Számítástechnika

Helyi hálózatok kialakítása vállalati környezetben 2. rész

2004/4. lapszám | Kerekes László |  4788 |

Figylem! Ez a cikk 20 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).

A legalapvetőbb szempont a helyes vezetékezés kialakításhoz az EMC (Electromagnetic Compatibility) előírások maximális figyelembe vétele.

A vezetékezés kialakítása (fizikai szint)

Az EMC egy berendezés vagy rendszer megfelelő működőképessége a saját elektromágneses környezetében anélkül, hogy elfogadhatatlan mértékű elektromágneses zavart okozna bárminek a környezetében. Ennek első lépése a megfelelő földelési (érintésvédelmi) rendszer kiválasztása az alábbi célokból:

• a berendezés meghibásodása esetén kialakuló földzárlati vagy szivárgó áramok elvezetése a föld felé,
• a külső kábelekben a közös módusú áramok elvezetése a föld felé (főleg az erőátviteli és a telekommunikációs kábelek esetén),
• villámáramok elvezetése a föld felé,
• megfeleljen a személyek védelme érintésvédelmi előírásnak ( 25 V AC vagy 50 V DC).

Ezért fontos, hogy a szabad fémrészek azonos potenciálra legyenek hozva (EPH – egyenpotenciálú hely) és leföldelve. Szabad fémrésznek nevezzük az üzemszerűen feszültség alatt nem álló, de a berendezés meghibásodása következtében feszültség alá kerülő – és íly módon a személyzet részére veszélyes érintési feszültséget jelentő – felületeket. Az EPH kialakításához célszerű fémharisnyát használni a normál vezeték helyett 25 mm² keresztmetszettel és maximum 30 cm hosszúsággal. A PE vezeték impedanciája túl nagy ahhoz, hogy megfelelően ellássa ezt a feladatot! Ezzel együtt az egyen potenciálra hozott hálózatot földelni kell. Az EPH kialakítására fémhálót építenek be az épület szerkezetébe, alapesetben 10 m-es rácskiosztással, elektromágneses zavarra fokozottan érzékeny helyeken pedig 2 m-essel.
Erre mutat példát a 4. ábra.

A legkedvezőbb érintésvédelmi rendszer a TN-S (a nullavezető (N) külön áll a védővezetőtől (PE)), azért, hogy az N vezető árama ne folyjon át valamennyi fémrészen! A hálózatokat érő különféle zavarokat láthatjuk a helyi_halozatok.pps – 4. oldal.

A hálózati zavarok értelmezése (5. ábra.)

A káros hatások csökkentése érdekében célszerű az alábbi néhány szempontot figyelembe venni:

• a földhurkok elkerülése érdekében a vezetékek összefogása az EPH csatlakozási pont előtt,
• győződjünk meg róla, hogy valamennyi szabad fémfelület azonos potenciálon van, a zavaráramok csökkentése miatt,
• a vezetékeket kategóriánként csoportosítsuk az áthallás csökkente érdekében,
• az antenna-effektus csökkentése érdekében ne hagyjunk vezetéket csatlakozás nélkül.

Kommunikációs médium

Vezetékes megoldás esetén háromféle alaptípusból választhatunk:

• sodort (csavart) érpár:
• UTP (Unshielded Twisted Pair ): árnyékolatlan sodort érpár,
• FTP (Foiled Twisted Pair): fóliával árnyékolt sodort érpár,
• S-FTP (Shielded-Foilded Twisted Pair): fémharisnyával és fóliával árnyékolt sodort érpár,
• STP (Shielded Twisted Pair): fóliával érpáronként árnyékolt sodort érpár,
• Koaxiális kábel,
• optikai kábel.

Valamennyi esetben a vivőszálat árnyékolással szokás védeni a külső zavarok ellen. Erre többféle mód van, a legkedvezőbb megoldás az árnyékolóharisnya alkalmazása. Ez amellett, hogy megfelelő árnyékolást biztosít, kedvező mechanikai tulajdonságokat kölcsönöz a kábelnek. Ilyen árnyékolt kábellel akár több száz kbit/s átviteli sebességet is elérhetünk olcsó áron. A koax és az optikai kábeleket nagy távolság (10 km felett) és nagy átviteli sebesség (300 Mbit/s felett) esetén szokás használni. Az Ethernet hálózat kialakításakor pl. az alábbi sodort érpár-típusok állnak rendelkezésre:

• UTP (Unshielded Twisted Pair ): árnyékolatlan sodort érpár,
• FTP (Foiled Twisted Pair): fóliával árnyékolt sodort érpár,
• S-FTP (Shielded-Foilded Twisted Pair): fémharisnyával és fóliával árnyékolt sodort érpár,
• STP (Shielded Twisted Pair): fóliával érpáronként árnyékolt sodort érpár,

A biztonságos csatlakoztatás érdekében az árnyékolt kábelek esetében fokozott óvatossággal kell eljárnunk (6. ábra).

Kommunikációs kábelek árnyékolása (Helyi_Halozatok.pps)

Árnyékolás szempontjából a legjobb megoldás az elosztó fémfalához kábelszorítóval történő csatlakoztatás. Lehetőség szerint kerüljük el a U alakú szorítóbilincs használatát. Csatlakozókapocs esetén ügyeljünk rá, hogy a földelőszál a lehető legrövidebb legyen.

Összefoglalva, a helyes vezetékezést az alábbi hat szempont szerint célszerű végezni:

1. A bemenő és a kimenő vezetékek együtt legyenek ( az áramhurok elkerülése érdekében).
2. Valamennyi kábel legyen összefogva az ekvipotenciális csatlakozási pont előtt a nagyfrekvenciás zavarvédettség miatt.
3. Az analóg, digitális és telekommunikációs jeleket vivő érpárok fussanak egymás mellett ugyanabban a kötegben. Az erőátviteli kábeleket el kell különíteni az adatkommunikációsoktól.
4. A különböző fizikai jellemzőjű csatlakozási pontokhoz ne használjunk azonos csatlakozókot.
5. Minden szabad vezetéket a fémszerkezethez kell csatlakoztatni (kivéve az analóg kábeleket).
6. Az erőátviteli kábeleket nem kell árnyékolni, ha szűrőkkel látjuk el.

Az RS485 Modbus hálózat ismertetése

Ezt a hálózattípust leginkább rideg, durva környezetben, kisebb távolságok áthidalására használják elsősorban ipari alkalmazásoknál. A legfontosabb alapjellemzők:

• maximális felhasználók száma a buszon: 32,
• topológiák: pont-pont, busz multipont (2 vagy 4 vezetékes kialakítás)
• egy fogadó (master) és több küldőből (slave) álló felépítés.
• modulációs sebesség: 4800/9600/19200 Baud,
• átviteli sebesség: 10 Mbit/s maximum,
• protokoll: pl. Modbus
• kontrollvezetékre nincs szükség.

Ennek a hálózattípusnak a legnagyobb előnye az egyszerű és olcsó kivitelezhetőség. Kommunikációs medium a sodort érpár, ún. 2-vezetékes vagy 4-vezetékes módon (7. ábra).

Adatátvitel az RS485 2 vezetékes hálózaton (helyi_halozatok.pps – 6. oldal)

A bináris (logikai 0 és 1) állapotokat differenciál módban visszük át. Ez azt jelenti, hogy ugyannak a jelnek az ellentétes polaritású megfelelőjét is küldjük. Íly módon a jelvezetékre kerülő zavarjelek kioltják egymás, ezáltal a zavarvédettség hatékony és olcsó (8. ábra).

Jelátvitel RS485 hálózaton (Helyi_Halozatok.pps)

Attól függően, hogy az adás és a vétel ugyanazon az érpáron folyik-e vagy sem, beszélünk 2-vezetékes vagy 4-vezetékes kapcsoláskor. A 4-vezetékes kapcsolásnak akkor van jelentősége, ha optikai jelátvitelre kell váltanunk. Ekkor fontos, hogy az adás és a vétel más fizikai vonalról érkezzen. A hálózat kialakításának van távolsági korlátja (1200 m), de vonali erősítők alkalmazásával ezen is túl lehet haladni.

A Modbus protokoll

Az ipar számára a hetvenes években a Modicon cég által kifejlesztett teljesen nyílt forráskódú protokollról van szó, mely alapjellemzői a következők:

• adatcsere típusa: master/slave,
• formátum: 1 start bit + 8 adatbit + paritás + 1 vagy két stop bit,
• előre definiált műveleti kódok (adatolvasás és írás regiszterekbe),
• maximális frame méret: 246 adatbyte,
• maximum 255 cím (ahol a @0 címet a hálózat használja)

Az átviteli mód határozza meg az üzenetben (frame) lévő adat struktúráját. A Modbus esetében a legelterjedtebb mód az RTU (remote terminal unit), melynek formátuma 8 adatbitre, start bitre, paritás bitre és stop bit(ek)re épül.
A gyakorlati kivitelezéskor igen széles körben terjedtek a el a sub-D9 típusú csatlakozók. Fontos megjegyezni, hogy ugyanezt a csatlakozótípust használják az RS232C soros „hálózat” kialakításához, viszont ez más feszültségszintű, mint az RS485, ezért az aljzatok felcserélése meghibásodást eredményez!
Az RS485 hálózaton alkalmazott Modbus protokoll elterjedését tehát az olcsó kialakítása és a szabadon hozzárfárhető forráskód tette lehetővé. Mivel a protokoll és a hálózat magas megbízhatóságú, ezért egyaránt kiválóan alkalmas adatgyűjtésre ipari folyamatirányításban, és a kis- és középfeszültségű villamosenergia elosztóhálózatokban (megszakítók, védelmi relék, stb állapotellenőrzése, működtetése, XX. ábra). Természetesen rendelkezésre állnak különféle átjárók, melyekkel pl. a Modbus protokollról tudunk váltani Ethernet TCP/IP-re (YY. ábra).

Modbus protokollt használó mérő- és védelmi készülékek

Folytatása következik.

---