RS-485-standarden blev først vedtaget af Electronics Industry Association. I dag undersøger han de elektriske egenskaber ved forskellige modtagere og sendere, der bruges i balancerede digitale systemer.

Hvad er denne standard?

RS-485 er navnet på en velkendt grænseflade, der aktivt bruges i alle slags industrielle kontrolsystemer med det formål at forbinde visse controllere og mange andre enheder til hinanden. Den største forskel mellem denne grænseflade og RS-232 er, at den involverer at kombinere flere typer udstyr samtidigt. Ved brug af RS-485 garanteres højhastighedsdataudveksling mellem flere enheder ved at bruge en enkelt to-tråds kommunikationslinje i halv-duplekstilstand. Det er involveret i moderne industri i skabelsen af ​​proceskontrolsystemer.

Rækkevidde og hastighed

Ved hjælp af den præsenterede standard er det muligt at opnå udsendelse af information med hastigheder på op til 10 Mbit/s. Det er værd at bemærke, at det maksimalt mulige område afhænger direkte af dataoverførselshastigheden. Det er værd at bemærke, at for at sikre maksimal hastighed kan information ikke overføres længere end 120 meter. Samtidig overføres data med en hastighed på 100 kbit/s over mere end 1200 meter.

Antal tilsluttede enheder

Antallet af enheder, som RS-485-grænsefladen kan integrere direkte, afhænger af, hvilke transceivere der er involveret i dem. Hver sender giver specifik kontrol over 32 standardmodtagere. Du skal dog være opmærksom på, at der findes modtagere med indgangsimpedans, som afviger med 50 %, 25 % eller mindre fra standarden. Hvis du bruger dette udstyr, stiger det samlede antal enheder tilsvarende.

Stik og protokoller

RS-485-kablet er ikke i stand til at normalisere noget specifikt informationsrammeformat eller udvekslingsprotokol. Som regel bruges lignende rammer, der bruges af RS-232, til udsendelse. Med andre ord databits, stop- og startbits og en paritetsbit om nødvendigt. Hvad angår driften af ​​kommunikationsprotokoller, udføres det i de fleste moderne systemer i henhold til "master-slave"-princippet. Det betyder, at en bestemt enhed på netværket fungerer som en leder og initierer udvekslingen af ​​afsendelsesanmodninger mellem slaveenheder, der adskiller sig i logiske adresser. Den mest berømte protokol i øjeblikket er Modbus RTU. Det skal bemærkes, at RS-485-kablet ikke har en bestemt type stik eller ledninger. Der er med andre ord terminalstik, DB9 og andre.

Forbindelse

Ved hjælp af den præsenterede grænseflade findes ofte et lokalt netværk, der samtidig kombinerer flere typer transceivere. Ved tilslutning af RS-485 er det nødvendigt at forbinde signalkredsløbene korrekt. Som regel kaldes de A og B. Således er polaritetsvending ikke en big deal, det får bare de tilsluttede enheder til at holde op med at fungere.

Når du bruger RS-485-grænsefladen, er det nødvendigt at tage hensyn til visse funktioner i dens drift. Derfor lyder anbefalingerne som følger:

1. Det optimale medium til signaltransmission er et parsnoet kabel.
2. Enderne af ledningen skal tilsluttes ved hjælp af specielle terminalmodstande.
3. Et netværk med standard eller USB RS-485 skal lægges uden forgreninger i henhold til bustopologien.
4. Enheder skal tilsluttes kablet med kabler af kortest mulig længde.

Samordning

Ved at bruge terminalmodstande sikrer standard eller USB RS-485, at den åbne ende af ledningen er fuldt matchet til nedstrømslinjen. I dette tilfælde er muligheden for signalrefleksion fuldstændig udelukket. Den nominelle modstand af modstande forbundet med den karakteristiske impedans af kabler og ledninger baseret på snoede par er normalt omkring 100-120 ohm. For eksempel har det i øjeblikket kendte UTP-5-kabel, som ofte bruges i processen med at lægge Ethernet, en karakteristisk impedans på 100 Ohm.

Som for andre kabelmuligheder kan en anden klassificering anvendes. Modstande kan om nødvendigt loddes til kontakterne på kabelstik i endeenheder. Sjældent er modstande monteret i selve udstyret, hvilket resulterer i behovet for at installere jumpere for at forbinde modstanden. I dette tilfælde, når enheden er tilsluttet, er linjen forkert. For at sikre normal funktion af resten af ​​systemet, skal du tilslutte et matchende stik.

Signalniveauer

RS-485-porten bruger et balanceret datatransmissionsskema. Med andre ord skifter spændingsniveauerne på signalkredsløb A og B ud af fase. Sensoren giver et signalniveau på 1,5 V, under hensyntagen til den maksimale belastning. Derudover er der ikke mere end 6 V til rådighed, når enheden er i tomgang. Spændingsniveauet måles differentielt. På modtagerens placering skal minimumsniveauet for det modtagne signal være mindst 200 mV.

Partiskhed

Når der ikke observeres noget signal på signalkredsløbene, påføres en lille forspænding. Det beskytter modtageren i tilfælde af en falsk alarm. Eksperter anbefaler at udføre en offset lidt større end 200 mV, fordi denne værdi anses for at svare til inputsignalets upålidelighedszone i henhold til standarden. I en sådan situation nærmer kredsløb A sig kildens positive pol, og kredsløb B trækkes mod fælles.

Eksempel

Baseret på den nødvendige forspænding og spænding af strømforsyningen beregnes modstandsværdierne. For eksempel, hvis du ønsker at få en offset på 250 mV ved hjælp af terminal modstande, RT = 120 ohm. Det er værd at bemærke, at kilden har en spænding på 12 V. Under hensyntagen til det faktum, at i dette tilfælde er to modstande forbundet parallelt med hinanden og ikke tager hensyn til belastningen på modtagersiden, når forspændingsstrømmen 0,0042 . Samtidig er den samlede modstand af forspændingskredsløbet 2857 ohm. Rcm vil være omkring 1400 Ohm. Derfor skal du vælge den nærmeste pålydende. Et eksempel vil være en 1,5 kOhm modstand. Det er nødvendigt for forskydning. Derudover bruges en ekstern 12 volt modstand.

Det er også nødvendigt at bemærke, at der i systemet er en isoleret udgang fra controllerens strømforsyning, som repræsenterer hovedforbindelsen i sit eget kredsløbssegment. Sandt nok er der andre muligheder for at udføre bias, hvor en RS-485-konverter og andre elementer er involveret, men det skal stadig tages i betragtning, at den node, der leverer bias, nogle gange vil slukke eller til sidst blive helt fjernet fra netværket. Når offset eksisterer, betragtes det fulde åbent kredsløbspotentiale for kredsløb A som positivt i forhold til kredsløb B. Dette fungerer som en vejledning, når nyt udstyr tilsluttes kablet uden brug af ledningsmærkninger.

Forkert ledningsføring og forvrængning

Implementering af anbefalingerne angivet ovenfor gør det muligt at opnå korrekt transmission af elektriske signaler til forskellige punkter i netværket, når RS-485-protokollen anvendes som grundlag. Hvis mindst et af kravene ikke er opfyldt, opstår der signalforvrængning. De mest mærkbare forvrængninger opstår, når informationsudvekslingskursen er over 1 Mbit/s. Sandt nok, selv ved lavere hastigheder anbefales det ikke at forsømme disse tips. Denne regel gælder også under normal netværksdrift.

Hvordan programmerer man?

Når du programmerer forskellige applikationer, der fungerer med enheder, der bruges af RS-485-splitteren, og andre enheder med den præsenterede grænseflade, skal der tages højde for flere vigtige punkter.

Inden leveringen af ​​pakken begynder, er det nødvendigt at aktivere senderen. Det er værd at bemærke, at ifølge nogle kilder kan levering udføres umiddelbart efter aktivering. På trods af dette anbefaler nogle eksperter først at holde pause i et tidsrum svarende til udsendelseshastigheden for et billede. I dette tilfælde kan et korrekt modtageprogram have tid til fuldt ud at identificere fejl i den forbigående proces, som er i stand til at udføre normaliseringsproceduren og forberede den næste datamodtagelse.

Når den sidste byte med data er udstedt, skal du også holde pause, før du frakobler RS-485-enheden. Dette skyldes i en vis forstand, at den serielle port-controller ofte indeholder to registre på samme tid. Den første er en parallel input, den er designet til at modtage information. Den anden betragtes som en skift-output, den bruges til sekventiel output.

Når controlleren transmitterer data, genereres eventuelle afbrydelser, når inputregisteret er tomt. Dette sker, når der allerede er givet oplysninger til vagtregistret, men endnu ikke er udstedt. Dette er også grunden til, at det efter at have stoppet udsendelsen er nødvendigt at holde en vis pause, før du slukker for senderen. Den skal være cirka 0,5 bit længere end rammen. Når du udfører mere nøjagtige beregninger, anbefales det at studere mere detaljeret den tekniske dokumentation for den serielle port-controller, der bruges.

Det er muligt, at senderen, modtageren og RS-485-konverteren er forbundet til en fælles linje. På denne måde vil den egen modtager også begynde at opfatte transmissionen udført af den egen sender. Det sker ofte, at i systemer, der er karakteriseret ved tilfældig adgang til linjen, bruges denne funktion til at kontrollere, at der ikke er nogen kollision mellem to sendere.

Busformatkonfiguration

Den præsenterede grænseflade har mulighed for at kombinere enheder ved hjælp af "bus"-formatet, når alt udstyr er forbundet med et par ledninger. Det betyder, at kommunikationslinjen skal matches af end-of-line modstande i begge ender. For at sikre dette er det nødvendigt at installere modstande med en modstand på 620 ohm. De er altid monteret på den første og sidste enhed, der er tilsluttet linjen.

Som regel har moderne enheder en indbygget matchende modstand. Hvis behovet opstår, kan det tilsluttes linjen ved at installere en speciel jumper på enhedskortet. Det er værd at bemærke, at forsendelsestilstanden for jumperne først er installeret, så du skal fjerne dem fra alle enheder undtagen den første og sidste. Det skal også bemærkes, at i omformer-repeatere af S2000-PI-modellen, for en separat udgang, aktiveres den matchende modstand ved hjælp af en kontakt. Hvad angår S2000-KS- og S2000-K-enhederne, som er kendetegnet ved en indbygget matchende modstand, er der ingen jumper nødvendig for at tilslutte den. For at sikre en lang kommunikationslinje anbefales det at bruge specialiserede repeatere-relæer, som er forududstyret med fuldautomatisk skift af transmissionsretningen.

Stjerne konfiguration

Alle grene i RS-485-linjen betragtes som uønskede, da de forårsager overdreven signalforvrængning. Selvom det fra et praktisk synspunkt er muligt at tillade dette, når der er en kort grenlængde. I dette tilfælde er det ikke nødvendigt at installere matchende modstande på individuelle grene.

I et RS-485-system, hvor styringen er tilvejebragt ved hjælp af en fjernbetjening, når modstande og enheder er forbundet til samme linje, men strømforsynes af forskellige kilder, er det nødvendigt at kombinere 0 V-kredsløbene for alle enheder og fjernbetjeningen i for at opnå udligning af deres potentialer. Når dette krav ikke er opfyldt, kan fjernbetjeningen have ustabil kommunikation med enheder. Ved brug af en ledning med flere snoede par, kan et helt frit par anvendes til potentialudligningskredsløbet, hvis det er nødvendigt. Derudover er det muligt at bruge skærmet snoet par, hvis der ikke er skærmjording.

Hvad skal du overveje?

I de fleste tilfælde anses strømmen, der passerer gennem potentialudligningsledningen, for at være ret lille. Hvis 0 V af enheder eller selve strømforsyningerne er forbundet til flere lokale jordbusser, så kan potentialforskellen mellem forskellige 0 V kredsløb nå flere enheder. Nogle gange er denne værdi omkring snesevis af volt, og strømmen, der strømmer gennem potentialudligningskredsløbet, er ret betydelig. Det er ofte årsagen til, at der er en ustabil forbindelse mellem fjernbetjeningen og enheder. Som et resultat kan de endda fejle.

Det er således nødvendigt at udelukke muligheden for at jorde 0 V-kredsløbet eller at jorde dette kredsløb på et bestemt tidspunkt. Derudover bør muligheden for sammenkobling mellem 0 V og det beskyttende jordkredsløb, som er til stede i det udstyr, der anvendes i alarmsystemet, tages i betragtning. Det er værd at bemærke, at i faciliteter, hvor det elektromagnetiske miljø er relativt barskt, er det muligt at oprette forbindelse til dette netværk ved at bruge et skærmet parsnoet kabel. Det skal understreges, at der i denne situation kan være et kortere maksimalområde, fordi ledningskapacitansen anses for at være højere.

RS-485-grænsefladen er sandsynligvis den mest almindelige grænseflade til at organisere små industrielle automationsnetværk.

Dette lettes af dets høje tekniske egenskaber og lette implementering. RS-485-grænsefladen giver dig mulighed for at oprette netværk ved hjælp af simpel hardware:

• bus topologi;
• med parsnoet kabel som datatransmissionsmedium;
• Længden af ​​kommunikationslinjen kan nå 1200 m;
• dataoverførselshastighed op til 10 Mbit/s.

For at styre distribuerede systemer baseret på RS-485 kan mange standardprotokoller bruges, herunder ModBus. Grænsefladen giver dig mulighed for at oprette netværk med specialiserede protokoller. For at implementere RS-485 i hardware er det nok kun at tilføje et mikrokredsløb med lav integration til mikrocontrolleren.

RS-485 er beskrevet i ANSI TIA/EIA–485–A:1998. Standarden specificerer kun elektriske parametre og tidsparametre. Det foreskriver ikke:

• udvekslingsprotokol;
• typer af kabler og stik;
• galvanisk isolering af netværksabonnenter.

Grundlæggende parametre for RS-485 standarden.

Datatransmissionsmetode RS-485.

RS-485-grænsefladestandarden definerer følgende signaler:

• A – ikke-inverterende;
• B - invertering;
• C – fælles linje (valgfrit signal).

Nogle gange bruges alternative signalbetegnelser:

• Data+ / Data-;
• D+ / D-;
• + / -.

Interfacet bruger en differentiel dataoverførselsmetode. Information transmitteres ved hjælp af to modfasesignaler A og B, og RS-485-bussens tilstand bestemmes af potentialforskellen mellem linjerne A og B i forhold til den fælles linje C. Spændingen på hver linje i forhold til jord kan være enhver, men inden for området -7 ... +12 V.

RS-485 kræver differentielle modtagere og sendere.

Senderne genererer 2 modfasesignaler med en spændingsforskel på mindst 1,5 V (ifølge standarden).

Til at modtage data anvendes differentialmodtagere, som fremhæver spændingsforskellen mellem linje A og B. Er forskellen mere end 200 mV, men op til +12 V, anses linjetilstanden for at være lig med logisk en. Når spændingsforskellen er mindre end – 200 mV, men ikke lavere end – 7 V, er ledningen i en tilstand af logisk nul.

• Va > Vb svarer til log. 1;
• Va< Vb соответствует лог. 0.

Det er let at beregne, at interferensniveauet og spændingsfaldet over ledningens aktive modstand kan nå 1,3 V (senderudgangsspænding 1,5 V minus modtagerens responstærskel 0,2 V). Denne margin sikrer drift af grænsefladen på lange kommunikationslinjer med betydelig aktiv modstand. Den maksimale længde af kommunikationslinjen (1200 m) bestemmes af denne parameter. Den faktiske spændingsforskel ved udgangen af ​​senderne kan nå 5 V.

Linjerne A og B er symmetriske i forhold til jord C. Interferens og interferens induceres i dem og ligner hinanden i form og størrelse. I differentialmodtagere trækkes spændingerne på linjerne fra, signalet isoleres, og interferensspændingen viser sig at være nul. Selvfølgelig er der under virkelige forhold altid en lille asymmetri af linjer og belastninger, hvilket fører til interferens i udgangssignalet, men det er væsentligt svækket.

På grund af symmetrien af ​​interfacesendere og -modtagere har brugen af ​​parsnoede kabler som kommunikationslinje en betydelig effekt i kampen mod elektromagnetisk interferens. Interferensstrømmene i tilstødende vindinger er rettet modsat hinanden og kompenseres gensidigt.

RS-485-standarden definerer følgende elektriske parametre for sendere og modtagere.

Parameter	Betingelser	Betyder		Enhed
		Min.	Maks.
Senderens udgangsspænding uden belastning	Rload = ∞	1,5 -1,5	6 -6	I
Senderens udgangsspænding under belastning	Rbelastning = 54 Ohm	1,5 -1,5	5 -5	I
Senderens udgangsimpedans			54	Ohm
Sender kortslutningsstrøm	Lukning af udgangen til strømforsyningen +12 V eller – 7 V	-	±250	mA
Common Mode spænding ved senderudgang	Rbelastning = 54 Ohm	-1	3	I
Modtager følsomhed	Common mode spænding -7 V til +12 V	-	±200	mV
Common Mode spænding ved modtagerindgang		-7	+12	I
Modtagerens indgangsimpedans		12	-	kOhm
Samlet indgangsimpedans		375	-	Ohm

Som regel kombineres enheder med RS-485-grænseflader til et netværk med en "Common bus" topologi. Abonnenter er forbundet parallelt til en to-leder kommunikationslinje med en ekstra fælles ledning.

Hver abonnent er forbundet til netværket gennem en differentialsender (D) og modtager (R). På én gang kan kun én netværkssender være aktiv (tændt). Alle andre sendere skal være i den tredje (høj modstands-) tilstand. Senderens tilstand styres af et separat signal (DE).

Den generelle sekvens af dataudveksling ser sådan ud. Masterenheden tænder for sin sender, transmitterer data, slukker derefter og modtager et svar. Alle andre enheder er i øjeblikket i en tilstand med deaktiverede sendere. Slaveenheden modtager dataene, tænder derefter sin sender og sender et svar til masterenheden.

Naturligvis er der øjeblikke, hvor alle sendere er slukket, "linjen hænger i luften." Hvis der ikke træffes særlige foranstaltninger, vil ledningens tilstand være usikker. Modtagerens udgange kan være af ethvert niveau.

Denne usikkerhed kan elimineres ved at forbinde modtagerens ikke-inverterende indgang til strømbussen gennem modstande og den inverterende indgang til jord.

Modstandenes modstand skal være sådan, at der skabes en bias mellem modtagernes indgange, som ikke er mindre end driftstærsklen (200 mV). Disse modstande skal tages i betragtning ved beregning af endemodstande - terminatorer.

Der er andre muligheder for at eliminere usikkerheden i netværkstilstanden, når alle sendere er slukket. Men de er alle på protokolniveau.

Du kan sende en servicekodesekvens i begyndelsen af ​​udvekslingen. Men dette komplicerer udvekslingen betydeligt og kræver overførsel af unødvendige data.

Hvis der altid er en aktiv enhed i netværket, så er der en mulighed - at slukke for senderen i det øjeblik, hvor den anden sender allerede er tændt, men begge er i logtilstanden. 1. Lad os sige, at masterenheden transmitterer data. Derefter skifter den udgangen af ​​sin sender til logtilstand. 1. Slaveenheden tænder for sin sender, også i logtilstand. 1. Derefter slukker Master-enheden for senderen, og slave-enheden begynder at transmittere data. Linjen forbliver aldrig afbrudt. En sådan algoritme kræver præcis synkronisering og udarbejdelse af tidsintervallerne for senderomskiftning.

Et andet problem er ekkoet. Alt, hvad enheden sender, modtages af dens egen modtager. Det skal vi tage højde for. Nogle systemer behandler ekkodata som en del af protokollen. I andre tilfælde er betjening af modtageren på transmissionstidspunktet forbudt. I mine Tiny_ModBusRTU_Master og Tiny_ModBusRTU_Slave biblioteker rydder masteren modtagebufferen efter hver dataoverførsel.

Koordinering af kommunikationslinjen.

Når data overføres over en betydelig afstand, kan der forekomme mærkbar signalforvrængning i kommunikationslinjen. Den elektromagnetiske bølge reflekteres fra enden af ​​kablet, vender tilbage til senderen, og der opstår resonansfænomener.

Årsagen er kablets fordelte kapacitive og induktive egenskaber. I praksis har kablet et ensartet design i hele sin længde, derfor de samme fordelte parametre. Derfor kan et kabels egenskab karakteriseres af en parameter - karakteristisk impedans. Så signalforvrængning i kablet kan reduceres betydeligt, hvis en modstand med en modstand svarende til kablets karakteristiske impedans tilsluttes i den modtagende ende. En sådan modstand kaldes en terminator. I RS-485 netværk er terminatorer placeret i begge ender af kablet, pga begge sider kan både modtage og sende.

Den karakteristiske impedans for snoede par er normalt 100 ... 150 Ohm. Til RS-485-netværk er der udviklet specielle kabler med en karakteristisk impedans på 120 Ohm. Det er denne terminatormodstand, der betragtes som standard. Ofte er 120 Ohm terminatorer allerede installeret i RS-485-enheder og kan deaktiveres med en kontakt.

I praksis anvendes terminatorer med en højere modstand end kablets karakteristiske impedans. Hvis kablets aktive modstand er høj og sammenlignelig med terminatorernes modstand, kan signalamplituden på den modtagende side reduceres betydeligt. I dette tilfælde er det nødvendigt at søge et kompromis mellem acceptable signalforvrængninger og dets amplitude. Ved lave transmissionshastigheder, 9600 baud og derunder, kan brugen af ​​lavimpedansterminatorer endda reducere modtagekvaliteten.

Netværkstopologien påvirker også signalforvrængning i kommunikationslinjen. Signalrefleksioner opstår fra enhver linjeinhomogenitet, herunder på grund af forgreninger. Derfor skal kommunikationslinjen fysisk omgå netværksenheder i serie uden lange forgreninger.

Undtagelser er netværk med lave datahastigheder og netværk, der bruger repeatere. Ved at bruge repeatere kan den samlede længde af RS-485 kommunikationslinjen også øges.

Galvanisk isolering.

RS-485-standarden sørger ikke for galvanisk isolering af grænsefladen fra kommunikationslinjen. Men hvis netværksenheder er placeret i stor afstand fra hinanden, kan potentialerne for deres jordledninger afvige med en betydelig spænding. I dette tilfælde vil differenssignaler ikke hjælpe, deres potentialer kan divergere mere end de tilladte -7 ... + 12 V. Dette vil føre til, at grænsefladen ikke fungerer og endda svigter.

I industrielle applikationer, trådløs datalinjer vil aldrig helt kunne erstatte kablet. Blandt sidstnævnte er den mest almindelige og pålidelige stadig seriel interface R.S. -485 . Og virksomheden forbliver til gengæld producenten af ​​de mest beskyttede mod ydre påvirkninger og forskellige i konfiguration og grad af integration af transceivere til detMaxim Integreret .

På trods af den voksende popularitet af trådløse netværk giver kablede netværk den mest pålidelige og stabile kommunikation, især under barske driftsforhold. Korrekt designede kablede netværk muliggør effektiv kommunikation i industri- og processtyringsapplikationer, mens de giver immunitet over for interferens, ESD og overspændingsspændinger. De karakteristiske træk ved RS-485-grænsefladen har ført til dens udbredte brug i industrien.

Sammenligning af RS-485 og RS-422 interfaces

RS-485-transceiveren er den mest almindelige fysiske laggrænseflade til implementering af serielle netværk til barske miljøer i industrielle applikationer og bygningsautomatiseringssystemer. Denne serielle grænsefladestandard giver højhastighedsdataudveksling over en relativt lang afstand over en enkelt differentiallinje (snoet par). Hovedproblemet med brugen af ​​RS-485 i industrien og i automatiserede bygningskontrolsystemer er, at elektriske transienter, der opstår under hurtig omskiftning af induktive belastninger, elektrostatiske udladninger, såvel som pulsoverspændinger, der påvirker netværk af automatiserede kontrolsystemer, kan forvrænge overførte data eller føre til fejl.

I øjeblikket er der flere typer dataoverførselsgrænseflader, som hver især er designet til specifikke applikationer under hensyntagen til det nødvendige sæt af parametre og protokolstruktur. Serielle kommunikationsgrænseflader inkluderer CAN, RS-232, RS-485/RS-422, I 2 C, I 2 S, LIN, SPI og SMBus, men RS-485 og RS-422 er stadig de mest pålidelige, især under barske driftsforhold .

RS-485- og RS-422-grænsefladerne ligner på mange måder, men de har nogle væsentlige forskelle, som skal tages i betragtning ved design af datatransmissionssystemer. I henhold til TIA/EIA-422-standarden er RS-422-grænsefladen specificeret til industrielle applikationer med én databus-masterenhed, hvortil der kan tilsluttes op til 10 slave-enheder (Figur 1). Det giver transmissionshastigheder på op til 10 Mbps ved hjælp af parsnoet kabel, som forbedrer støjimmunitet og opnår den højest mulige rækkevidde og dataoverførselshastighed. Typiske applikationer for RS-422 omfatter procesautomatisering (kemisk fremstilling, fødevareforarbejdning, papirfabrikker), kompleks fremstillingsautomatisering (bil- og metalindustrien), ventilations- og klimaanlæg, sikkerhedssystemer, motorstyring og kontrol af objektbevægelser.

RS-485 giver større fleksibilitet på grund af muligheden for at bruge flere master-enheder på en fælles bus, samt at øge det maksimale antal enheder på bussen fra 10 til 32. Ifølge TIA/EIA-485-standarden er RS- 485 interface har mere et bredt udvalg af common-mode spænding (-7...12 V i stedet for ±7V) og et lidt mindre område af differentialspænding (±1,5 V i stedet for ±2 V), hvilket sikrer et tilstrækkeligt niveau af modtagersignalet ved maksimal linjebelastning. Ved at bruge multidrop-databussens avancerede funktioner kan du oprette netværk af enheder, der er tilsluttet en enkelt RS-485 seriel port. På grund af sin høje støjimmunitet og multi-drop-forbindelse er RS-485 den bedste serielle grænseflade til brug i industrielle distribuerede systemer, der forbinder til en programmerbar logisk controller (PLC), grafikcontroller (HMI) eller andre dataopsamlingscontrollere. Da RS-485 er en udvidelse af RS-422, kan alle RS-422 enheder tilsluttes en bus styret af en RS-485 master. Typiske applikationer til RS-485 ligner dem, der er anført ovenfor for RS-422, med hyppigere brug af RS-485 på grund af dens avancerede egenskaber.

RS-485 er den mest populære industrielle grænseflade

TIA/EIA-485-standarden tillader brugen af ​​RS-485 i en afstand på op til 1200 m. Ved kortere afstande er dataoverførselshastighederne mere end 40 Mbit/s. Brug af et differentielt signal giver RS-485-interfacet længere rækkevidde, men dataoverførselshastigheden falder, når linjelængden øges. Dataoverførselshastigheden påvirkes også af tværsnitsarealet af linjeledningerne og antallet af enheder, der er tilsluttet det. Når det er nødvendigt at opnå både lang rækkevidde og høje dataoverførselshastigheder, anbefales det at bruge RS-485 transceivere med indbygget højfrekvensudligning, for eksempel MAX3291. RS-485-grænsefladen kan bruges i halv-dupleks-tilstand ved brug af et snoet par ledninger, eller i fuld-dupleks-tilstand med samtidig transmission og modtagelse af data, hvilket sikres ved at bruge to snoede par (fire ledninger). I en multidrop-konfiguration i halv-dupleks-tilstand er RS-485 i stand til at understøtte op til 32 sendere og op til 32 modtagere. Imidlertid har nyere generations transceiver IC'er højere indgangsimpedans, hvilket gør det muligt at reducere modtagerens linjebelastning med 1/4 til 1/8 af standardværdien. For eksempel ved brug af MAX13448E transceiveren kan antallet af modtagere, der er tilsluttet RS-485-bussen, øges til 256. Med det forbedrede Multidrop RS-485-interface kan du netværke flere enheder, der er tilsluttet en enkelt seriel port, som vist i figuren 2.

Modtagerens følsomhed er ±200 mV. For at genkende en bit data skal signalniveauerne ved modtagerens tilslutningspunkt derfor være større end +200 mV for nul og mindre end -200 mV for en (figur 3). I dette tilfælde vil modtageren undertrykke interferens, hvis niveau er i området ±200 mV. Differentiallinjen giver også effektiv common mode-afvisning. Modtagerens minimale indgangsimpedans er 12 kOhm, senderens udgangsspænding er i området ± 1,5...± 5 V.

Problemer forbundet med brug af en seriel grænseflade i et industrielt miljø

Udviklere af industrielle systemer står over for udfordringen med at sikre pålidelig drift i elektromagnetiske miljøer, der kan beskadige udstyr eller forstyrre digitale kommunikationssystemer. Et eksempel på sådanne systemer er den automatiske kontrol af teknologisk udstyr i en automatiseret industrivirksomhed. Regulatoren, der styrer processen, måler dens parametre, såvel som miljøparametre, og sender kommandoer til aktuatorer eller genererer alarmer. Industrielle controllere er som regel mikroprocessorenheder, hvis arkitektur er optimeret til at løse problemerne i en given industriel virksomhed. Punkt-til-punkt datalinjer i sådanne systemer er udsat for kraftig elektromagnetisk interferens fra omgivelserne.

DC-DC-konvertere, der bruges i industriel fremstilling, arbejder med høje indgangsspændinger og giver input-isolerede spændinger til at drive belastningen. For at forsyne distribuerede systemenheder, der ikke har deres egen netværksstrømkilde, bruges 24 eller 48 V DC spændinger. Terminalbelastningen drives af en spænding på 12 eller 5 V, opnået ved at konvertere indgangsspændingen. Systemer, der kommunikerer med fjernsensorer eller aktuatorer, kræver beskyttelse mod transienter, elektromagnetisk interferens og jordpotentialeforskelle.

Mange virksomheder, såsom Maxim Integrated, arbejder hårdt på at sikre, at integrerede kredsløb til industrielle applikationer er yderst pålidelige og modstandsdygtige over for barske elektromagnetiske miljøer. Maxims RS-485-transceivere har indbyggede højspændings-ESD- og overspændingsbeskyttelseskredsløb og er hot-swappable uden at miste data på linjen.

Beskyttelse af datatransmissionssystemer mod negative ydre påvirkninger

Forbedret ESD-beskyttelse

Elektrostatisk udladning (ESD) opstår, når to modsat ladede materialer kommer i kontakt, hvilket resulterer i overførsel af statiske ladninger og dannelsen af ​​en gnistutladning. ESD opstår ofte, når mennesker kommer i kontakt med omgivende genstande. Gnistudladninger, der opstår, når halvlederenheder håndteres skødesløst, kan væsentligt forringe deres egenskaber eller føre til fuldstændig ødelæggelse af halvlederstrukturen. ESD kan f.eks. opstå, når et kabel udskiftes eller blot berøres af en I/O-port og føre til, at porten deaktiveres på grund af fejl på en eller flere interfacechips (Figur 4).

Sådanne ulykker kan føre til betydelige tab, da de øger omkostningerne ved garantireparationer og af forbrugerne opfattes som en konsekvens af produktets lave kvalitet. I industriel fremstilling er ESD et alvorligt problem, der årligt kan forårsage tab af milliarder af dollars. Under reelle driftsforhold kan ESD føre til svigt af individuelle komponenter og nogle gange svigt af systemet som helhed. Eksterne dioder kan bruges til at beskytte datagrænseflader, men nogle grænseflade-IC'er indeholder indbyggede ESD-beskyttelseskomponenter og kræver ikke yderligere eksterne beskyttelseskredsløb. Figur 5 viser et forenklet funktionsdiagram af et typisk integreret ESD-beskyttelseskredsløb. Overspændingsstøj på signallinjen er begrænset af diodebeskyttelseskredsløbet ved VCC- og jordspændingsniveauer og beskytter dermed det interne kredsløb mod beskadigelse. Aktuelt fremstillede interface-IC'er og analoge switche med indbygget ESD-beskyttelse overholder generelt IEC 61000-4-2-standarden.

Maxim Integrated har investeret massivt i at udvikle IC'er med robust indbygget ESD-beskyttelse og er i øjeblikket førende inden for RS-232 til RS-485 transceivere. Disse enheder er designet til at modstå IEC 61000-4-2 og JEDEC JS-001 ESD-testimpulser påført direkte til I/O-portene. Maxims ESD-løsninger er pålidelige, overkommelige, kræver ingen ekstra eksterne komponenter og er billigere end de fleste konkurrenter. Alle grænsefladechips produceret af dette firma indeholder indbyggede elementer, der beskytter hver pin mod ESD, der opstår under produktion og drift. MAX3483AE /MAX3485AE-familien af ​​transceivere beskytter senderudgange og modtagerinput mod højspændingsimpulser op til ±20 kV i amplitude. Samtidig opretholdes den normale drift af produkterne, der er ingen grund til at slukke og tænde for strømmen igen. Derudover giver indbyggede ESD-beskyttelsesfunktioner lavenergidrift under tændt, slukket og standby-tilstand.

Overspændingsbeskyttelse

I industrielle applikationer er input og output fra RS-485-drivere modtagelige for fejl som følge af overspændinger. Parametrene for overspændingsoverspændinger adskiller sig fra ESD - mens varigheden af ​​ESD normalt er i området op til 100 ns, kan varigheden af ​​pulsoverspændinger være 200 μs eller mere. Årsager til overspænding omfatter ledningsfejl, dårlige forbindelser, beskadigede eller defekte kabler og dråber af loddemiddel, der kan danne en ledende forbindelse mellem strøm- og signalledninger på et printkort eller stik. Da industrielle strømsystemer bruger spændinger på mere end 24 V, vil udsættelse af standard RS-485 transceivere, der ikke har overspændingsbeskyttelse, få dem til at svigte inden for minutter eller endda sekunder. For at beskytte mod overspænding kræver konventionelle RS-485-grænseflademikrokredsløb dyre eksterne enheder lavet af diskrete komponenter. RS-485 transceivere med indbygget overspændingsbeskyttelse kan modstå common-mode støj på datalinjen op til ±40, ±60 og ±80 V. Maxim producerer en linje af RS-485/RS-422 transceivere MAX13442E ... MAX13444E, der er tolerante over for DC-indgangsspændinger og udgange op til ±80 V i forhold til jord. Sikkerhedselementer fungerer uanset chippens aktuelle tilstand - uanset om den er tændt, slukket eller i standbytilstand - hvilket gør disse transceivere til de mest pålidelige i branchen, ideelle til industrielle applikationer. Maxim-transceivere forbliver i drift under spændingsstigninger forårsaget af kortsluttede strøm- og signalledninger, ledningsfejl, forkerte stikforbindelser, defekte kabler og forkert drift.

Modtager modstand mod usikre linjeforhold

Et vigtigt kendetegn ved RS-485 interface mikrokredsløb er modtagernes immunitet over for udefinerede linjeforhold, som garanterer, at et højt logisk niveau indstilles på modtagerudgangen, når indgangene er åbne eller lukkede, samt når alle sendere er tilsluttet linjen gå i inaktiv tilstand (højimpedanstilstand for udgangene). Problemet med, at modtageren korrekt opfatter signaler fra en lukket datalinje, løses ved at flytte indgangssignaltærsklerne til negative spændinger på -50 og -200 mV. Hvis indgangsdifferensspændingen for modtageren V A - V B er større end eller lig med -50 mV, sættes udgangen R 0 til et højt niveau. Hvis VA – V B er mindre end eller lig med -200 mV, sættes output R 0 til et lavt niveau. Når alle sendere går i inaktiv tilstand, og der er en terminering i ledningen, er modtagerens differensindgangsspænding tæt på nul, hvilket resulterer i, at modtagerens udgang indstilles til et højt niveau. I dette tilfælde er støjimmunitetsmarginen ved indgangen 50 mV. I modsætning til tidligere generations transceivere svarer -50 og -200 mV tærsklerne til de ±200 mV værdier specificeret af EIA/TIA-485 standarden.

Hot-swappable

Litteratur

1. Ansøgningsnote 4491, "Skader fra et lyn eller en gnist - det afhænger af hvor høj du er!";
2. Ansøgningsnote 5260, "Designovervejelser for et barskt industrielt miljø";
3. Applikationsnote 639, "Maxim fører an inden for ESD-beskyttelse."

RS-485-grænsefladen involverer brugen af ​​en "bus"-type forbindelse mellem enheder, når alle enheder er forbundet via grænsefladen med et par ledninger (linje A og B). Kommunikationslinjen skal afsluttes i begge ender med end-of-line modstande

Den maksimalt mulige længde af en RS-485-linje bestemmes hovedsageligt af kablets karakteristika og det elektromagnetiske miljø på driftsstedet. Ved brug af et kabel med en kernediameter på 0,5 mm (tværsnit ca. 0,2 mm2) er den anbefalede længde af RS-485-linjen ikke mere end 1200 m med et tværsnit på 0,5 mm2. mm - ikke mere end 3000 m. Brug af kabel med et kernetværsnit på mindre end 0,2 kvm. mm uønsket. Det anbefales at bruge parsnoet kabel for at reducere ledningens modtagelighed for elektromagnetisk interferens og også reducere niveauet af udstrålet interferens. Når længden af ​​RS-485-linjen er mere end 100 m, er brugen af ​​snoet par obligatorisk.
For at forbinde enheder til RS-485-grænsefladen er det nødvendigt at forbinde kontakterne "A" og "B" på enhederne til henholdsvis linje A og B på grænsefladen.

Til matchning anvendes modstande med en modstand på 620 Ohm, som er installeret på den første og sidste enhed i linjen. De fleste enheder har en indbygget matchende modstand, som kan inkluderes i linjen ved at installere en jumper ("jumper") på enhedskortet. Da jumperne er installeret i leveringstilstand, skal de fjernes på alle enheder undtagen den første og sidste i RS-485-linjen. I S2000-PI-repeater-omformere tændes den matchende modstand for hver (isoleret og ikke-isoleret) RS-485-udgang af switches. S2000-K- og S2000-KS-enhederne har ikke en indbygget matchende modstand eller en jumper til tilslutningen. Hvis en enhed af denne type er den første eller sidste i RS-485-linjen, er det nødvendigt at installere en 620 Ohm modstand mellem terminalerne "A" og "B". Denne modstand er inkluderet med enheden. "S2000M" ("S2000") fjernbetjeningen kan installeres hvor som helst på RS-485-linjen. Hvis det er den første eller sidste enhed i linjen, er en 620 Ohm termineringsmodstand (inkluderet i leveringen) installeret mellem klemmerne "A" og "B".

For at øge længden af ​​kommunikationslinjen kan RS-485 interface repeatere bruges med automatisk skift af transmissionsretningen (se figur).

For eksempel giver konverter-repeateren af ​​interfaces med galvanisk isolation "S2000-PI" dig mulighed for at øge ledningslængden med maksimalt 1500 m, giver galvanisk isolation mellem linjesegmenter og slukker automatisk for kortsluttede segmenter af RS-485 interface. Hvert isoleret RS-485 linjesegment skal matches på begge sider - i begyndelsen og i slutningen. Du skal være opmærksom på inkluderingen af ​​matchende modstande i hvert segment af RS-485-linjen: de skal tændes af switches i S2000-PI repeaterne og ikke af jumpere i enheder, da switchene ikke kun forbinder den matchende modstand , men også udgangsspænding til RS 485 linjeoffset, hvilket er nødvendigt for at disse repeatere kan fungere korrekt.

OPMÆRKSOMHED! "0 V"-kredsløbene af isolerede linjesegmenter er ikke kombineret med hinanden. Desuden kan isolerede enheder ikke strømforsynes fra en fælles strømkilde for at undgå galvanisk kobling gennem fælles strømkredsløb.

Ved at bruge S2000-PI-repeatere kan du lave lange forgreninger fra hovedvejen RS-485 for at bygge en stjernetopologi. I dette tilfælde skal både segmentet, hvorfra grenen er lavet, og hver af grenene være konsistente, som vist i fig. 83. Der skal lægges særlig vægt på, at de matchende modstande på "S2000-PI" skal installeres med afbrydere.

Forgreninger på RS-485-linjen er uønskede, da de øger signalforvrængning i linjen, men er praktisk taget acceptable for korte grenlængder (ikke mere end 50 m). Afslutningsmodstande er ikke installeret på individuelle grene. Det anbefales at lave lange forgreninger ved hjælp af S2000-PI repeatere, som vist i fig.

I et distribueret system, hvor konsollen og enheder forbundet til den samme RS-485-linje får strøm fra forskellige strømkilder, er det nødvendigt at kombinere "0 V"-kredsløbene for alle enheder og konsollen for at udligne deres potentialer. Manglende overholdelse af dette krav kan resultere i ustabil kommunikation mellem fjernbetjeningen og enheder. Ved brug af et kabel med flere snoede par ledninger kan et frit par bruges til potentialudligningskredsløbet. Det er tilladt at bruge et skærmet parsnoet skjold til dette formål, forudsat at skjoldet ikke er jordet. Diagrammet for tilslutning af enheder og fjernbetjeningen til RS-485-linjen er vist i fig.
I faciliteter med alvorlige elektromagnetiske miljøer kan et skærmet parsnoet kabel bruges til RS-485-linjen. Det maksimale kommunikationsområde ved brug af et skærmet kabel kan være kortere på grund af det skærmede kabels højere kapacitans. Kabelafskærmningen skal kun jordes på ét punkt

Nogle gange bliver det nødvendigt at overføre informationsprotokollen for Orion-systemet over et Ethernet-lokalnetværk. En løsning på dette problem er brugen af ​​S2000-Ethernet-interfacekonvertere.

Ved brug af konverteren er to driftstilstande mulige:

• Gennemsigtig tilstand. Overfører data fra RS-232- eller RS-485-grænsefladen til Ethernet og tilbage. Designet til brug både som en del af Orion-systemet (Orion- og Orion Pro-protokollen) og som en del af andre systemer;
• Begivenhedslagringstilstand. Giver en stigning i udvekslingshastigheden mellem enheder i Orion-systemet og et fald i mængden af ​​information, der transmitteres over det lokale netværk. Tilstanden bruges kun i et system med Orion-udvekslingsprotokollen.

I tilfælde af brug af en punkt-til-multipunkt-topologi kan op til 8 S2000-Ethernets på klientsiden tilsluttes et S2000-Ethernet på interrogatorsiden.

Blokdiagram over brug af "S2000-Ethernet" med "S2000M"

For at forbinde eksterne enheder til netværkscontrolleren via en fiberoptisk linje, bruges to konvertere "RS-FX-MM" (til multimode fiberoptiske linjer) eller "RS-FX-SM40" (til single-mode fiberoptiske linjer) : en på siden af ​​netværkscontrolleren, den anden på siden af ​​netværkscontrolleren på siden af ​​eksterne instrumenter i Orion-systemet.

Bolid-virksomheden leverer konvertere af ISO Orion informationsgrænseflader til fiberoptiske kommunikationslinjer certificeret i henhold til ISO-standarder, som blandt andet kan bruges i alarmsystemer og brandautomatik. Den maksimale dataoverførselslængde for RS-FX-MM-konverteren er 2 km, for RS-FX-SM40-konverteren - 40 km. Diagrammet for tilslutning af enheder via RS-485-grænsefladen ved hjælp af fiberoptiske omformere er vist i fig.

I en række tilfælde bliver det nødvendigt at transmittere Orion-systemets informationsprotokol over en radiokanal. De vigtigste fordele ved dette netværk er:

• gnist-eksplosion sikkerhed;
• ingen grund til at lægge kabler.

For at løse dette problem kan du bruge radiomodemerne "S2000-RPI" (frekvens 2,4 GHz) og "Nevod-5" (433,92 MHz).

Radiokanalrepeateren af ​​grænseflader "S2000-RPI" (herefter benævnt RPI) giver dig mulighed for at forbinde forskelligt udstyr (med et RS-232/RS-485-interface) via en radiokanal og udsende data fra RS-232/RS- 485 interfaces i frekvensområdet fra 2405 til 2483,5 MHz. Designet til brug både som en del af Orion-systemet og som en del af andre systemer, der bruger pakkedatatransmission. Understøtter drift i radionetværk med punkt-til-punkt- og punkt-til-punkt-topologier og pakkerelæ. Den har to versioner: "S2000-RPI" - med en ekstern antenne og "S2000-RPI isp. 01" - uden ekstern antenne.

Længde af radiokanalen mellem to FIR'er inden for synsvidde:

ved en effekt på 10 mW:

• "S2000-RPI" - op til 200 m (med standardantenne);
• "S2000-RPI isp. 01" - op til 150 m;

ved en effekt på 100 mW:

• "S2000-RPI" - op til 600 m (med standardantenne);
• "S2000-RPI isp. 01" - op til 350 m.

To driftsformer for RPI er mulige:

• Standby-tilstand. Sender data fra RS-232- eller RS-485-grænsefladen til radiokanalen og tilbage;
• Relætilstand. Modtager og sender (relæer pakker) i en radiokanal med samtidig udlæsning af information til den valgte kablede grænseflade.

Funktioner af systemet, der bruger FIR:

• Radioudsendelsens tilstand, tilstedeværelsen af ​​teknologiske kilder til radiointerferens og muligheden for naturlig interferens bør tages i betragtning;
• For FIR med en intern antenne er det nødvendigt at vælge en placering med det højest mulige signalniveau.

I de følgende eksempler kan systemet fungere med eller uden pc.

Punkt-til-punkt forbindelse

Punkt-til-multipunkt forbindelse

I tilfælde af brug af en "punkt-til-punkt"-topologi kan op til 6 "S2000-RPI" på klientsiden forbindes til en "S2000-RPI" på serversiden.

Drift af RPI i pakkerelætilstand over en radiokanal

De data, der modtages af RPI nr. 1 via RS-485-grænsefladen, transmitteres over en radiokanal i en broadcast-pakke. Når en pakke modtages via RPI-radiokanal nr. 2...4, udsendes den via RS-485-grænsefladen til Orion-systemets enheder. FIR nr. 3 er i "Relæ"-tilstand og sender den modtagne pakke via en radiokanal til FIR nr. 4 og via RS-485-grænsefladen til Orion-systemets enheder.

Specialister fra Bolid-virksomheden testede Orion-systemet ved hjælp af Nevod-5-radiomodemmer fremstillet af Geolink Electronics (herefter benævnt Nevod-5), der opererer ved en frekvens på 433,92 ± 0,2 % MHz.

Punkt-til-multipunkt forbindelse

I tilfælde af brug af en punkt-til-multipunkt-topologi, er antallet af Nevod-5 på klientsiden kun begrænset af den nødvendige hastighed af systemet.

Vi gentager, at i de følgende eksempler kan systemet fungere både med og uden pc.

Drift i pakkerelætilstand over en radiokanal

Funktioner ved systemet, der bruger Nevod-5 radiomodem:

• Ved brug af standardantenner til en bølge med en frekvens på 433,92 MHz, må sendere ikke placeres tættere end 6 meter fra hinanden.
• Radioudsendelsens tilstand, tilstedeværelsen af ​​teknologiske kilder til radiointerferens og muligheden for naturlig interferens bør tages i betragtning

For sikkerhedssystemer og adgangskontrolsystemer er det muligt at konstruere kredsløb uden "S2000M" fjernbetjeningen, mens "S2000-Ethernet" udover at sende interfacet konverterer RS-232 interfacet til RS-485.
RS-FX-MM- og RS-FX-SM40-konverterene kan ikke bruges i denne tilstand.

Hvis der anvendes luftlægning til RS-485-grænsefladesegmenter, skal der anvendes "BZL"-linjebeskyttelsesenheder.

Til galvanisk isolering af grænsefladesegmenter anbefales det at bruge S2000-PI repeatere. I dette tilfælde skal strømforsyningen til enheder tilsluttet før og efter S2000-PI forsynes fra forskellige strømkilder. "0V"-busserne på disse enheder bør ikke kombineres. Den anbefalede ordning med eksemplet med et anlæg bestående af 3 bygninger er vist i figuren.

Beskrivelse

RS-485 (Recommended Standard 485 eller EIA/TIA -485-A) er en anbefalet standard for datatransmission over en to-tråds halv-dupleks multipunkt seriel symmetrisk kommunikationskanal. Fælles udvikling af foreninger: Electronic Industries Alliance (EIA) og Telecommunications Industry Association (TIA). Standarden beskriver kun de fysiske lag af signalering (dvs. kun lag 1 i OSI-sammenkoblingsmodellen for åbne systemer). Standarden beskriver ikke softwareudvekslingsmodellen og udvekslingsprotokollerne. RS-485 blev skabt for at udvide de fysiske muligheder for RS232-grænsefladen til transmission af binære data.

RS-485 udgivelser

Navn: Anbefalet standard 485
Elektriske egenskaber for generatorer og modtagere til brug i afbalancerede flerpunktssystemer
Elektriske egenskaber for generatorer og modtagere til brug i afbalancerede flerpunktssystemer.

Udvikler: Electronics Industries Association (EIA). Industriel Elektronikforening.
Standardudgivelser:
RS-485A (Anbefalet Standard 485 Edition: A) produktionsår 1983.
EIA 485-A produktionsår 1986.
TIA/EIA 485-A produktionsår 1998.
TIA/EIA 485-Aårgang 2003.

Internationale og nationale standarder baseret på RS-485 standarden

ISO/IEC 8482 (1993 aktiv)
Udgiver: ISO, IEC
Navn: Informationsteknologi - Telekommunikation og informationsudveksling mellem systemer - Twisted-pair flerpunktsforbindelser.
Gamle udgaver:
ISO 8284 (1987 ikke aktiv)

ITU-T v.11 (1996 aktiv)
Udgiver: INTERNATIONAL TELECOMMUNICATION UNION
Navn: Elektriske egenskaber for balancerede dobbeltstrømsudvekslingskredsløb ved datasignaleringshastigheder på op til 10 Mbit/s.
Gamle udgaver:
ITU-T v.11 (1993 ikke aktiv)
CCITT v.11 (1988 ikke aktiv)

ANSI/TIA-485-A (1998 aktiv)
Udgiver: American National Standards Institute, ANSI
Navn: Elektriske egenskaber for generatorer og modtagere til brug i afbalancerede digitale flerpunktssystemer.

Egenskaber for RS-485 standardgrænsefladen

Tovejs halv-dupleks datatransmission. Den serielle datastrøm transmitteres samtidigt i kun én retning; transmission af data i den anden retning kræver, at transceiveren skiftes. Transceivere kaldes normalt "drivere"; de er en enhed eller et elektrisk kredsløb, der genererer et fysisk signal på sendersiden.

Symmetrisk kommunikationskanal. To ens signalledninger bruges til at modtage/transmittere data. Ledninger er betegnet med de latinske bogstaver "A" og "B". Disse to ledninger udfører sekventiel dataudveksling i begge retninger (skiftevis). Når du bruger parsnoet, øger en symmetrisk kanal signalets modstand mod common-mode interferens markant og undertrykker godt elektromagnetisk stråling, der skabes af det nyttige signal.

Differential (balanceret metode til datatransmission). Med denne metode til datatransmission ændres potentialforskellen ved udgangen af ​​transceiveren; når der sendes "1", er potentialforskellen mellem AB positiv; når der sendes "0", er potentialforskellen mellem AB negativ. Det vil sige, at strømmen mellem kontakterne A og B, når der sendes "0" og "1", flyder (balancerer) i modsatte retninger.

Multipoint. Tillader flere tilslutninger af modtagere og transceivere til en kommunikationslinje. I dette tilfælde er det kun tilladt at tilslutte én sender til linjen på et givet tidspunkt, og mange modtagere; de ​​resterende sendere skal vente på, at kommunikationslinjen bliver fri til datatransmission.

Senderudgang med lav impedans. Senderbufferforstærkeren har en lavimpedansudgang, som gør det muligt at sende signalet til mange modtagere. Standard senderens belastningskapacitet er 32 modtagere pr. sender. Derudover bruges strømsignalet til at betjene det snoede par (jo højere driftsstrømmen af ​​det snoede par er, jo mere undertrykker det common mode-støj på kommunikationslinjen).

Dødszone. Hvis differenssignalniveauet mellem AB-kontakterne ikke overstiger ±200 mV, anses det for, at der ikke er noget signal i ledningen. Dette øger støjimmuniteten ved datatransmission.

RS-485 specifikationer

Tilladt antal transceivere (drivere) 32

Maksimal linklængde 1200 m (4000 fod)

Maksimal overførselshastighed 10 Mbit/s

Minimum driverudgang ±1,5 V

Maksimal driverudgang ±5 V

Driver maksimal kortslutningsstrøm 250 mA

Driver udgangsimpedans 54 ohm

Driver indgangsimpedans 12 kOhm

Tilladt total indgangsimpedans 375 Ohm

Signalufølsomhedsområde ±200 mV

Logisk enhedsniveau (Uab) >+200 mV

Logisk nulniveau (Uab) ←200 mV

Indgangsimpedansen for nogle modtagere kan være mere end 12 kOhm (enhedsbelastning). For eksempel 48 kOhm (1/4 af en enhedsbelastning) eller 96 kOhm (1/8), som giver dig mulighed for at øge antallet af modtagere til 128 eller 256. Med forskellige indgangsimpedanser på modtagerne er det nødvendigt, at den samlede indgangsimpedans er ikke mindre end 375 ohm.

Beskrivelse af RS-485 drift

Da RS-485-standarden kun beskriver det fysiske niveau af dataudvekslingsproceduren, er alle problemer med udveksling, synkronisering og bekræftelse tildelt en højere udvekslingsprotokol. Som vi allerede har sagt, er dette oftest RS-232-standarden eller andre højere protokoller (ModBus, DCON osv.).

RS-485 selv udfører kun følgende handlinger:

Konverterer en indgående sekvens af "1s" og "0s" til et differentielt signal.

Sender et differentielt signal til en balanceret forbindelse.

Tilslutter eller frakobler førersenderen baseret på et højere protokolsignal.

Modtager et differentielt signal fra kommunikationslinjen.

Hvis du tilslutter et oscilloskop til A-B (RS-485) og GND-TDx (RS-232) kontakterne, så vil du ikke se forskel på formen af ​​de signaler, der transmitteres i kommunikationslinjerne. Faktisk gentager RS-485-signalformen fuldstændig RS-232-signalformen, med undtagelse af inversion (i RS-232 transmitteres en logisk enhed med en spænding på -12 V og i RS-485 +5 V) .

Fig. 1 Form af RS-232 og RS-485 signaler ved transmission af to tegn "0" og "0".

Som det kan ses af fig. 1, sker en simpel konvertering af signalniveauer ved spænding.

Selvom formen af ​​signalerne er den samme for ovennævnte standarder, er metoden til deres dannelse og signalernes kraft forskellige.

Fig.2 Dannelse af RS-485 og RS-232 signaler

Konverteringen af ​​signalniveauer og en ny metode til deres dannelse gjorde det muligt at løse en række problemer, der på én gang ikke blev taget i betragtning ved oprettelsen af ​​RS-232-standarden.

Fordele ved det fysiske RS-485-signal frem for RS-232-signalet

Der bruges en unipolær +5V strømforsyning, som bruges til at drive de fleste elektroniske enheder og mikrokredsløb. Dette forenkler designet og gør det nemmere at koordinere enheder.

Signaleffekten af ​​RS-485-senderen er 10 gange større end RS-232-senderens signaleffekt. Dette giver dig mulighed for at tilslutte op til 32 modtagere til én RS-485-sender og dermed udsende data.

Brugen af ​​symmetriske signaler, som har galvanisk isolation med nul potentiale af forsyningsnettet. Som et resultat forhindres interferens i at trænge ind i den neutrale strømledning (som i RS-232). I betragtning af transmitterens evne til at fungere på en lavimpedansbelastning, bliver det muligt at bruge effekten af ​​at undertrykke common-mode interferens ved hjælp af egenskaberne for et "snoet par". Dette øger kommunikationsområdet markant. Derudover bliver det muligt at "hot" forbinde enheden til kommunikationslinjen (selvom dette ikke er fastsat i RS-485-standarden). Bemærk, at i RS-232 fører "varm" tilslutning af en enhed normalt til fejl i computerens COM-port.

Beskrivelse af dataudveksling i henhold til RS-485 standarden

Hver RS-485 transceiver (driver) kan være i en af ​​to tilstande: at sende data eller modtage data. RS-485-driveren skifter ved hjælp af et specielt signal. For eksempel viser fig. 3 dataudveksling ved hjælp af AC3-konverteren fra Aries. Konvertertilstanden skiftes af RTS-signalet. Hvis RTS=1 (True) transmitterer AC3 de data, der kommer til den fra COM-porten til RS-485-netværket. I dette tilfælde skal alle andre drivere være i modtagetilstand (RTS=0). Grundlæggende er RS-485 en tovejs buffer multiplekset forstærker til RS-232-signaler.

Fig.3 Eksempel på brug af Aries AC3-konverteren.

Situationen, hvor mere end én RS-485-driver arbejder i sendertilstand på samme tid, fører til datatab. Denne situation kaldes en "kollision". For at forhindre kollisioner i dataudvekslingskanaler er det nødvendigt at bruge højere protokoller (OSI). Såsom MODBUS, DCON, DH485 osv. Eller programmer, der direkte arbejder med RS-232 og løser kollisionsproblemer. Disse protokoller kaldes normalt 485-protokoller. Selvom hardwaregrundlaget for alle disse protokoller faktisk er RS-232. Det giver hardwarebehandling af hele informationsstrømmen. Softwarebehandling af datastrømmen og løsning af problemer med kollisioner udføres af overordnede protokoller (Modbus, etc.) og software.

Grundlæggende principper for implementering af protokoller på øverste niveau (MODBUS-type)

Lad os tage et hurtigt kig på disse protokoller, selvom de ikke er relateret til RS-485-standarden. Typisk inkluderer en protokol på topniveau pakke-, ramme- eller rammekommunikation. Det vil sige, at information transmitteres i logisk fuldstændige dele. Hver ramme skal mærkes, dvs. dens begyndelse og slutning er angivet med specielle symboler. Hver ramme indeholder enhedens adresse, kommando, data, kontrolsum, som er nødvendige for at organisere flerpunktsudveksling. For at undgå kollisioner anvendes normalt et master-slave-skema. "Masteren" har ret til selvstændigt at skifte sin RS-485-driver til sendetilstand; de resterende RS-485-drivere fungerer i modtagetilstand og kaldes "slaver". For at "slaven" kan begynde at sende data til kommunikationslinjen, sender "masteren" den en speciel kommando, som giver enheden med den angivne adresse ret til at skifte sin driver til transmissionstilstand i en vis tid.

Efter at have transmitteret aktiveringskommandoen til slaven, slukker masteren sin sender og venter på slavens svar i en periode kaldet timeout. Hvis der ikke modtages noget svar fra "slaven" under timeout, så tager "masteren" igen kommunikationslinjen. "Vært"-rollen spilles normalt af et program, der er installeret på computeren. Der er også mere kompleks organisering af pakkeprotokoller, som giver dig mulighed for cyklisk at overføre rollen som "master" fra enhed til enhed. Normalt kaldes sådanne enheder "ledere", eller de siges at transmittere en "markør". Besiddelse af et "token" gør enheden til "master", men den bliver nødt til at overføre den til en anden enhed på netværket i henhold til en bestemt algoritme. Dybest set adskiller ovenstående protokoller sig i disse algoritmer.

Som vi kan se, har topprotokollerne en pakkeorganisation og udføres på softwareniveau; de gør det muligt at løse problemet med data "kollisioner" og multipoint organisering af dataudveksling.

Implementering af RS-485 transceivere (drivere)

Mange virksomheder fremstiller RS485 transceivere. De kaldes normalt RS232 - RS485 konvertere eller RS232-RS485 konvertere. For at implementere disse enheder produceres specielle mikrokredsløb. Disse mikrokredsløbs rolle er reduceret til at konvertere RS232C-signalniveauer til RS485-signalniveauer (TTL/CMOS) og omvendt, samt at sikre halv-dupleks drift.

Afhængigt af metoden til at skifte til transmissionstilstand skelnes enheder:

Omskiftelig ved hjælp af et separat signal. For at skifte til transmissionstilstand skal du indstille det aktive signal på en separat indgang. Normalt er dette RST-signalet (COM-port). Disse transceivere ses nu sjældent. Men ikke desto mindre er de nogle gange ikke udskiftelige. Lad os sige, at du skal lytte til dataudveksling mellem controllere af industrielt udstyr. Samtidig bør din transceiver ikke skifte til sendetilstand, for ikke at skabe en kollision i dette netværk. Brugen af ​​en automatisk skiftende transceiver er ikke tilladt her. Et eksempel på en sådan konverter er Aries AC3.

Med automatisk skift og uden kontrol af linjestatus. De mest almindelige omformere, der skifter automatisk, når der vises et informationssignal ved deres indgang. De kontrollerer dog ikke belægningen af ​​kommunikationslinjen. Disse omformere kræver omhyggelig brug på grund af den høje sandsynlighed for kollisioner. Et eksempel på en Aries AS3M-konverter.

Med automatisk skift og kontrol af linjestatus. De mest avancerede konvertere, der kun kan overføre data til netværket, hvis netværket ikke er optaget af andre transceivere, og der er et informationssignal ved indgangen.

Hardwareimplementering af RS485 ved hjælp af eksemplet med RS232-RS485 AC3 Aries-konverteren

Fig.4 Skematisk diagram af AC3 Vædderen.

Figur 4 viser et skematisk diagram af AC3 Aries-konverteren. Denne konverter har et separat signal for at aktivere dataoverførselstilstand. Udgangssignalet fra COM-porten RST bruges som styresignal. Hvis RST=1 (+12V), transmitterer konverteren data fra TD (COM-port) til RS485-netværket, hvis RST=0 (-12V), modtages data fra RS-485-netværket til RD-indgangen (COM-porten) ). Omformeren fungerer fra en industriel AC-netspænding på 220 volt. Omformerens strømforsyning er lavet i henhold til et pulskredsløb baseret på TOP232N (DA1) mikrokredsløbet. Strømforsyningen producerer to uafhængige +5V spændinger. Til at modtage og konvertere polære RS232-signaler (±12 V) til unipolære TTL/CMOS-niveausignaler (+5 V), bruges MAX232N (DD1)-chippen. Dette mikrokredsløb er interessant ved, at det drives af en unipolær spænding på +5 V og har indbyggede spændingskilder, der er nødvendige for at arbejde med polære signaler på ±12 V. For korrekt drift af de indbyggede spændingskilder, eksterne kondensatorer C14, C15, C17, C18 er forbundet til MAX232N-chippen. Derudover har mikrokredsløbet to signalniveauomformere RS-232C til TTL/CMOS i begge retninger.

Formål med signaler:
RST - for at skifte konverteren til sende-/modtagetilstand
TD - dataoverførsel fra RS232 til RS485
RD - datamodtagelse i RS232 fra RS485

Dernæst føres RS232-signalerne konverteret til TTL/CMOS-niveauet til 6N137 optokoblere, som giver galvanisk isolering af RS232- og RS485-signalerne. Til at transmittere/modtage data på RS485-interfacesiden bruges DS75176-chippen (RS485 multipoint transceiver). Dette mikrokredsløb forsynes fra en separat kilde med en spænding på +5 V. Mikrokredsløbet er en TTL/COMOS niveau signalforstærker med skiftende transmissionsretning. Udgangene på DS75176 er forbundet til ben A og B gennem 100 ohm modstande, som giver en A-B kortslutningsstrøm på 250 mA. Signalstyrken for RS485 er cirka 10 gange større end RS232-signaler. Denne chip forstærker signalet til den nødvendige effekt og giver halv-dupleks drift.

RS-485 netværkstopologi

RS-485 netværket er bygget ved hjælp af en seriel bus (bus) ordning, dvs. enheder i netværket er forbundet i serie med symmetriske kabler. Enderne af kommunikationslinjerne skal belastes med matchende modstande - "terminatorer", hvis værdi skal være lig med kommunikationskablets karakteristiske impedans.

Terminatorer udfører følgende funktioner:

Reducer signalrefleksion fra enden af ​​kommunikationslinjen.

Giver tilstrækkelig strøm gennem hele kommunikationslinjen til at undertrykke common-mode interferens ved hjælp af et parsnoet kabel.

Hvis afstanden til et netværkssegment overstiger 1200 m, eller antallet af drivere i et segment er mere end 32, skal du bruge en repeater til at oprette det næste netværkssegment. I dette tilfælde skal hvert netværkssegment tilsluttes terminatorer. I dette tilfælde anses et netværkssegment for at være kablet mellem slutenheden og repeateren eller mellem to repeatere.

RS-485-standarden specificerer ikke, hvilken type afbalanceret kabel der skal bruges, men der anvendes de facto parsnoede kabel med en karakteristisk impedans på 120 ohm.

Fig.6 Belden 3106A industrikabel til RS485 netværk

Det anbefales at bruge Belden3106A industrikabel til lægning af RS485-netværk. Dette kabel har en karakteristisk impedans på 120 Ohm og en dobbelt parsnoet skærm. Belden3106A-kablet indeholder 4 ledninger. Den orange og hvide ledning er symmetrisk skærmede parsnoede ledninger. Den blå ledning af kablet bruges til at forbinde nulpotentialet for strømforsyningerne til enheder i netværket og kaldes "Fælles". En ledning uden isolering bruges til at jorde kabelfletningen og kaldes "dræn". I et netværkssegment er afløbsledningen jordet gennem en modstand på enhedens chassis, i den ene ende af segmentet, for at forhindre, at der strømmer løsstrømme gennem kabelfletningen med forskellige jordpotentialer på fjerne punkter.

Typisk er terminatormodstand og beskyttende jording placeret inde i enheden. De skal tilsluttes korrekt ved hjælp af jumpere eller kontakter. Du bør finde en beskrivelse af disse forbindelser i den tekniske dokumentation fra enhedsproducenten.

Fig.7 Forbindelsesdiagram 1747-AIC (Allen Bradley)

Figur 7 viser kabelforbindelserne med mellemliggende enheder i netværkssegmentet. For den første enhed på DH-485 netværkssegmentet skal du installere jumper 5-6 (dette forbinder 120 ohm terminatoren placeret inde i 1747-AIC) og jumper 1-2 (forbinder afløbsledningen til enhedens chassis gennem intern modstand ). For den sidste enhed i netværkssegmentet behøver du kun at installere jumper 5-6 (tilslut en terminator)

Ved brug af andre symmetriske kabler, især når deres karakteristiske impedans ikke er kendt, vælges størrelsen af ​​terminatorerne eksperimentelt. For at gøre dette skal du installere oscilloskopet i midten af ​​netværkssegmentet. Ved at overvåge formen af ​​de rektangulære impulser, der transmitteres af en af ​​driverne, kan vi konkludere, at det er nødvendigt at justere værdien af ​​terminatormodstanden.

Software til at arbejde i RS-485 netværk

RS-485-grænsefladen er blevet den vigtigste fysiske grænseflade til industrielle datanetværk. Protokoller som ModBus, ProfiBus DP, DCON, DH-485 fungerer på det fysiske RS-485-niveau.

Industrielle dataoverførselsprotokoller klassificeres ofte af producenter. Oplysninger om en bestemt kommunikationsprotokol skal indsamles bit for bit.

En specialist, der arbejder med industrielle netværk, har brug for et program til at læse al information, der transmitteres i informationsnetværk. Industrielle protokollers kernehemmeligheder kan kun opdages gennem en omfattende analyse af de transmitterede og modtagne data. ComRead v.2.0 programmet er designet til at gemme og vise data og servicesignaler transmitteret i informationsnetværk, der fungerer i henhold til standarderne RS-232, RS-485, Bell-202 osv. Programmet gemmer ikke kun al information, men også skaber en tidsbase for data og servicesignaler. ComRead v.2.0-programmet scanner informationskanalen uden at påvirke dens funktion, det vil sige, at det fungerer i den måde, hvorpå man lytter til det fysiske medium for informationstransmission. Derudover kan programmet fungere som en data- og servicesignaloversætter. Samtidig bliver det en direkte del afn. Du kan læse mere om programmet her

Broadcast kapacitet.

Multipoint forbindelse.

Ulemper ved RS485

Højt energiforbrug.

Ingen servicesignaler.

Mulighed for kollisioner.