Miércoles , septiembre 26 2018

Suscribete gratis a nuestro boletin semanal

VISIONA . DESARROLLADORES . CONECTADOS .

Suscribete nuestro boletin semanal

PATROCINADORES
.
Home / Energía y Potencia / Cómo suprimir el ruido en encoders aplicando transceptores RS 485

Cómo suprimir el ruido en encoders aplicando transceptores RS 485

El protocolo RS 485 es ideal para redes industriales con enlaces multipunto, y su popularidad radica en su formato de transmisión diferencial. No obstante, para neutralizar el ruido puede parecer todo un reto.

(ElectronicosOnline.com Magazine / Oswaldo Barajas)

El estándar RS 485 llegó para quedarse en las comunicaciones industriales, ya que su capacidad para habilitar interfaces multipunto con topologías de hasta 32 nodos y con la particularidad de evitar colisiones de bus, son respetablemente atractivas. No obstante, la Compatibilidad Electromagnética (EMC, por sus siglas en inglés) es uno de los grandes retos para esta clase de proyectos.

A lo largo de tres décadas, este protocolo de la EIA ha logrado posicionarse en diversas áreas del sector industrial, y es extensamente visible en equipos de fábrica que incorporan procesos de control, soluciones para edificios automatizados, y tras aplicaciones de control automático. Su popularidad se basa en su método diferencial para transmitir datos a través de los diferentes enlaces de comunicación RS 485, pero estas pueden ser afectadas por perturbaciones que tienden a impactar en la calidad de la señal e incluso dañar los equipos. Sin embargo, estos problemas pueden ser reducidos utilizando transceptores que funcionan como protectores contra ruido o elementos como transitorios eléctricos rápidos (EFT).

A medida que los sistemas industriales ganan mayor robustez, los paquetes de información transferidos por los canales tienden a ser más vulnerables por toda la miscelánea tecnológica utilizada en los diferentes módulos que los rodea.

Para observar el comportamiento de EMC en algunos tipos de encoders digitales, la compañía Texas Instruments (TI) llevó a cabo una serie de pruebas técnicas para documentarlas, y como resultado presentó la nota“High EMC Immunity, RS-485 Interface Reference Design to Absolute Encoders”, donde describe los efectos del ruido en los dispositivos EnDat2.2, BiSS, y Tamagawa, tres encoders ampliamente utilizados en el desarrollo de soluciones de control industrial.

Las redes industriales RS 485 son ampliamente utilizadas en la industria, sin embargo tienden a ser susceptibles ante el ruido producido por campos electromagnéticos cercanos. (Imágenes: Texas Instruments).
 

“La inmunidad EMC, particularmente la inmunidad contra el ruido de conmutación, resulta importante para la posición y retroalimentación de los sistemas de encoder dentro de los controles industriales”, menciona el documento de TI.

La nota refiere que los encoders absolutos regularmente son utilizados para obtener la posición absoluta, el ángulo de rotación y la retroalimentación de sistemas como servo controles, CNC y robótica. Dentro de este segmento también existen diversos estándares de enlace para el RS 485 con los que se pueden aplicar comunicaciones síncronas o asíncronas, además de otros para especificar los rangos de voltaje.

TI resalta que en controles reales el ruido más común es el producido por la conmutación PWM (Modulación por Ancho de Pulsos) acoplado a los cables de energía durante la conmutación de transitorios PWM de alta tensión. Estos transitorios pueden ser de 10 kV/µs con IGBT y próximamente de 50 a 100 kV/µs con SiC. Estos transitorios pueden acoplarse como componentes AC de modo común dentro de las señales diferenciales del RS 485.

- PUBLICIDAD -

En este sentido, los transitorios eléctricos rápidos (EFT) y el ruido en señales de modo común (INS) están muy cercanos a los impulsos reales del ruido de controles, y esto tiende a generar una corrupción en la transferencia de los paquetes binarios, y aunque los ingenieros apliquen técnicas de detección de errores (CRC), estos pueden infiltrarse y afectar directamente en los parámetros de posición o ángulo, haciendo que las lecturas sean inválidas y afectando el desempeño de los sistemas controladores. En el peor de los escenarios, esto puede terminar en un apagón debido a la falta de información sobre el ángulo adecuado.

En el esquema aparece una aplicación RS 485 donde se muestran los puntos más vulnerables para proteger en un circuito.
 

En la anterior ilustración podemos observar un ejemplo de arreglo con una unidad de servo control que contiene un circuito de potencia para manejar remotamente un motor AC. El cable de energía podría extenderse hasta unos 100 metros. A un lado del motor se encuentra un encoder de posición absoluta para proveer realimentación digital al circuito del servo control.

La conexión de bus RS 485 con cableado UTP puede correr cerca del canal de energía y otras fuentes de EMI. Aquí, es precisamente donde juegan un papel importante los transceptores RS 485 para controlar la carga parasitaria.

Dentro del catálogo de TI aparece el transceptor THVD1550 el cual presumiblemente puede sobrevivir a cualquier golpe de EFT o descarga electrostática, y para eso la compañía dispone de tres ejemplos de cómo funciona el componente en los encoders digitales: EnDat 2.2, BiSS y Tamagawa. Es importante destacar que en las redes industriales RS 485, entre más largo el cable más grande serán las distorsiones y más bajos los niveles de bits en relación a un porcentaje de error.

Diagrama de bloques de un circuito transceptor.
 

De acuerdo a TI, el ambiente también es un elemento crítico en la generación de Jitter que puede impactar severamente a la calidad de la señal. Una medición de la calidad de señal es la cantidad de Jitter que se registra, y bajo este término, también es significativo considerar que el Jitter es la variación rápida en el dominio del tiempo del ciclo inicial y final de un flujo de bits causado primariamente por ruido.

Una forma adicional de representar la medición del Jitter es declararlo en términos de variación del tiempo Pico-a-Pico en las transiciones de pulso, y posteriormente expresarlos en un porcentaje de transmisión de bits en el mismo dominio.

El uso de transceptores RS 485 se ha convertido en una tendencia ampliamente diseminada en la industria con excelentes resultados, y diversas compañías incluyendo Texas Instruments, se ha dado a la tarea de recopilar información técnica para orientar a los ingenieros desarrolladores en el diseño y aplicación de sus respectivos proyectos de control automático.

- PUBLICIDAD -

Revisa también ...

Diez errores importantes a considerar en el análisis de datos

Lo que todo Científico de Datos debe saber al implementar metodologías y herramientas computacionales para …

Deja un comentario

Tu dirección de correo electrónico no será publicada. Los campos necesarios están marcados *