จำเป็นต้องแยกสายไฟ DC และสายเคเบิลข้อมูลออกหรือไม่?

ฉันมีการสนทนานี้กับเพื่อนร่วมงานของฉันก่อนหน้านี้ แหล่งจ่ายไฟ DC ไม่สลับกันดังนั้นสนามแม่เหล็กที่เกิดจากสายไฟ DC คงที่ (ใช่ไหม) ตอนนี้ฉันรู้ว่ากฎคือการแยกสายไฟและสายเคเบิลข้อมูล แต่ฉันสมมติว่านั่นคือเมื่อมันมาถึงไฟ AC มันเป็นกฎเดียวกันเมื่อพูดถึงแหล่งจ่ายไฟกระแสตรงที่มีการควบคุมหรือไม่?

เรากำลังใช้สายบัสคู่บิด CAN บัสติดกับสายไฟ DC ที่มีการควบคุม (12V และ GND) ฉันเข้าใจว่าสามารถภูมิคุ้มกันต่อเสียงรบกวนได้ แต่ถ้าคุณมีสายเคเบิลข้อมูลที่แตกต่างกัน (สมมุติว่า UART หรืออนุกรมหรืออีเธอร์เน็ต) สายไฟ DC จะมีผลกระทบหรือไม่? ถ้าเป็นเช่นนั้นทำไม

คำตอบคือ "ทุกอย่างขึ้นอยู่กับ"

• โหลดของ DC คืออะไร? ถ้ามันเป็นอุปนัยที่มีเสียงดังมากคุณจะมีเสียงรบกวนในสาย DC และมันอาจจะมากกว่าที่คุณคิด
• อัตราการส่งสัญญาณในสายข้อมูลคืออะไร? อัตราที่เร็วกว่านั้นไวกว่ามาก
• [แก้ไข] คุณมีการเข้ารหัสบรรทัดอะไร สิ่งที่แตกต่างเช่น RS-485 นั้นมีความแข็งแกร่งมากกว่าแรงดันไฟฟ้าบางอย่างเช่น RS-232

• คุณใช้รูปแบบการเข้ารหัสอะไร หากคุณมีรูปแบบใด ๆ ที่มีการตรวจจับข้อผิดพลาดอาจจะไม่เป็นไร

• จะเกิดอะไรขึ้นหากมีข้อผิดพลาดในบรรทัด หากมีการอัปเดตการแสดงผลของนาฬิกาด้วยเอฟเฟกต์ของเวลาเล็กน้อยที่แตกต่างจากการวางเครื่องจักรกลหนักไปยังคนงาน

ต้องบอกว่ามันเป็นเรื่องธรรมดาที่จะมีสัญญาณและกำลังไฟ DC ติดกัน ฉันมี telemetry ใต้น้ำจำนวนมากที่เราใช้ DC-power และสายคู่ twisted พิเศษสำหรับ 24 VDC และ 250 Kbit / s RS-485 ในสภาพแวดล้อมที่มีเสียงดังมากขึ้นเราใช้ 9600 บิต / วินาที ต่อผู้วิจารณ์แน่นอนว่า power-over-ethernet เป็นหนึ่งในตัวอย่างที่ดีที่สุดของความเร็วสูงทางไกลพลังงานสูงและข้อมูลในสายเคเบิลเดียวกัน (ยาวและสูงเมื่อเทียบกับตัวอย่างเช่น USB หรือบัสบน PCB 100 เมตร, 12 วัตต์)

ในระยะสั้น: มันเป็นไปได้อย่างสมบูรณ์แบบ แต่ให้ความสนใจที่ดี

กระแสที่ดึงผ่านแหล่งจ่ายไฟ DC มักไม่คงที่ การเปลี่ยนผลลัพธ์ปัจจุบันในสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลง

ดังนั้นจึงอาจจำเป็นต้องแยกกำลังไฟและข้อมูลก็อาจจะไม่ได้ ใน USB หรือ PoE Power และข้อมูลจะไม่แยกกัน ใน SATA นั้น

ดังนั้นคุณอาจต้องทำการวัดและแยกสายเคเบิลหรือรับการป้องกันที่ดีขึ้นระหว่างพลังงานและข้อมูล

สุจริตเทียบกับ AC ไม่ดีมากจริงๆ

มีสองเหตุผลในการแยกพลังงานจากสายข้อมูล

ที่แรกก็คือความปลอดภัย แรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่า 50V หรือมากกว่านั้นอาจเป็นความเสี่ยงต่อการช็อก กระแสน้ำมากกว่าหนึ่งแอมป์อาจเสี่ยงต่อการเกิดไฟไหม้ ด้วยเหตุนี้กฎระเบียบทางไฟฟ้ามักจะต้องมีการแยกบางอย่างระหว่างแหล่งจ่ายไฟหลักและวงจรการสื่อสารหรือค่าพิเศษที่จะต้องดำเนินการ (เช่นกำแพงกั้นโลหะที่ต่อสายดิน มาตรฐานที่คุณใช้)

ประการที่สองคือการรบกวน อย่างที่คุณบอกว่าค่าคงที่ DC จะไม่เชื่อมโยงกับสายสื่อสารของคุณ หากคุณไปคู่สายดาต้าคู่บิดครึ่งทาง 50Hz ก็ไม่น่าจะมีปัญหาอะไรเช่นกัน ปัญหาที่แท้จริงคือ transients และสัญญาณรบกวนที่มักจะจบลงทับสายไฟ สิ่งนี้จะเลวร้ายเพียงใดขึ้นอยู่กับลักษณะของการจ่ายและการบรรทุกของคุณ

สำหรับ CAN บัส 12V มักจะไม่มีเหตุผลที่ดีที่จะแยกสายข้อมูลออกจากสายไฟของอุปกรณ์

อุปกรณ์ CAN ที่ได้รับการรับรองใด ๆ จะต้องผ่านการทดสอบเพื่อสร้างภูมิคุ้มกันให้กับเสียงรบกวนชั่วคราว (ISO 7637 หรือที่คล้ายกัน) ซึ่งระบุเงื่อนไขที่ค่อนข้างรุนแรงเช่นการรบกวนความถี่สูงซ้ำ ๆ (เช่นจากรีเลย์ที่โหลดภายใต้โหลด) เนื้อหานี้แย่กว่าเสียงของสายไฟของอุปกรณ์ของคุณเองดังนั้นหากคุณจัดการเพื่อรับรองอุปกรณ์ของคุณสำหรับการใช้รถมันจะมีภูมิคุ้มกันที่เพียงพอเพื่อให้สายไฟ 12V ของคุณในบริเวณใกล้เคียงจะไม่เกิดปัญหา

UART จะไม่ทำงานในสภาพแวดล้อมที่สามารถใช้งานได้

เหตุผลที่จะไฟ AC แยกจาก Comms เป็นรหัสไฟฟ้า

เหตุผลในหลักจรรยาบรรณนี้คือความเสี่ยงที่สายไฟจะได้รับความเสียหายและการลัดวงจรแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ (100-277V) ลงบนสายไฟที่เกิดจากกระแสไฟฟ้าลัดวงจรทำให้เกิดอันตรายจากไฟไหม้และไฟไหม้

มีข้อยกเว้นหนึ่งข้อสำหรับรหัส หากวงจร comms จากต้นกำเนิดถึงท้ายท้ายถึงจุดสิ้นสุดตลอดทางจะถูกหุ้มฉนวนไว้กับมาตรฐานการเดินสายไฟหลัก (Class 1) รวมถึงอุปกรณ์ ณ จุดใช้งานจากนั้นจ้ะที่การเดินสายไฟหุ้มฉนวนหลักสามารถผสมกับสายไฟหลักได้ . ตัวอย่างบางส่วน:

• สวิตช์อัจฉริยะแบบ 3 ทางที่ใช้สายตัวส่งสัญญาณเก่าเป็นสาย comms
• ไฟสำนักงานที่มีรีเลย์ล็อค RR7 ซึ่งจะส่ง 24V ไปยังที่ตั้งสวิตช์ทั้งหมดจากนั้นทำการติดต่อชั่วขณะเพื่อส่ง 24V กลับไปที่รีเลย์ การเดินสายนั้นมักจะทำงานในท่อร้อยสายไฟ
• การเดินสายอีเธอร์เน็ตระหว่างอุปกรณ์ควบคุม SCADA ซึ่งอุปกรณ์ทั้งหมดนั้นอยู่ภายในกล่องหุ้มที่กำหนดสำหรับการเดินสายไฟเมน อุปกรณ์ทั้งหมดนั้นได้รับการจัดอันดับว่าการ์ดอีเทอร์เน็ตใช้ความนิยม 277V

สิ่งที่คุณไม่สามารถทำได้คือใช้สายอีเธอร์เน็ตในท่อร้อยสายไฟจากนั้นให้วงจร LV / comms ออกจากการเดินสายไฟผ่านแผ่นปิดอีเธอร์เน็ตสายเคเบิลทั่วไปและเสียบเข้ากับพีซี "ทางออก" นั้นเป็นสิ่งที่คุณไม่สามารถทำได้

มันเป็นความรับผิดชอบของคุณที่จะมีการจัดเก็บค่าใช้จ่ายในท้องถิ่นที่มีการรองรับเพื่อป้องกันการเรียกเข้า

นั่นทำให้ความผันผวนของกระแสความถี่สูงอยู่ในระดับต่ำสุด

ลองใช้ตัวอย่าง: ถังขยะสายไฟกำลังสูง (0.1 แอมป์สูงสุดที่ 100MHz ฟริงดังนั้น dI / dT คือ 0.1amp * d / dt (100MHz) == 63 ล้านแอมป์ / วินาที wire อยู่ห่างออกไปเล็กน้อยดังนั้นเราจะถือว่าเป็นสายไฟSINGLE ที่มีเสียงเรียกเข้าที่รวดเร็วอย่างไม่น่าเชื่อ

สมมติว่าเหยื่อนั้นเป็นสายข้อมูล 1 เมตรและ data_return อยู่ห่างออกไป 1 มม. ไม่ใช่คู่ที่บิดเบี้ยว

สมมติระยะ 1 มม. ระหว่างสายไฟและสายข้อมูล

Vinduce = [MU0 * MUr * พื้นที่ / (2 * pi * ระยะทาง)] * dI / dT

สำหรับ MU0 = 4 * pi * e-7, MUr = 1 (อากาศ, ทองแดง, อลูมิเนียม, FR-4)

Vinduce = 2e-7 * พื้นที่ / ระยะทาง * dI / dT [เราไม่สนใจค่า natural_log coeff]

และเราเสียบตัวเลข

Vinduce = 2e-7 * 1meter * 1 มม. / 1 ​​มม. * 63 ล้านแอมป์ / วินาที

Vinduce = 2e-7 * 1 * 0.63e + 7 = 1.26 โวลต์รบกวน

วิธีการแก้ปัญหา: ใช้คู่บิดที่มีรอบ / นิ้วร้อน ppwer ร้อนกับสัญญาณข้อมูลที่แตกต่างกัน

ดังนั้นจะทำอย่างไรถ้าสายหนึ่งมัดเป็นทางเลือกเดียว? ใช้ "แบตเตอรี่ท้องถิ่น"

^{จำลองวงจรนี้ - แผนผังที่สร้างโดยใช้CircuitLab}