení strany RS232 k PC COM
Tab. 1. Zapojení svorek pro různá rozhraní svorky pro rozhraní RS232 (spodní strana)
1500 m
indikační LED
XC1
konektor pro připojení desky zdroje místo pro převodník "piggy"
propojky volby napájení "piggy" pro "piggy" PL20..
X2
XC2
X1
pro "piggy" P232.., P422.., P485..
X2
X2
X1
X1
svorky pro galvanicky oddělené rozhraní (spodní strana)
POZOR! nesprávné zapojení propojek může způsobit destrukci modulu "piggy"
Obr. 3. Umístění prvků na základní desce převodníku -3-
RS232
Pro rozhraní RS232 je převodník osazen modulem "piggy" P232GS. Moduly "piggy" pro RS232 neobsahují žádné propojky. Celkové zapojení převodníku RS232 uvádí obrázek 4.
vysílání při RTS=1 vysílání při RTS=0 (standardně)
Doporučené kabely a propojení RS232
8
TxD
TxD
10
RTS
RTS
4
CTS
CTS
6
GND XC1 RS232
1 3 RS232 XC2 SG +5V
Obr. 4. Převodník s modulem P232GS (EI5060.90)
Převodník RS232 EI5060.30
RxD RC TxD TC
E
+RxD –RxD
E
+TxD –TxD
RTS
+RTS –RTS
CTS
+CTS –CTS
GND
SG +5V
XC1 RS232
7 6 11 10 9 8 5 4 1 3 XC2
RS422 Obr. 6. Převodník s modulem P422GS pro duplexní provoz (EI5060.30)
RS422
S modulem "piggy" P422GS převádí dva vstupní a dva výstupní signály (RxD, TxD, RTS, CTS). S dvěma převodníky je možné realizovat plně duplexní spojení - např. pro "prodloužení" linky RS232. Propojky na modulu P422GS jsou zřejmé z obr. 5. Propojka TC dovoluje ovládání vysílače - standardně je rozpojena a vysílač je na linku připojen trvale (pro duplexní režim). Pokud je spojena, je vysílač ovládán signálem RTS, polaritu určuje propojka RTS. S pomocí ovládání vysílače je možné realizovat vícebodové spojení dvoudrátové (typu RS485) nebo čtyřdrátové. Propojka RC modulu P422GS dovoluje zakázat příjem v době vysílání. -4-
připojení vysílače řídí RTS
Obr. 5. Propojky na modulu P422GS
+RxD –RxD +TxD –TxD master
slave 1
+RxD –RxD
RxD
po dobu vysílání je příjem blokován vysílač připojen na výstup trvale (standardně)
+TxD –TxD
RxD
příjem i v době vysílání (standardně)
+RxD –RxD
RS232 je napěťové rozhraní, které je možné použít pouze na krátké vzdálenosti (do 15m). Na propojení je možné použít jakýkoliv kabel, např. SYKFY, RO, SRO ap. V prostředí s vyšší hladinou rušení je vhodné použít stíněný. Pokud je použit kabel s kroucenými páry, je vhodné vždy jeden vodič z páru použít jako signálový a druhý jako společný, to do jisté míry nahrazuje stínění.
+TxD –TxD
Převodník RS232 EI5060.90
slave 2
Obr. 7. Vícebodová síť RS422 Standardní zapojení propojek P422GS: RTS=0 TC a RC rozpojeny.
Zapojení pro duplexní provoz Na modulu P422GS jsou propojky TC, RC rozpojeny a RTS=0. Celkové zapojení převodníku uvádí obrázek 6.
Zapojení pro poloduplexní provoz Na modulu "piggy" P422GS je spojena propojka TC, která dovoluje ovládání vysílače. Aktivní stav vysílače se řídí signálem RTS. Převodník pak může pracovat ve vícebodových sítích čtyřdrátových (multidrop RS422 viz obr. 7) nebo dvoudrátových (RS485). Pro dvoudrátové zapojení je nutné vnější spojení vysílače a přijímače. Situaci představuje obr. 8.
Zakončení linky Ze signálového hlediska by kroucený pár měl být zakončen na obou koncích. Zakončovací odpory mají dvě funkce - upravují neaktivní stav linky a impedančně zakončují vedení. Pokud je převodník používán v duplexním režimu, je ke každému vstupu připojen trvale jeden výstupní budič a vedení nepřechází do RxD RC TxD TC
E
+RxD –RxD
E
+TxD –TxD
RTS
+RTS –RTS
CTS
+CTS –CTS
GND
SG +5V
XC1 RS232
RS422
7 6 11 10
+ RS485 –
9 8 5 4 1 3 XC2
Obr. 8. Převodník s modulem P422GS pro poloduplexní provoz (náhrada RS485) 3 5 4 1 3 7 6 1
+5V +CTS
RF 360
–CTS SG
RD 360
+5V +RxD
RC 360
–RxD SG a) do 100kBd
RA 360
3 5 4 1 3 7 6 1
+5V +CTS –CTS SG
RF 360 RE 360 RD 360
+5V +RxD –RxD SG
neaktivního stavu. Pokud je na linku připojeno více vysílačů, jsou aktivní pouze v době vysílání, neaktivní stav proto musí být ošetřen zakončovacími odpory. Bez zakončení může být přijímačem od rušivých impulsů snadno detekován start bit, což způsobuje náhodné přijímání znaků. Impedanční přizpůsobení je důležité spíše při vysokých rychlostech přenosu (nad 100kBd), kde zabraňuje odrazům signálu od konce vedení. Pro většinu aplikací je vhodnější spíše zapojení pro nižší rychlosti s vynechaným středním odporem (zapojení dle obr. 9a), protože zajišťuje vyšší úroveň přijímaného signálu. Pokud není vstup CTS použit, je vhodné jej na straně RS422 spojit s RTS. Zakončovací odpory signálu RxD a CTS se připojují přímo do svorek rozhraní RS422 a jsou přibaleny k převodníku v samostatném sáčku.
Doporučené kabely pro vedení RS422 Pro vedení RS422 na krátké vzdálenosti a nízké komunikační rychlosti (desítky metrů s rychlostí cca 19200Bd) je v podstatě možné použít jakýkoliv kabel, který má kroucené páry vodičů - např. SYKFY, SRO, DATAX YCY ap. Na větší vzdálenosti a vyšší komunikační rychlosti je vhodné použít UTP kabely pro počítačové sítě nebo kabely, konstruované pro diferenciální signály RS422/485, např. BELDEN UTP/FTP, LAM TWIN UTP/FTP, LAM TWIN FLEXO ap. Pro zvýšení odolnosti proti rušení je vhodnější kabel stíněný. Při použití nekroucených vodičů nebo kabelů, které nejsou konstruovány pro datové spoje (např. vícežilové nepárové kabely) nelze zaručit funkčnost a parametry propojení na větší vzdálenosti než několik metrů, výsledek je nutno ověřit experimentálně. V každém případě bude při použití nepárových kabelů linka podstatně méně odolná proti vnějšímu elektromagnetickému rušení.
RC 360
Propojování zařízení RS422
RB 360
Pro spojení zařízení principiálně postačuje propojení párů vodičů (±RxD, ±TxD), vyrovnání datových linek vzhledem k napájecímu napětí zajistí zakončovací odpory. Lepší je však propojit i signálovou zem (SG) všech připojených přístrojů. Jako společný vodič může být použito i stínění kabelu.
RA 360
b) nad 100kBd
Obr. 9. Zakončovací odpory signálů RxD a CTS pro různé komunikační rychlosti
-5-
Pokud je linka RS422 vedena venkovním prostředím, je vhodné na vstupu do objektu (rozvaděče) osadit prvek vícestupňové ochrany, který zajistí svod atmosférického přepětí. Je možné použít např. ochrany ELSACO OVPM-21/6/24, které jsou dodávány i ve vícepárovém provedení.
Převodník RS232 EI5060.40
CTS = 0 trvale CTS = 1 trvale Vysílač je aktivován RTS=0 (standardně) Vysílač je aktivován RTS=1
po dobu vysílání je příjem blokován (standardně)
RS485
Pro rozhraní RS485 je převodník osazen modulem "piggy" P485GS. Propojky na desce P485GS jsou zřejmé z obr. 10. Standardní zapojení propojek je následující: signál CTS spojen s RTS vysílač aktivován RTS=0 příjem po dobu vysílání blokován. Přepínání vysílání/příjem RS485 se ovládá signálem RTS strany RS232. Zařízení připojené na straně RS232 musí být schopné aktivovat signál RTS a udržet jej až do odvysílání celého posledního znaku zprávy. Pokud je řídicím zařízením počítač PC, je stav signálu RTS vhodné prověřit. Ne všechny programy (obzvláště v prostředí Windows) jsou schopné provádět ovládání korektně a bez časových prodlev. Pokud signál RTS zůstane aktivní i po ukončení vysílání, vede to obvykle k destrukci přijímané zprávy (odpovědi). Celkové schéma zapojení převodníku uvádí obr. 11.
Zakončení linky RS485 Linka RS485 má charakter sběrnice a měla by být zakončena na obou koncích vedení. Zakončovací odpory mají dvě funkce - upravují neaktivní stav linky a impedančně zakončují vedení. Pokud na linku nevysílá žádná stanice, je vedení "ve vzduchu" a bez zakončovacích odporů může být přijímačem snadno detekován start bit, což způsobuje náhodné přijímání znaků. Impedanční přizpůsobení je důležité spíše při vysokých rychlostech přenosu (nad 100kBd), kde zabraňuje odrazům signálu od konce vedení. Pro většinu aplikací je vhodnější spíše zapojení pro nižší rychlosti bez středního odporu (zapojení dle obr. 12a), protože zajišťuje vyšší úroveň přijímaného signálu.
-6-
CTS je spojen s RTS (standardně)
příjem i v době vysílání
Obr. 10. Propojky na modulu P485GS
RxD TxD
RCD
7,11 6,10
COM
2
E
RTS CTS
+TxRxD –TxRxD
CTS
1 3 RS485 XC2 XC1 RS232 Obr. 11. Převodník s modulem P485GS, (EI5060.40) SG +5V
GND
3 7 6 1
+5V +RxD
RC 360
–RxD SG a) do 100kBd
RA 360
3 7 6 1
+5V +RxD –RxD SG
RC 360 RB 360 RA 360
b) nad 100kBd
Obr. 12. Zakončení linky RS485 pro různé komunikační rychlosti Zakončovací odpory signálu RxD se připojují přímo do svorek rozhraní RS485 a jsou přibaleny k převodníku v samostatném sáčku.
Doporučené kabely pro linku RS485 Pro vedení linky RS485 na krátké vzdálenosti a nízké komunikační rychlosti (desítky metrů s rychlostí cca 19200Bd) je v podstatě možné použít jakýkoliv kabel, který má kroucený pár vodičů - např. SYKFY, SRO, DATAX YCY ap. Na větší vzdálenosti a vyšší komunikační rychlosti je vhodné použít UTP kabely pro počítačové sítě nebo kabely konstruované pro RS485,
např. BELDEN UTP/FTP, LAM TWIN UTP/FTP, LAM TWIN FLEXO ap. Pro zvýšení odolnosti proti rušení je vhodnější kabel stíněný. Při použití nekroucených vodičů nebo kabelů, které nejsou konstruovány pro datové spoje (např. zvonková dvoulinka) nelze zaručit funkčnost a parametry propojení, výsledek je nutno ověřit experimentálně.
Propojování zařízení RS485 Pro spojení zařízení linkou RS485 principiálně postačuje jeden pár vodičů (pouze ±TxRxD), vyrovnání datové linky vzhledem k napájecímu napětí zajistí zakončovací odpory. Lepší je však propojit i signálovou zem (SG) všech připojených přístrojů. Jako společný vodič může být použito i stínění kabelu. Převodník je na modulu P485GS vybaven ochrannými prvky transil, které zajišťují omezení diferenciálního napětí mezi vodiči a také omezení napětí proti zemi. Pro funkci ochrany musí být připojena svorka 2 (COM) převodníku na zemní potenciál. Pokud je vedení linky RS485 vedeno venkovním prostředím, je vhodné na vstupu do budovy osadit doplňkový ochranný prvek sdružené ochrany, který zajistí svod atmosférického přepětí s větší intenzitou. Je možné použít např. ochranu ELSACO OVPM-21/6/24.
Převodník RS232 EI5060.70
20mA
Pro rozhraní proudové smyčky je převodník osazen modulem "piggy" PL20GS nebo starším provedením PL20G. Na rozhraní proudové smyčky se přenáší pouze datové signály RxD a TxD. Propojky na modulu PL20GS jsou zřejmé z obr. 13. Propojka CTS umožňuje interně spojit signál CTS s RTS (na modulu PL20G propojka CTS není, signál CTS je trvale spojen s RTS). Propojky T a R umožňují obrátit polaritu vysílače a přijímače. To je nutné při spojování některých zařízení (např. PLC NS905), která mají nestandardní signály. Převodník má samostatně vyvedeny dva proudové zdroje. To dovoluje zapojovat libovolné kombinace pro aktivní nebo pasivní vysílač a přijímač.
negovaný přijímač
přímý přijímač CTS je spojen s RTS (standardně)
CTS = 0 trvale CTS = 1 trvale negovaný vysílač
a) nové provedení (PL20GS)
přímý vysílač
negovaný přijímač
přímý přijímač
negovaný vysílač
přímý vysílač
b) staré provedení (PL20G)
Obr. 13. Propojky na modulu PL20G/GS I1out I2out
2 3
RxD+
4
RxD–
6
TxD+
9
TxD–
7
SG
1
+ 12V
R
RxD T
TxD
T*
RTS CTS
R*
CTS
GND
XC1
RS232
loop 20mA
XC2
Obr. 14. Převodník s modulem PL20GS (EI5060.70)
Připojení proudové smyčky Pro funkci proudové smyčky musí být uzavřena proudová cesta mezi zdrojem proudu, vysílačem (spínací tranzistor), přijímačem (obvykle LED optronu) a společným vodičem. Na straně převodníku na pořadí prvků v obvodu nezáleží, na straně připojeného zařízení může být důležité zajistit společnou zem vysílače a přijímače v případě, že přijímač není realizován optronem, ale např. spínacím tranzistorem. -7-
+ 12V
SLC-60
I1out I2out
2 3
RxD+
4
RxD–
6
TxD+
9
TxD–
7
+
2 3
I1out I2out
2 3
RxD+
4
RxD+
4
+
RxD–
6
RxD–
6
TxD+
9
TxD+
9
TxD–
7
TxD–
7
SG
1
SG
1
SG
1
SG
XC2
SLC-60
Obr. 15. Zapojení pasivního vysílače a přijímače R x 0,02A
2V + 12V
SLC-60
I1out I2out
+ 12V
I=20mA 1V R x 0,02A
2V
SG
Obr. 17. Rozložení úbytků napětí na vedení proudové smyčky Podle toho, kde je zařazen zdroj proudu, rozlišujeme spojení aktivní vysílač - pasivní přijímač a pasivní vysílač - aktivní přijímač. Na převodníku SLC-60 vytvoříme aktivní vysílač či přijímač tak, že zapojíme výstup proudového zdroje do série se spínacím tranzistorem resp. LED optronu. Proud z výstupu proudového zdroje, prochází vysílačem a přes pasivní přijímač připojeného zařízení se vrací do společné svorky. Různá zapojení aktivních vysílačů a přijímačů jsou uvedena na obr. 16. Pro pasivní zapojení vysílače nebo přijímače zůstane proudový zdroj nepoužit a použije se pouze tranzistor a LED optronu - situaci demonstruje obr. 15. Konkrétní kombinace vysílače a přijímače záleží na připojovaném zařízení. Při připojování proudové smyčky neznámého zařízení je možné provést snadno identifikaci obvodů měřením klidového proudu. Pokud mi-
XC2
+ 12V
SLC-60
liampérmetr zapojený mezi svorky + a – vysílače indikuje protékající proud je vysílač aktivní, pokud ne, je s největší pravděpodobností pasivní. Pro přijímač je situace obdobná.
Doporučené kabely pro vedení proudové smyčky Proudová smyčka pracuje s poměrně nízkou přenosovou rychlostí. Pro výběr kabelu tedy nejsou rozhodující signálové vlastnosti kabelu ale spíše celkový odpor vedení. Proudový zdroj je v převodníku napájen napětím 12V, na cestě signálu je nutno počítat s úbytky napětí na vlastním proudovém zdroji (cca 2V), spínacím tranzistoru (cca 1V), LED optronu přijímače a vlastním vedení. Situaci znázorňuje obrázek 17. Celkový ohmický odpor vedení dvou vodičů (2xR) tedy nesmí přesáhnout 7V/0,2A=350Ω, tj. 175Ω na jeden vodič (žíly kabelu SYKFY 2x2x0,5 mají průběžný odpor jednoho vodiče cca 100Ω/km). Pro vedení je možné použít např. kabely SYKY, SYKFY, UFaU, LAM FLEXO i jiné. Kroucení vodičů do páru není na závadu. Stínění kabelu je potřebné pouze v případě, že linka prochází prostředím s vysokou hladinou elektromagnetického rušení. Pro venkovní vedení proudové smyčky je vhodné použít ochrany ELSACO OVPM-21/12/24 nebo OVPM-21/24/48.
Vyrábí: ELSACO, Polepská 724, 28000 Kolín, CZ tel. +420 (321) 727753, fax +420 (321) 727759 e-mail:
[email protected], http://www.elsaco.cz na výrobek bylo vydáno prohlášení o shodě Č.J. 20/97 -8-
XC2
Obr. 16. Různá zapojení aktivního vysílače a přijímače
26.7.2000
