К Вопросу О Странностях И Невозможном

Инженер не должен тратить время на слова «Этого не может случиться», потому что это уже произошло.
Ему следует искать объективную причину происходящего.
К сожалению, точную цитату мне найти не удалось, поэтому вы видите ее в моей интерпретации.
Продолжим рассказ об интересных дефектах в области электроники.
Сегодня речь пойдет о «промышленной» сети в АТС (показана на КДПВ) на базе интерфейса RS485.

Далее в рассказе будут активно использоваться сокращения, но не стоит пугаться, их определения будут даны в скобках, так что добро пожаловать под кат. Давным-давно (около 8 лет назад), когда я занимался бизнесом в сфере связи в Тверской области, мне представилась возможность реализовать (несколько для того времени) революционную идею по модернизации существующего ATSC100/2000 (Автоматического Телефона).
Координата станции) на основе существовавшей у меня к моменту разработки АТС? (Ээлектронный).
Кстати, я до сих пор помню поездку в ведомство Минсвязи, где его представитель недоумевал: «Зачем нам тратить деньги (из расчета 10 долларов за номер) на модернизацию станции, которую за два года мы заменю на цифровой (из расчета 70+$ за номер)" (мои пояснения в скобках).
С помощью сторонних ресурсов было преодолено сопротивление ведомства и проведена модернизация.
С тех пор прошло 8+ лет, модернизированная станция функционирует вполне успешно, и разговоры о замене ее (и ее соседа) не перешли в область практических решений, на что как бы намекают. Так, неотъемлемой частью проекта стала замена КПП (Кодового приемопередатчика), находящихся в составе АИС (Станции поиска абонентов), на их электронную версию, которая помимо основных функций должна была еще и обмениваться с главной Б? (Электронный блок) информация о состоянии плат АК (Абонентский комплект).
Это значит, что требовался канал связи, который должен был работать в телефонной станции, а это ряды железных шкафов, в которых постоянно включены реле с индуктивностью единиц Генри при напряжении 60 Вольт.

- это для того, чтобы вы понимали, что я не ошибся в написании номиналов индуктивностей.
Для тех, кто в курсе, все понятно, а остальным поясню, что в таких условиях помеховая обстановка в помещениях станции очень напряженная.
О беспроводной связи речь сразу не шла, да и проводных вариантов мало — последовательный интерфейс либо в виде токовой петли, либо в виде 422/485. Поскольку требовалось соединение одного основного блока с 13 (10+3) КПП, нужна была связь «точка-многоточка», поэтому о токовом шлейфе не могло быть и речи.
Жаль, по моим наблюдениям, правильно спроектированная токовая петля не имеет себе равных по помехоустойчивости, но тут ничего не поделаешь, топология один-ко-многим не является сильной стороной этой технологии.
Также необходимо учитывать конструктивные особенности станции – весь монтаж соединений (а их в АТС немало) осуществляется с помощью кабельных стояков над шкафами (высотой 2,5 метра, по кстати) - горизонтальная синяя линия находится на КДПВ, а сменный редуктор расположен внизу шкафа (вертикальная синяя линия там же), и это изменить нельзя.
Обратите внимание, что на картинке вы не видите редуктор, он расположен сзади шкафа, где находится МКС, фото с правой стороны я не нашел, но он расположен внизу.
Это обстоятельство следует учитывать при проектировании сети с точки зрения конструктивных особенностей прокладки соединительного кабеля.
Выбор между 422 и 485 не составил труда - протокол работы допускает симплексный метод, поэтому 485 вполне приемлем, да и проводов у него меньше.
Далее на МКПП устанавливается преобразователь UART-RS485, выбирается тип кабеля для связи - FC10 (его я активно использовал в других проектах и он довольно прост в установке, и форма сигнала достойная), с учетом При желательности последовательного обхода узлов в топологии МКПП установлено 2 разъема - входной и выходной.
Устройства изготовлены, установлены на АТС, работают в автономном режиме, и необходимо начать монтаж сети связи.

Топология последовательного обхода, показанная на рисунке 1а, планировалась изначально, но ее недостатки очевидны на первый взгляд — уязвимость к удалению узла.
Вариант с параллельным соединением кабелей, показанный на рисунке 1б), не лучше, так как кабель придется прокладывать «на месте» и при необходимости ремонта возникнут проблемы, а установка двух кабелей на один разъем ( для такого типа кабеля и разъема) нельзя назвать удобным решением.
Поэтому мы приходим к варианту с изгибами.
Да, я знаю, что этот вариант не рекомендуется к использованию и прекрасно понимаю, почему так сделано, но это всего лишь пожелание, а не категорический императив.
Поэтому, принимая во внимание, что: 0) сеть в целом не слишком длинная (каждая ветка 20 метров); 1) изгибы не слишком длинные (около 2 метров); 2) скорость не слишком высокая (точную цифру сейчас не помню, не более 115200 бод, а может даже 9600); 3) хорошие преобразователи с высокой помехоустойчивостью (АД); 4) в кабеле протянута куча земель (вообще все КПП соединены через общий плюс - в телефонии питание с заземленным плюсом принято, но кашу маслом не испортишь), Делаем вывод, что можно попробовать.

Делаем экспериментальный участок, показанный на рисунке 2, проверяем форму сигналов осциллографом (стрелка не движется), запускаем тест обмена (ранее был разработан и изготовлен ТН (тестер сети), проверяющий обмен с каждой контрольной точкой в сегменте сети) и за неделю мы не видим ни одного сбоя - все это значит, что нам повезло (хотя эта удача была тщательно подготовлена) и удобная установка не привела к плохим сигналам.
Пока что мы видим историю успеха, но здесь все становится запутанным.
Вдохновившись, собираем оставшиеся сегменты сети и (чтобы не тратить зря) проверяем их с помощью упомянутого выше тестера.
В процессе мы обнаруживаем, что обмен со второй чекпоинтом не проходит (рисунок 3а), и не происходит вообще (то есть никогда), а с остальным всё нормально.

Выдвигаем предположение, что виноват сегмент тросового редуктора или редуктор, проверяем по схеме 3б) (вообще это совершенно лишняя проверка, просто чтобы не переборщить) - предположение подтверждается, итоговое тач - схема 3в) и вдруг облом - все работает, значит дело не в кабеле.
Предполагаем, что неисправен редуктор, но мы их проверили после сборки, ну ладно, иногда меняем местами 2 соседних редуктора (благо это сделать не сложно) и с удивлением видим, что дефект остался на месте, а значит редуктор не работает. не виноват. То есть это все-таки редукционный отрезок, меняем местами два соседних участка кабеля и (Бинго!) дефект перемещается вместе с кабелем.
Очень хорошо, но как объяснить результаты теста в) (напомню, что все работало) при возможном дефекте кабеля не понятно.
Изолируем подозрительный участок кабеля и точно тестируем его - рисунок 4 а) и б) и вполне ожидаемо получаем, что первый вариант не работает, а второй (это когда мы перевернули кабель "вверх ногами") вдруг (но тоже ожидаемо) вполне функционирует сам по себе.

Но такого быть не может! - но оно существует, а значит я просто чего-то не понимаю.
Сформулируем, чего именно не может быть - что два одинаковых устройства ведут себя по-разному на двух одинаковых концах кабеля.
Но два разных устройства на разных концах кабеля могут вести себя по-разному — будем смотреть в этом направлении.
Итак, первый вопрос: одинаковы ли мои устройства? А оказывается, что нет - на тестере есть согласующий резистор (вместе с резисторами растяжения), а на коробке передач этот блок установлен только на дальнем конце сети.
Беру терминатор с последнего устройства, ставлю на текущую КПП и все начинает работать при любой ориентации кабеля, то есть на обоих концах отрезка кабеля.
Первая путаница исчезла, устройства действительно разные, убираю терминатор и продолжаю исследования.
Теперь нужно понять, чем отличаются концы отрезка кабеля.
Опять же, на первый взгляд это невозможно, потому что у нас всего 2 провода и на прием, и на передачу (на самом деле есть еще и третий провод - притяжение земли, но он не может так фатально влиять), и они не могут перестать работать при реверсе кабель - провод либо есть от одного конца к другому, либо его нет вообще.
Но должна быть разница — берем кабель и внимательно его рассматриваем.
И вот наступает момент истины.
Как я указал ранее, для установки был выбран плоский кабель с 10 жилами (больше мне не нужно, но и меньше у меня не было, а может и не бывает).
А провести нужно всего 3 сигнала, остались лишние провода.
Мы, связисты, точно знаем, что «по паре на жилу» (использование двух параллельно соединенных проводов вместо одного) – это хорошая практика, так как она снижает сопротивление участка цепи и повышает эксплуатационную надежность; этот метод был применен в данном случае.
Каждый из сигналов передавался по двум проводам кабеля и реальная схема выглядит немного иначе, чем я нарисовал ранее — см.
рисунок 5а).

Тогда отрезок кабеля может иметь дефект, показанный на 5б) и если соединение в принципе есть (из-за исправной жилы), то у кабеля разные концы (из-за неисправной жилы).
Ну а теперь все просто.
Неподключенный с другой стороны провод действует как антенна, собирая помехи, которые при наличии терминатора (и растяжки) гасятся, а при отсутствии воздействуют на приемник и нарушают работу протокола.
Прозваниваем отрезок кабеля и обнаруживаем, что действительно краевой разъем не проткнул один из проводов линии передачи данных (разъем крепится на кабель с помощью прокалывания - очень удобная и быстрая операция, не требующая подготовки проводов и выполняется «на раз», но, как оказалось, требует контроля).
Можно спросить, почему приемник не убрал помехи, ведь интерфейс RS485 дифференциальный и должен быть нечувствителен к синфазным помехам.
Ответ кроется именно в природе дефекта – возникает поперечная несимметрия кабеля, что резко повышает чувствительность именно к синфазным помехам.
Далее, с целью обнаружения подобных дефектов, в испытательное устройство была введена модификация, позволяющая с помощью переключателя работать с одним из проводов информационной пары, а также были проверены все ранее установленные участки сети связи, что позволило обнаружить еще два дефекта такого рода, не приведшие к неисправности.
Это настолько поучительная история, что полностью оправдывает эпиграф к посту.
В опросе могут участвовать только зарегистрированные пользователи.
Войти , Пожалуйста.
Традиционный опрос в конце поста 38,82% нам нужно больше историй об железе, потому что оно самое загадочное 33 5,88% нам нужно больше историй о программном обеспечении, потому что оно чаще глючит 5 65,88% «и то, и другое можно сделать» без хлеба» 56 12,94% нам нужно больше котов 11 5,88% Ничего не понял, этому не место на хабе 5 Проголосовали 85 пользователей.
14 пользователей воздержались.