Выбор УЗИП для слаботочного оборудования часто вызывает затруднения. В статье приведены практические советы, которые помогут правильно подобрать УЗИП в соответствии с видом применяемого интерфейса и его особенностями.
Опыт работы последних лет в области защиты слаботочных систем от импульсных воздействий позволяет сделать вывод, что на практике эта тема вызывает много вопросов, в частности, о типах и видах интерфейсов, о выборе УЗИП для защиты слаботочного оборудования. В компанию «Тахион» ежедневно обращаются проектировщики и менеджеры с просьбой подобрать УЗИП для проекта, с вопросами о подключении УЗИП к оборудованию, о его заземлении в связке с УЗИП.
Особенно запутанным является многообразие современных интерфейсов, их определение в системах автоматики, диспетчеризации, безопасности и связи. Помимо этого, менеджеры по закупкам плохо различают силовые автоматы, УЗО (устройства защитного отключения), дифавтоматы и УЗИП (устройства защиты от импульсных перенапряжений). Многие путают защиту от превышения тока с защитой от импульсных разрядов и повышенного напряжения, вызванного, например, грозой.
Путаница и непоследовательность ГОСТов и международных стандартов вносят еще большую сумятицу в данные вопросы. Причем отдельно существуют стандарты для силовых УЗИП (230 В и выше, ГОСТ IEC 61643‑11-2013) и слаботочных или связных УЗИП, защищающих информационные порты и линии (ГОСТ IEC 61643-21-2014).
Некоторые продавцы вообще не ссылаются на какие-либо стандарты и не пишут параметров, за исключением одного – трех. В общем, неразбериха от этого еще более усиливается.
Интерфейсы защищаемого оборудования составляют самую большую проблему для проектировщиков, которые должны подобрать к ним устройства защиты. Это часто бывает связано с тем, что крупные поставщики систем автоматики, энергетики и связи разрабатывают свои стандарты и названия интерфейсов, однако при этом за основу берут базовые варианты. Они будут рассмотрены ниже.
Определение типа интерфейса порта
Для подбора УЗИП первая и главная задача – определить на основе документации на защищаемое устройство тип интерфейса по каждому защищаемому порту или входу/выходу информационной линии. Также эту информацию можно получить из проекта, опросного листа, технического задания. Вид интерфейса необходимо знать для определения физических параметров в линии.
Технические характеристики интерфейса, необходимые для подбора УЗИП
Какие технические параметры интерфейсов важны для выбора УЗИП?
- Пропускная способность – количество информации, которая может быть передана через интерфейс в единицу времени, например, 1 Мбит в секунду;
- максимальная частота передачи сигналов через интерфейс, например, 10 МГц;
- общее число проводов (линий) в интерфейсе;
- напряжение в линии;
- ток в линии.
Самые популярные интерфейсы
Рассмотрим наиболее популярные интерфейсы и их модификации, а также названия промышленных сетей на их основе.
Последовательный интерфейс RS‑485
Этот интерфейс наиболее широко распространен и востребован для управления и телеметрии в системах автоматики и безопасности. Он стандартизован TIA/EIA‑485.
Характеристики:
- скорость передачи может быть до 1 Мбит/с по одной витой паре и до 10 Мбит/с по двум витым парам (рис. 1);
- максимальный ток в линии 250 мА;
- напряжение от -7 до +12 В постоянного тока;
- в один момент времени может передавать информацию только на одно устройство в сети.
Рис. 1. Интерфейс RS-485: витая пара
Рис. 2. Напряжения в линии на выходе и на входе
Встречаются в промышленной автоматизации, системах безопасности и связи и другие последовательные интерфейсы: RS‑232, RS‑422, CAN, HART, ASI.
На основе интерфейса RS‑485 разработано множество разновидностей интерфейсов, которые называют промышленными сетями. В настоящее время насчитывается более 50 типов промышленных сетей, например: Modbus, PROFIBUS, DeviceNet, CANopen, HART, LonWorks, BACnet, ControlNet, Interbus, SDS, FDDI, FIP, ASI, SDS, WorldFIP, Foundation Fieldbus, BitBus, Seriplex, ArcNet и другие.
В России подавляющее большинство АСУ ТП используют сети Modbus и PROFIBUS. В последние годы возрос интерес к сетям на основе CAN, DeviceNet, HART.
Modbus
Modbus RTU, он же Modbus Serial, – это работа по RS‑485 или RS‑232, то есть по одной витой паре кабелей.
Область применения: вентмашины, кондиционеры, инфракрасные приемопередатчики, генераторы, конвекторы, электрокарнизы, термостаты, датчики и различные элементы расширения контроллеров, такие как модули входов и выходов, диммеры, датчики, клапаны, пускатели, расходомеры, тепловычислители, электросчетчики, манометры.
Характеристики:
- скорости обмена 9600 бит/с и 19 200 бит/с;
- максимальная длина магистрального кабеля при скорости передачи 9600 бит/с и сечении жил более 0,13 мм2 (AWG26) составляет 1 км. Отводы от магистрального кабеля не должны быть длиннее 20 м.
Profibus
Предназначен для распределенных устройств, таких как модули В/В, преобразователи, приводы, анализаторы, клапаны и операторские терминалы. Profibus может представлять собой экранированную витую пару, соответствующую стандарту RS‑485. Скорость передачи от 9,6 кбит/с до 12 Мбит/с.
HART-протокол
HART применяется для связи контроллера с датчиками и измерительными преобразователями, электромагнитными клапанами, датчиками потока жидкости, радарными уровнемерами, локальными контроллерами, а также для связи с искробезопасным оборудованием, где низкая мощность сигнала позволяет удовлетворять требования стандартов на искробезопасные электрические цепи.
Характеристики:
- длина кабеля до 2…3 км;
- HART-протокол позволяет передавать данные со скоростью 9600 бит/с.
Промышленная сеть CAN
Первая реализация CAN применялась в автомобильной электронике, однако сейчас CAN находит применение практически в любых типах промышленных установок. В CAN используется дифференциальная линия связи – витая пара, сигналы по которой передаются в дифференциальном режиме.
Скорости и дальности:
- 1 Мбит/с – 40 м;
- 500 кбит/с – 100 м;
- 125 кбит/с – 500 м;
- 10 кбит/с – 5000 м.
DeviceNet
Поддерживает скорость передачи данных 125 кбит/с, 250 кбит/с и 500 кбит/с. В зависимости от выбранного типа кабеля DeviceNet может поддерживать связь на расстоянии до 500 м (с использованием круглого кабеля большого диаметра).
***
Итак, мы рассмотрели некоторые популярные стандарты интерфейсов, наиболее часто применяемые в современных системах автоматики, связи и безопасности. Ethernet мы не рассматриваем, поскольку его определение по внешним признакам – медным портам – не представляет проблемы.
Для практической работы мы свели в общую таблицу популярные интерфейсы (табл. 1).
Таблица 1. Физические параметры интерфейсов (увеличить изображение)
Алгоритм подбора УЗИП
Сбор исходных данных о защищаемом порте:
- определение интерфейса порта по типу (Modbus, PROFIBUS, DeviceNet, CAN, VDSL, HART, Ethernet и т. д.);
- количество сигнальных пар и наличие/отсутствие провода сигнального заземления.
Определение по типу интерфейса и проекту параметров сигнала в паре:
- скорость передачи (Мбит/с) в одной паре при длине линии, выбранной по проекту или паспорту защищаемого устройства;
- несущие частоты;
- максимальное напряжение в линии. В общем случае здесь важно максимальное амплитудное значение, так как при его превышении, с учетом разброса параметров, УЗИП начнет открываться и подкорачивать линию. Следует иметь в виду, что напряжение источника питания может оказаться ниже напряжения в линии, поэтому напряжение источника питания не равно напряжению в линии;
- максимальный ток в линии. Здесь, как правило, полезно знать, питает ли порт контроллера периферию по информационной линии, потребляет ли этот датчик, счетчик или привод питание одновременно с приемом/передачей информации. Для этого можно посмотреть, есть ли у питаемого устройства линия или клеммы для отдельной подачи питания.
Пример. Если, скажем, контроллер питает по последовательному интерфейсу 32 датчика с потреблением по 20 мА, значит, максимальный ток в линии достигнет: 32 × 20 мА = 640 мА (например, в ДПЛС системы ОПС «Болид»).
Номинальный рабочий ток УЗИП должен быть не менее 1 А, можно и 5 А в этом случае. 0,5 А будет мало, напряжение просядет, УЗИП выгорит. Встречается в системах автоматики управление токовой петлей, обычно до 20 мА, – здесь подойдет любой УЗИП.
Не путайте ток в линии (рабочий, потребляемый, номинальный) с разрядным током или импульсным. Этот параметр относится к режиму сработки УЗИП при защите и достигает в импульсе от 200 А до 50 кА.
Статья опубликована в журнале «ИСУП»
Статья на сайте журнала >>
