Системы контроля доступа и идентификации

Сетевые СКУД, контроллер точек доступа, модуль СКУД

Здравствуйте уважаемые читатели сайта торговой марки Parsec и рубрики «Это интересно»! В данной статье мы немного отойдем от темы контроля доступа и порассуждаем об интерфейсе RS-485, повсеместно распространенном в большинстве капитальных зданий в нашей стране. При его помощи функционирует каждый второй контроллер точек доступа, пожарный извещатель и различные сетевые СКУД. Речь пойдет об основных особенностях этого протокола передачи данных и некоторых трудностях, возникающих при его использовании.

Стандарт RS-485 – совместная разработка Альянса отраслей электронной промышленности (Electronics Industries Alliance) и ассоциации телекоммуникационной промышленности США (Telecommunications Industry Association).

Ранее Electronics Industries Alliance (EIA) маркировала все свои стандарты префиксом «RS» (от английского Recommended Standard — рекомендованный стандарт). Многие инженеры по всему миру продолжают использовать эту аббревиатуру, хотя организации, разработавшие протокол, уже давно официально заменили название «RS» на «EIA/TIA» для лучшей идентификации происхождения своих стандартов. Не смотря на это, обозначение «RS» все еще является наиболее распространённым в нашей стране, и для большего удобства читателей мы будем использовать именно его.

Характеристики RS-485

Интерфейс RS-485 (официальное название – EIA/TIA-485) – это самый распространенный промышленный формат автоматизации процессов, использующий сбалансированную среду передачи и двунаправленную линию связи. Его основные характеристики:

  • В качестве среды передачи для протокола наиболее адаптирована скрученная пара проводников, т.е. так называемая витая пара.

Витая пара – это два проводника, которые сближены на минимальное расстояние. Расстояние проводов друг от друга, их взаимное расположение, а также шаг и угол витка влияют на качество сигнала на линии. Именно это является главной причиной, по которой их скручивают в одну «косичку». Оба проводника имеют одинаковые характеристики. Излучение от такой витой пары минимизируется, т.к. импульсы идут в противофазе.

  • Поддерживает многоточечные соединения. Количество соединений (приёмопередатчиков) на линии может достигать 32 штук.

Это означает, что всего на одну линию RS-485 по-умолчанию может быть подключено до 32 единиц оборудования включительно.

  • Максимальная длина одного сегмента сети может достигать 1200 метров.
  • Скорость передачи данных колеблется от 10 Кбит/сек до 10 Мбит/сек.

Отметим также, что скорость обмена зависит от длины линии. Например, линия RS-485 длиной в 10 м обладает скоростью 10 Мбит/сек, а линия протяженностью 300 м имеет скорость обмена информацией 375 кбит/с. Как правило, каждый второй контроллер точек доступа СКУД, присутствующий на отечественном рынке, работает на низкой скорости – 10 кбит/сек.

  • Схема соединения полудуплексная, многоточечная.

Что такое полудуплекс? Всего существуют 3 способа связи: симплекс, дуплекс и полудуплекс.

Симплекс. Есть передатчик и есть приемник. Их функции не меняются: передатчик передает, приемник принимает. Передача данных идет в один конец. Аналогия в бытовых приборах – у многих в памяти остались воспоминания из 90-х, когда в России была очень популярна пейджинговая связь. Вот она построена полностью по симплексному принципу.

Полудуплекс. Линия двунаправленная и каждый субъект обмена выступает попеременно, то как приемник, то как передатчик. Особенность в том, что в каждый текущий момент времени возможен только либо акт приема, либо акт передачи. Аналогия – классическая радиостанция. Передающая сторона нажимает кнопочку «Передача», отправляет сообщение, в конце говорит какое-то кодовое слово, означающее конец посылки, и отпускает кнопку. Обычно используется слово «Прием». На том конце оппонент, который был приемником, нажимает кнопку, становится передатчиком и передает свое сообщение. Например, ответ на запрос первого товарища. Так же, в принципе, происходит обмен по линии 485-го интерфейса, в котором участвует модуль СКУД или любое другое оборудование.

Есть еще полный дуплекс – когда в каждый момент времени может происходить и прием и передача данных. Аналогия – классический сотовый телефон.

Сетевые СКУД

Изначально RS-485 был спроектирован для балансной передачи сигнала. Что это значит – «балансный»? Значит, что в обмене кроме провода заземления должны присутствовать еще как минимум 2 провода, по которым будет происходить передача полезной информации, передача данных. Балансный потому, что идущий по каждому из этих двух проводов сигнал полностью противоположен по уровню.

 Диаграмма обмена

Рис. 1 – Диаграмма обмена

Применение такой схемы изначально было предназначено для устранения двух проблем, которые возникают при проектировании распределенных слаботочных систем: проблемы излучаемых помех и проблемы индуцированных помех.

Любое соединение, в частности RS-485 проводник, представляет собой приемо-передающую антенну. Если по нему идет какой-то обмен данными при помощи высокочастотных импульсов, он может, как излучать волну, так и воспринимать внешнее воздействие, создаваемое устройствами, имеющими мощное электромагнитное поле.

Для исключения этих двух проблем была использована дифференциальная балансная схема с двумя проводниками. Кроме того, для повышения помехозащищенности и дальности связи рекомендуется использовать так называемую витую пару. Как уже было пояснено в главе «Характеристики RS-485», витая пара – два проводника, сближенных друг к другу на минимальное расстояние.

Если рядом с проводниками находятся мощные электромагнитные устройства (двигатели, трансформаторы, силовые кабели и т.д.), что в реальных условиях сплошь и рядом, то возможны помехи. Провод соединения выступает как антенна и воспринимает эти нежелательные сигналы. В зависимости от мощности и частоты помех, они могут полностью исказить полезную информацию, вплоть до ее полной нечитаемости.

От этого избавиться очень просто. Если у нас идут помехи на проводник, то синфазный шум (сигнал шума, имеющий одинаковую фазу) поступает на оба провода, так как они расположены максимально близко. Стандарт RS-485 анализирует разностное напряжение и эту постоянную составляющую (шум) очень легко отфильтровать на стадии декодирования в приемнике пришедшего сигнала. Мы анализируем разность, а постоянную составляющую легко убираем из данных.

При построении любой системы с волновым обменом данных надо обратить внимание на возможную проблему согласования линий. В чем она заключается? Предположим, что у нас есть 2 витых проводника. В случае если линии несогласованы, когда сигнал пойдет от передатчика к приемнику он может отразиться от конца линии и пойти обратно, причем станет не полезным сигналом, а «паразитным», который начинает искажать полезную информацию.

Чтобы этого не происходило, используются согласующие резисторы или резисторы-терминаторы. Таким образом, линии на концах глушатся, чтобы не было отраженного сигнала. Согласующий резистор – резистор, установленный на крайнем конце или концах кабеля. В идеале, сопротивление согласующего резистора должно быть равно волновому сопротивлению кабеля, поскольку в данном случае наиболее полно происходит поглощение волны.

 Расположение согласующих резисторов

Рис. 2 – Расположение согласующих резисторов

В стандарте RS-485 принято сопротивление такого резистора – Rt=120 Ом. Это соответствует волновому сопротивлению неэкранированной витой пары не ниже третьей категории. Из этих расчетов многие производители оборудования для СКУД и ОПС проектируют свои системы. Пример из оборудования контроллеров торговой марки Parsec: на линии существует несколько контроллеров: 1-й, 2-ой, 3-й. Третий контроллер точек доступа является «последнем на линии» и на нем в обязательном порядке ставится перемычка «EOL», обозначая «end of line» – конец линии. Вот эта перемычка как раз и подключает согласующий резистор. В итоге, мы глушим линию намертво.

Понятно, что 120 Ом среднее значение. Естественно, поскольку среда разная, длина линий разная – возможны отражения. Но, тем не менее, это в какой-то степени минимизирует отраженный сигнал.

Модуль СКУД

RS-485 – самый распространенный в России промышленный протокол передачи данных. Каждое капитальное здание имеет линии связи этого стандарта. При его помощи обменивается данными различное оборудование, в том числе сетевые СКУД в общем и любой модуль СКУД в частности. Поэтому, каждому инженеру-монтажнику следует знать характеристики данного стандарта и его основные особенности. Актуальность этих знаний сомнению не подлежит, не смотря на текущую тенденцию замещения RS-485 более быстрым сетевым протоколом Ethernet.

Спасибо за внимание, с вами был Олег Коротовский – автор и ведущий рубрики «Это интересно» на www.parsec.ru. Следите за событиями мира RFID на официальном сайте торговой марки Parsec!


Возврат к списку