2019-10-10
Módulos RS485 utilizados en la Central Hidroeléctrica
Todos los autómatas construidos para la central hidroeléctrica tienen un puerto de comunicaciones al cual se podrá conectar un módulo de expansión que permite comunicar al autómata con un maestro, utilizando una interfaz RS485 y con el protocolo ModBus.
En los primeros autómatas que construí dicho módulo de comunicaciones era interno en la PCB del autómata lo cual presentaba una serie de inconvenientes:
- El transceptor RS485 (MAX485) se alimentaba de la misma fuente que el autómata: un ruido eléctrico proveniente del bus afectaba al funcionamiento del autómata.
- En caso de fallo del bus la sustitución del driver implicaba desconectar todo el autómata del cableado, repararlo y volverlo a conectar.
La avería más típica con el bus en la centra era cuando había tormenta, se perdía algún nodo y había que parar para sustituir los MAX485 averiados o defectuosos. Con el aislamiento del bus se ha conseguido solventar este problema.
El circuito
Para la transmisión/recepción se han utilizado optoacopladores de alta velocidad, para ser exacto los 6n137. Estos optos son del tipo NAND y su característica principal es que la salida suele presentar dos estados: LOW y alta impedancia; obligando a utilizar resistencias PULL-UP. Ambos están configurados de forma no inversora. Los condensadores C5 y C7 de 22pF es un pequeño filtro para la señal (si, aumentamos la frecuencia del bus hay que considerar nuevos valores).
U2 es un optoacoplador de propósito general con salida a transistor. Su configuración también es NO INVERSORA y es el encargado de seleccionar la operación a realizar por el transceptor RS485 (escritura/lectura). Este opto no es de alta velocidad y no es necesario que lo sea. La velocidad del bus será de 9600 baudios y la frecuencia a la que este trabajará será mucho menor.
En un principio seleccioné una velocidad baja, para pruebas y según fui montando autómatas mantuve la velocidad. Si quisiera aumentarla tendría que tener en cuenta la velocidad y cambiar algunos valores de resistencias y condensadores.
Los diodo D6 y D7 son diodos de señalización de las líneas TX y RX, su misión es simple: parpadearan cuando haya actividad en el bus. Aunque los diodos usados son de baja corriente, he colocado sendos jumpers para reducir el consumo.
A la salida del transceptor se han colocado diodos TVS para eliminar cualquier transitorio que se pueda inducir dentro del bus.
En el circuito, la parte correspondiente a la conexión con el autómata recibe la alimentación de este a través del conector J3 y se utiliza en los optos U2 y U6. Se ha colocado un led para indicar que la alimentación se recibe correctamente.
Por otro lado el conector J4 permite alimentar el circuito con una fuente externa, muy útil para pruebas. Para poder hacerlo el jumper JP4 debe estar quitado. Si este jumper esta colocado cogerá la alimentación del bus a través del cable.
Conector RJ45, cable y alimentación.
Para la interconexión de módulos se ha optado por utilizar un cable de red S-FTP Cat5 o superior, a ser posible con malla de blindado. La elección ha sido dado que este cable tiene buena inmunidad al ruido eléctrico.
Este cable tiene la ventaja de que podemos usar conectores RJ45 los cuales son fáciles de montar y nos permiten una conexión/desconexión rápida.
Puestos a aprovechar el cable de red, se me ocurrió utilizar POE (Power On Ethernet). Así se puede llevar tanto datos como alimentación para los módulos, minimizando el número de cables. También permite una sola fuente de energía para el bus, haciendo que sea menos sensible a las tormentas.
Referencias
Este documento, forma parte de la documentación de la central hidroeléctrica El Castellar donde trabajo y ha sido adaptado para estar disponible en el blog.