La communication en série est l’approche la plus utilisée pour transférer des informations entre des équipements industriels et les unités de traitement de données.

Tous les appareils, qu’il s’agisse de votre convertisseur, isolateur ou répéteur, fonctionnent sur un protocole série. Le protocole est une forme de communication sûre et fiable comportant un ensemble de règles adressées par l’hôte source (émetteur) et l’hôte de destination (récepteur).

Dans un système embarqué, la communication par transmission série est le moyen d’échanger des données en utilisant différentes méthodes sous forme de binaire numérique série.

Cet article récence un ensemble de conseils à suivre afin de mener à bien la liaison série de vos équipements industriels.

Conseil 1 : Les câbles série doivent être mis à terre

Pour garantir que la tension en mode commun ne compromette pas vos données ou n’endommage pas votre équipement, un fil supplémentaire doit toujours être utilisé pour relier les masses du signal. Ce conducteur de terre de signal est souvent négligé lors de la commande de câble.

Un système « à deux fils » nécessite en fait trois conducteurs et un système « à quatre fils » en nécessite cinq. Il est possible d’obtenir un câble avec une paire torsadée et un troisième conducteur, ou un câble avec deux paires torsadées et un cinquième conducteur. Mais il est plus facile d’obtenir un câble avec une paire torsadée supplémentaire et d’utiliser un des fils supplémentaires comme masse du signal.

Conseil 2 : La terminaison est rarement nécessaire

La terminaison est utilisée pour faire correspondre l’impédance d’un nœud à l’impédance de la ligne de transmission. Lorsque l’impédance n’est pas adaptée, le signal transmis ne sera pas complètement absorbé par la charge et une partie sera réfléchie dans la ligne de transmission. Lorsque la source, la ligne de transmission et l’impédance de la charge sont égales, ces réflexions seront éliminées.

La terminaison augmente la charge des conducteurs, accroît la complexité de l’installation, modifie les exigences en matière de biais et rend la modification du système plus difficile. Il n’est pas logique de l’utiliser dans des situations où elle n’est pas nécessaire.

  • Règle pratique : si le délai de propagation de la ligne de données est sensiblement inférieur à une largeur de bit, la terminaison est inutile.

Le délai de propagation peut être calculé en multipliant la longueur du câble par la vitesse de propagation du câble. Cette valeur, généralement de 66 à 75% de la vitesse de la lumière, est spécifiée par le fabricant du câble.

Il existe plusieurs méthodes de terminaison des lignes de données. La terminaison parallèle, dans laquelle une résistance est ajoutée en parallèle avec les lignes « A » et « B » du récepteur est recommandée afin de correspondre à l’impédance caractéristique de la ligne de données telle que spécifiée par le fabricant du câble.

Valeur courante : 120 Ohms.

Cette valeur décrit l’impédance intrinsèque de la ligne de transmission et n’est pas fonction de la longueur de la ligne. N’utilisez pas une résistance de terminaison inférieure à 90 Ohms.

Conseil 3 : Les résistances de terminaison doivent être utilisées avec précaution

Les résistances de terminaison doivent être placées uniquement aux extrémités de la ligne de données, et pas plus de deux terminaisons ne doivent être placées dans tout système qui n’utilise pas de répéteurs. Notez que ce type de terminaison ajoute une forte charge de courant continu à un système et peut surcharger les convertisseurs alimentés par le port.

  • Autre type de terminaison : la terminaison couplée en courant alternatif, ajoute un petit condensateur en série avec la résistance de terminaison pour éliminer l’effet de charge en courant continu.

Conseil 4 : La terminaison modifie les exigences en matière de biais

Afin de maintenir l’état de repos approprié, des résistances de polarisation doivent être incluses dans les sorties de communication pour forcer les lignes de données à la tension d’état de repos.

La valeur de la résistance de polarisation requise dépend de la résistance de terminaison dans le système et du nombre de nœuds connectés. L’objectif est de générer suffisamment de courant de polarisation continu dans le réseau pour maintenir une tension sur les lignes de données (lorsqu’aucun pilote n’est activé).

Les résistances de polarisation peuvent être placées n’importe où dans le réseau, ou peuvent être réparties entre plusieurs nœuds. La résistance de polarisation réelle est la combinaison parallèle de toutes les résistances de polarisation d’un système.

Conseil 5 : Des ports série doivent être ajoutés aux équipements qui en sont dépourvus

L’absence de port série dans un équipement peut présenter un obstacle dans le milieu industriel où il existe encore une énorme base installée d’équipements série. Les normes série RS-422/RS-485 sont encore si utiles que le nombre d’appareils déployés devrait continuer à augmenter dans les années à venir.

Mais, si les ports série ne sont plus des équipements standard, rien ne vous empêche de les ajouter. Quelques emplacements internes pour cartes d’extension peuvent être utilisés pour donner à la machine des fonctionnalités supplémentaires. Il vous suffit de brancher une carte de port série dans l’un des emplacements d’extension et vous pouvez y aller.

Les cartes de port série les plus récentes utiliseront le bus d’extension PCIe et l’emplacement de carte, mais vous pouvez toujours choisir parmi une grande variété de cartes de port série pour l’ancien bus d’extension PCI également. En fonction de votre application, vous pouvez ajouter des cartes avec plusieurs ports série, une isolation ou une combinaison des deux.

Conseil 6 : Il est possible de convertir et isoler dans le même appareil

Dans le cas ou votre seule option câblée est l’USB, vous devriez utiliser un convertisseur USB-série externe pour vous connecter à votre équipement série. Vous aurez également besoin d’une isolation, pour éviter les problèmes de boucle de terre. Cela impliquerait l’utilisation de deux dispositifs externes – un arrangement assez lourd.

Vous pourriez alors envisager d’acquérir un convertisseur série USB vers RS-232 ou USB vers RS-422/485 qui inclut l’isolation dans le même dispositif.

Conseil 7 : Les ports série peuvent fonctionner sans fil

La norme de série est peut-être un peu longue, mais cela ne signifie pas qu’elle ne peut pas suivre les formes plus récentes de communication de données. Envisagez dans ce cas de mettre votre appareil série avec un serveur série sans fil et il assurera la communication sans fil.

Conseil 8 : Les répéteurs série peuvent étendre la portée à faible coût

Pour les longues distances, vous convertissez généralement les données série en TCP/IP. Mais, si la portée extrême n’est pas pertinente, un répéteur série industriel peut étendre les signaux RS-422/485 en duplex intégral ou en semi-duplex de 1,2 km sans qu’il soit nécessaire de les convertir, tout en vous permettant d’ajouter 32 nœuds supplémentaires à votre réseau.

Conseil 9 : L’isolation est importante

Plus un réseau est grand, à la fois en taille et en complexité, plus il est probable que ses divers éléments fassent référence à des terrains différents. Protégez votre installation contre les boucles de terre à l’aide d’isolateurs. Il peut s’agir de dispositifs autonomes et intégrés ou des concentrateurs, des serveurs et des commutateurs.

Conseil 10 : Optez pour la qualité industrielle des installations

Les dispositifs série en réseau sont déployés dans les transports, l’agriculture, l’énergie, la fabrication et des dizaines d’autres industries. Ils peuvent communiquer via Ethernet, sans fil et USB. Les connexions peuvent être réalisées avec n’importe quel mélange de câble en cuivre et de fibre optique. Mais, quelle que soit l’application, chaque équipement d’un réseau est un maillon faible potentiel.

Utilisez des appareils de qualité industrielle dès le début. Quelles que soient les dépenses supplémentaires que vous engagiez au départ, elles seront minimes par rapport aux économies que vous réaliserez à long terme sur les coûts de réparation et les temps d’arrêt.

CONCLUSION

La communication série fait partie intégrante du domaine de l’électronique et des systèmes embarqués. Le taux de transfert des données est critique pour l’échange d’informations sur le même bus. Il est donc nécessaire de choisir un protocole série (RS-232, RS-422, RS-485) valide pour toute application.

 

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