RS-485-standarden ble først vedtatt av Electronics Industry Association. I dag undersøker han de elektriske egenskapene til ulike mottakere og sendere som brukes i balanserte digitale systemer.

Hva er denne standarden?

RS-485 er navnet på et velkjent grensesnitt som brukes aktivt i alle slags industrielle kontrollsystemer med det formål å koble visse kontrollere og mange andre enheter til hverandre. Hovedforskjellen mellom dette grensesnittet og RS-232 er at det innebærer å kombinere flere typer utstyr samtidig. Ved bruk av RS-485 er høyhastighets datautveksling mellom flere enheter garantert ved å bruke en enkelt to-tråds kommunikasjonslinje i halv-dupleks-modus. Det er involvert i moderne industri i etableringen av prosesskontrollsystemer.

Rekkevidde og hastighet

Ved å bruke den presenterte standarden er det mulig å oppnå kringkasting av informasjon med hastigheter på opptil 10 Mbit/s. Det er verdt å merke seg at maksimalt mulig rekkevidde direkte avhenger av dataoverføringshastigheten. Det er verdt å merke seg at for å sikre maksimal hastighet, kan informasjon ikke overføres lenger enn 120 meter. Samtidig, med en hastighet på 100 kbit/s, overføres data over mer enn 1200 meter.

Antall tilkoblede enheter

Antall enheter som RS-485-grensesnittet kan integrere direkte, avhenger av hvilke transceivere som er involvert i dem. Hver sender gir spesifikk kontroll over 32 standardmottakere. Du bør imidlertid være oppmerksom på at det finnes mottakere med inngangsimpedans som avviker med 50 %, 25 % eller mindre fra standarden. Hvis du bruker dette utstyret, øker det totale antallet enheter tilsvarende.

Koblinger og protokoller

RS-485-kabelen er ikke i stand til å normalisere noe spesifikt informasjonsrammeformat eller utvekslingsprotokoll. Som regel brukes lignende rammer som brukes av RS-232 til kringkasting. Med andre ord, databiter, stopp- og startbiter, og en paritetsbit om nødvendig. Når det gjelder driften av kommunikasjonsprotokoller, utføres den i de fleste moderne systemer i henhold til "master-slave"-prinsippet. Dette betyr at en bestemt enhet på nettverket fungerer som en leder og initierer utveksling av sendeforespørsler mellom slaveenheter som er forskjellige i logiske adresser. Den mest kjente protokollen for øyeblikket er Modbus RTU. Det skal bemerkes at RS-485-kabelen ikke har en bestemt type kontakter eller ledninger. Det er med andre ord terminalkontakter, DB9 og andre.

Forbindelse

Ved å bruke det presenterte grensesnittet finner man ofte et lokalt nettverk som samtidig kombinerer flere typer sender/mottakere. Når du kobler til RS-485, er det nødvendig å koble signalkretsene riktig sammen. Som regel kalles de A og B. Dermed er polaritetsreversering ikke en stor sak, det fører bare til at de tilkoblede enhetene slutter å fungere.

Når du bruker RS-485-grensesnittet, er det nødvendig å ta hensyn til visse funksjoner ved driften. Derfor er anbefalingene som følger:

1. Det optimale mediet for signaloverføring er en tvunnet parkabel.
2. Endene av ledningen må plugges med spesialiserte terminalmotstander.
3. Et nettverk som bruker standard eller USB RS-485 må legges uten forgreninger i henhold til busstopologien.
4. Enheter må kobles til kabelen med kabler med kortest mulig lengde.

Koordinasjon

Ved å bruke terminalmotstander sikrer standard eller USB RS-485 at den åpne enden av ledningen er fullt tilpasset nedstrømslinjen. I dette tilfellet er muligheten for signalrefleksjon helt utelukket. Den nominelle motstanden til motstander knyttet til den karakteristiske impedansen til kabler og ledninger basert på vridd par er vanligvis omtrent 100-120 ohm. For eksempel har den for tiden kjente UTP-5-kabelen, som ofte brukes i prosessen med å legge Ethernet, en karakteristisk impedans på 100 Ohm.

Som for andre kabelalternativer, kan en annen klassifisering brukes. Motstander kan loddes til kontaktene til kabelkontakter i endeenheter, om nødvendig. Sjelden er motstander montert i selve utstyret, noe som resulterer i behovet for å installere jumpere for å koble til motstanden. I dette tilfellet, når enheten er tilkoblet, er linjen feil. For å sikre normal funksjon av resten av systemet, må du koble til en matchende plugg.

Signalnivåer

RS-485-porten bruker et balansert dataoverføringsskjema. Spenningsnivåene på signalkretsene A og B skifter med andre ord ut av fase. Sensoren gir et signalnivå på 1,5 V, med hensyn til maksimal belastning. I tillegg leveres ikke mer enn 6 V når enheten går på tomgang. Spenningsnivået måles differensielt. På mottakerens plassering må minimumsnivået på det mottatte signalet være minst 200 mV.

Partiskhet

Når det ikke observeres noe signal på signalkretsene, påføres en liten forspenning. Den beskytter mottakeren i tilfelle falsk alarm. Eksperter anbefaler å utføre en offset litt større enn 200 mV, fordi denne verdien anses å tilsvare inngangssignalets upålitelighetssone i henhold til standarden. I en slik situasjon nærmer krets A seg den positive polen til kilden, og krets B trekkes mot fellesen.

Eksempel

Basert på nødvendig forspenning og spenning til strømforsyningen, beregnes motstandsverdiene. For eksempel, hvis du ønsker å få en offset på 250 mV ved bruk av terminalmotstander, er RT = 120 ohm. Det er verdt å merke seg at kilden har en spenning på 12 V. Tatt i betraktning at i dette tilfellet er to motstander koblet parallelt med hverandre og ikke tar hensyn til belastningen på mottakersiden, når forspenningsstrømmen 0,0042 . Samtidig er den totale motstanden til forspenningskretsen 2857 ohm. Rcm vil være ca 1400 Ohm. Derfor må du velge nærmeste valør. Et eksempel vil være en 1,5 kOhm motstand. Det er nødvendig for forskyvning. I tillegg brukes en ekstern 12 volt motstand.

Det er også nødvendig å merke seg at i systemet er det en isolert utgang fra kontrollerens strømforsyning, som representerer hovedlenken i sitt eget kretssegment. Riktignok er det andre alternativer for å utføre skjevhet, der en RS-485-omformer og andre elementer er involvert, men det bør fortsatt tas i betraktning at noden som gir skjevheten noen ganger vil slå seg av eller til slutt bli fullstendig fjernet fra nettverket. Når offset eksisterer, anses det fulle åpen kretspotensialet til krets A som positivt i forhold til krets B. Dette fungerer som en veiledning ved tilkobling av nytt utstyr til kabelen uten bruk av ledningsmerker.

Feil kabling og forvrengning

Implementering av anbefalingene angitt ovenfor gjør det mulig å oppnå korrekt overføring av elektriske signaler til forskjellige punkter i nettverket når RS-485-protokollen brukes som grunnlag. Hvis minst ett av kravene ikke er oppfylt, oppstår signalforvrengning. De mest merkbare forvrengningene vises når informasjonskursen er over 1 Mbit/s. Det er sant, selv ved lavere hastigheter anbefales det ikke å neglisjere disse tipsene. Denne regelen gjelder også under normal nettverksdrift.

Hvordan programmere?

Når du programmerer ulike applikasjoner som fungerer med enheter som brukes av RS-485-splitteren og andre enheter med det presenterte grensesnittet, bør flere viktige punkter tas i betraktning.

Før levering av pakken begynner, er det nødvendig å aktivere senderen. Det er verdt å merke seg at ifølge noen kilder kan levering utføres umiddelbart etter aktivering. Til tross for dette anbefaler noen eksperter først å pause i en tid som tilsvarer sendehastigheten til ett bilde. I dette tilfellet kan et korrekt mottaksprogram ha tid til å identifisere feil i den forbigående prosessen, som er i stand til å utføre normaliseringsprosedyren og forberede neste datamottak.

Når siste byte med data er utstedt, må du også ta en pause før du kobler fra RS-485-enheten. Dette skyldes på en eller annen måte at den serielle portkontrolleren ofte inneholder to registre samtidig. Den første er en parallell inngang, den er designet for å motta informasjon. Den andre regnes som en skiftutgang, den brukes for sekvensiell utgang.

Når kontrolleren overfører data, genereres eventuelle avbrudd når inngangsregisteret er tomt. Dette skjer når opplysninger allerede er gitt til skiftregisteret, men ennå ikke er utstedt. Dette er også grunnen til at det etter å ha stoppet sendingen er nødvendig å ta en viss pause før du slår av senderen. Den skal være omtrent 0,5 bit lengre enn rammen. Når du utfører mer nøyaktige beregninger, anbefales det å studere mer detaljert den tekniske dokumentasjonen til den serielle portkontrolleren som brukes.

Det er mulig at sender, mottaker og RS-485-omformer er koblet til en felles linje. På denne måten vil også egen mottaker begynne å oppfatte overføringen utført av egen sender. Det hender ofte at i systemer som er preget av tilfeldig tilgang til linjen, brukes denne funksjonen til å kontrollere at det ikke er kollisjon mellom to sendere.

Bussformatkonfigurasjon

Det presenterte grensesnittet har muligheten til å kombinere enheter ved hjelp av "buss"-formatet, når alt utstyr er koblet til med ett par ledninger. Dette betyr at kommunikasjonslinjen må matches av endemotstander i begge ender. For å sikre dette er det nødvendig å installere motstander med en motstand på 620 ohm. De er alltid montert på den første og siste enheten som er koblet til linjen.

Som regel har moderne enheter en innebygd matchende motstand. Hvis behovet oppstår, kan den kobles til linjen ved å installere en spesiell jumper på enhetskortet. Det er verdt å merke seg at forsendelsestilstanden til jumperne først er installert, så du må fjerne dem fra alle enheter unntatt den første og siste. Det skal også bemerkes at i omformer-repeatere av S2000-PI-modellen, for en separat utgang, aktiveres den matchende motstanden ved hjelp av en bryter. Når det gjelder S2000-KS- og S2000-K-enhetene, som er preget av en innebygd matchende motstand, er det ingen jumper nødvendig for å koble den til. For å sikre en lang kommunikasjonslinje, anbefales det å bruke spesialiserte repeatere-releer, som er forhåndsutstyrt med helautomatisk veksling av overføringsretningen.

Stjernekonfigurasjon

Alle grener i RS-485-linjen anses som uønskede, da de forårsaker overdreven signalforvrengning. Selv om det fra et praktisk synspunkt er mulig å tillate dette når det er kort grenlengde. I dette tilfellet er det ikke nødvendig å installere matchende motstander på individuelle grener.

I et RS-485-system der styringen leveres ved hjelp av en fjernkontroll, når motstander og enheter er koblet til samme linje, men får strøm fra forskjellige kilder, er det nødvendig å kombinere 0 V-kretsene til alle enhetene og fjernkontrollen i for å oppnå utjevning av deres potensialer. Når dette kravet ikke er oppfylt, kan fjernkontrollen ha ustabil kommunikasjon med enheter. Ved bruk av en ledning med flere tvunnede par, kan et helt fritt par brukes til potensialutjevningskretsen, om nødvendig. I tillegg er det mulig å bruke skjermet tvunnet par dersom det ikke er skjermjording.

Hva bør du vurdere?

I de fleste tilfeller anses strømmen som går gjennom potensialutjevningsledningen for å være ganske liten. Hvis 0 V av enhetene eller selve strømforsyningen er koblet til flere lokale jordbusser, kan potensialforskjellen mellom forskjellige 0 V-kretser nå flere enheter. Noen ganger er denne verdien rundt titalls volt, og strømmen som flyter gjennom potensialutjevningskretsen er ganske betydelig. Ofte er dette grunnen til at det er en ustabil forbindelse mellom fjernkontrollen og enhetene. Som et resultat kan de til og med mislykkes.

Dermed er det nødvendig å utelukke muligheten for å jorde 0 V-kretsen eller å jorde denne kretsen på et bestemt punkt. I tillegg bør det tas hensyn til muligheten for sammenkobling mellom 0 V og den beskyttende jordkretsen, som finnes i utstyret som brukes i alarmsystemet. Det er verdt å merke seg at i anlegg der det elektromagnetiske miljøet er relativt tøft, er det mulig å koble til dette nettverket ved å bruke en skjermet tvunnet parkabel. Det gjenstår å understreke at i denne situasjonen kan det være en kortere maksimal rekkevidde fordi ledningskapasitansen anses som høyere.

RS-485-grensesnittet er sannsynligvis det vanligste grensesnittet for organisering av små industrielle automasjonsnettverk.

Dette forenkles av dets høye tekniske egenskaper og enkle implementering. RS-485-grensesnittet lar deg opprette nettverk ved hjelp av enkel maskinvare:

• busstopologi;
• med tvunnet parkabel som dataoverføringsmedium;
• Lengden på kommunikasjonslinjen kan nå 1200 m;
• dataoverføringshastighet på opptil 10 Mbit/s.

For å kontrollere distribuerte systemer basert på RS-485 kan mange standardprotokoller brukes, inkludert ModBus. Grensesnittet lar deg lage nettverk med spesialiserte protokoller. For å implementere RS-485 i maskinvare, er det nok å legge til bare en lavintegrert mikrokrets til mikrokontrolleren.

RS-485 er beskrevet i ANSI TIA/EIA–485–A:1998. Standarden spesifiserer kun elektriske parametere og tidsparametere. Den fastsetter ikke:

• utvekslingsprotokoll;
• typer kabler og kontakter;
• galvanisk isolasjon av nettverksabonnenter.

Grunnleggende parametere for RS-485-standarden.

Dataoverføringsmetode RS-485.

RS-485 grensesnittstandarden definerer følgende signaler:

• A – ikke-inverterende;
• B - invertering;
• C – felles linje (valgfritt signal).

Noen ganger brukes alternative signalbetegnelser:

• Data+ / Data-;
• D+ / D-;
• + / -.

Grensesnittet bruker en differensiell dataoverføringsmetode. Informasjon overføres ved hjelp av to motfasesignaler A og B, og tilstanden til RS-485-bussen bestemmes av potensialforskjellen mellom linjene A og B i forhold til felleslinjen C. Spenningen til hver linje i forhold til jord kan være hvilken som helst, men innenfor området -7 ... +12 V.

RS-485 krever differensialmottakere og -sendere.

Senderne genererer 2 motfasesignaler med en spenningsforskjell på minst 1,5 V (i henhold til standarden).

For å motta data brukes differensialmottakere som fremhever spenningsforskjellen mellom linjene A og B. Hvis forskjellen er mer enn 200 mV, men opp til +12 V, anses linjetilstanden som lik logisk. Når spenningsforskjellen er mindre enn – 200 mV, men ikke lavere enn – 7 V, er linjen i en tilstand av logisk null.

• Va > Vb tilsvarer logg. 1;
• Va< Vb соответствует лог. 0.

Det er lett å beregne at interferensnivået og spenningsfallet over den aktive motstanden til ledningen kan nå 1,3 V (senderens utgangsspenning 1,5 V minus mottakerens responsterskel 0,2 V). Denne marginen sikrer drift av grensesnittet på lange kommunikasjonslinjer med betydelig aktiv motstand. Maksimal lengde på kommunikasjonslinjen (1200 m) bestemmes av denne parameteren. Den faktiske spenningsforskjellen ved utgangen til senderne kan nå 5 V.

Linjene A og B er symmetriske i forhold til jord C. Interferens og interferens induseres i dem og er like i form og størrelse. I differensialmottakere trekkes spenningene på linjene, signalet er isolert, og interferensspenningen viser seg å være null. Selvfølgelig, under reelle forhold er det alltid en liten asymmetri av linjer og belastninger, noe som fører til interferens i utgangssignalet, men det er betydelig svekket.

På grunn av symmetrien til grensesnittsendere og -mottakere, har bruken av tvunnet par kabler som kommunikasjonslinje en betydelig effekt i kampen mot elektromagnetisk interferens. Interferensstrømmene i tilstøtende svinger er rettet motsatt av hverandre og er gjensidig kompensert.

RS-485-standarden definerer følgende elektriske parametere for sendere og mottakere.

Parameter	Forhold	Betydning		Enhet
		Min.	Maks.
Senderens utgangsspenning uten belastning	Rlast = ∞	1,5 -1,5	6 -6	I
Senderens utgangsspenning under belastning	Rlast = 54 Ohm	1,5 -1,5	5 -5	I
Senderens utgangsimpedans			54	Ohm
Sender kortslutningsstrøm	Lukke utgangen til strømforsyningen +12 V eller – 7 V	-	±250	mA
Common Mode-spenning ved senderutgang	Rlast = 54 Ohm	-1	3	I
Mottakers følsomhet	Fellesmodusspenning -7 V til +12 V	-	±200	mV
Common Mode-spenning ved mottakerinngang		-7	+12	I
Mottakerinngangsimpedans		12	-	kOhm
Total inngangsimpedans		375	-	Ohm

Som regel kombineres enheter med RS-485-grensesnitt til et nettverk med en "Common bus" -topologi. Abonnenter kobles parallelt til en to-leder kommunikasjonslinje med en ekstra felles ledning.

Hver abonnent er koblet til nettverket gjennom en differensialsender (D) og mottaker (R). På en gang kan bare én nettverkssender være aktiv (slått på). Alle andre sendere må være i den tredje tilstanden (høy motstand). Sendertilstanden styres av et separat signal (DE).

Den generelle sekvensen for datautveksling ser slik ut. Masterenheten slår på senderen, sender data, slår seg deretter av og mottar et svar. Alle andre enheter for øyeblikket er i en tilstand med deaktiverte sendere. Slaveenheten mottar dataene, slår deretter på senderen og sender et svar til masterenheten.

Naturligvis er det øyeblikk når alle sendere er slått av, "linjen henger i luften." Dersom det ikke gjøres spesielle tiltak, vil tilstanden til ledningen være usikker. Mottakerutgangene kan være av hvilket som helst nivå.

Denne usikkerheten kan elimineres ved å koble den ikke-inverterende inngangen til mottakeren til strømbussen gjennom motstander, og den inverterende inngangen til jord.

Motstanden til motstandene må være slik at den skaper en skjevhet mellom inngangene til mottakerne som ikke er mindre enn driftsterskelen (200 mV). Disse motstandene må tas i betraktning ved beregning av endemotstandene - terminatorer.

Det finnes andre alternativer for å eliminere usikkerheten til nettverkstilstanden når alle sendere er slått av. Men de er alle på protokollnivå.

Du kan overføre en tjenestekodesekvens ved begynnelsen av utvekslingen. Men dette kompliserer utvekslingen betydelig og krever overføring av unødvendige data.

Hvis det alltid er en aktiv enhet i nettverket, er det et alternativ - slå av senderen i det øyeblikket den andre senderen allerede er slått på, men begge er i loggtilstanden. 1. La oss si at masterenheten overfører data. Deretter bytter den utgangen på senderen til loggtilstanden. 1. Slaveenheten slår på senderen sin, også i loggtilstand. 1. Deretter slår masterenheten av senderen, og slaveenheten begynner å overføre data. Linjen forblir aldri frakoblet. En slik algoritme krever presis synkronisering og utarbeidelse av tidsintervallene for senderbytte.

Et annet problem er ekkoet. Alt som enheten sender mottas av dens egen mottaker. Dette må vi ta hensyn til. Noen systemer behandler ekkodata som en del av protokollen. I andre er bruken av mottakeren på overføringstidspunktet forbudt. I mine Tiny_ModBusRTU_Master- og Tiny_ModBusRTU_Slave-biblioteker tømmer masteren mottaksbufferen etter hver dataoverføring.

Koordinering av kommunikasjonslinjen.

Ved overføring av data over en betydelig avstand kan det oppstå merkbar signalforvrengning i kommunikasjonslinjen. Den elektromagnetiske bølgen reflekteres fra enden av kabelen, går tilbake til senderen, og det oppstår resonansfenomener.

Årsaken er de fordelte kapasitive og induktive egenskapene til kabelen. I praksis har kabelen en ensartet design over hele lengden, derfor de samme fordelte parameterne. Derfor kan egenskapen til en kabel karakteriseres av en parameter - karakteristisk impedans. Så signalforvrengning i kabelen kan reduseres betydelig hvis en motstand med en motstand lik den karakteristiske impedansen til kabelen kobles til i mottakerenden. En slik motstand kalles en terminator. I RS-485-nettverk er terminatorer plassert i begge ender av kabelen, fordi begge sider kan både motta og sende.

Den karakteristiske impedansen til vridd par er vanligvis 100 ... 150 ohm. For RS-485-nettverk er det utviklet spesielle kabler med en karakteristisk impedans på 120 Ohm. Det er denne terminatormotstanden som regnes som standard. Ofte er 120 Ohm-terminatorer allerede installert i RS-485-enheter og kan deaktiveres med en bryter.

I praksis brukes terminatorer med høyere motstand enn kabelens karakteristiske impedans. Hvis den aktive motstanden til kabelen er høy og sammenlignbar med motstanden til terminatorene, kan signalamplituden reduseres betydelig på mottakersiden. I dette tilfellet er det nødvendig å søke et kompromiss mellom akseptable signalforvrengninger og dets amplitude. Ved lave overføringshastigheter, 9600 baud og lavere, kan bruk av lavimpedansterminatorer til og med redusere mottakskvaliteten.

Nettverkstopologien påvirker også signalforvrengning i kommunikasjonslinjen. Signalrefleksjoner oppstår fra enhver linjeinhomogenitet, inkludert på grunn av forgreninger. Derfor må kommunikasjonslinjen fysisk omgå nettverksenheter i serie, uten lange forgreninger.

Unntak er nettverk med lave datahastigheter og nettverk som bruker repeatere. Ved å bruke repeatere kan også den totale lengden på RS-485-kommunikasjonslinjen økes.

Galvanisk isolasjon.

RS-485-standarden sørger ikke for galvanisk isolasjon av grensesnittet fra kommunikasjonslinjen. Men hvis nettverksenheter er plassert i stor avstand fra hverandre, kan potensialene til jordledningene deres avvike med en betydelig spenning. I dette tilfellet vil ikke differensialsignaler hjelpe, potensialene deres kan avvike mer enn de tillatte -7 ... + 12 V. Dette vil føre til at grensesnittet ikke fungerer og til og med svikter.

I industrielle applikasjoner, trådløs datalinjer vil aldri kunne erstattes helt kablet. Blant sistnevnte er den vanligste og mest pålitelige fortsatt seriell grensesnitt R.S. -485 . Og selskapet forblir på sin side produsenten av de mest beskyttede mot ytre påvirkninger og forskjellige i konfigurasjon og integreringsgrad av transceivere for detMaxim Integrert .

Til tross for den økende populariteten til trådløse nettverk, gir kablede nettverk den mest pålitelige og stabile kommunikasjonen, spesielt under tøffe driftsforhold. Riktig utformede kablede nettverk muliggjør effektiv kommunikasjon i industrielle og prosesskontrollapplikasjoner samtidig som de gir immunitet mot interferens, ESD og overspenningsspenninger. De særegne egenskapene til RS-485-grensesnittet har ført til utbredt bruk i industrien.

Sammenligning av RS-485- og RS-422-grensesnitt

RS-485-transceiveren er det vanligste fysiske laggrensesnittet for implementering av serielle nettverk for tøffe miljøer i industrielle applikasjoner og bygningsautomasjonssystemer. Denne serielle grensesnittstandarden gir høyhastighets datautveksling over en relativt lang avstand over en enkelt differensiallinje (twisted pair). Hovedproblemet med bruk av RS-485 i industrien og i automatiserte bygningskontrollsystemer er at elektriske transienter som oppstår under rask veksling av induktive laster, elektrostatiske utladninger, samt pulsoverspenninger, som påvirker nettverk av automatiserte kontrollsystemer, kan forvrenge overførte data eller føre til feil.

For tiden er det flere typer dataoverføringsgrensesnitt, som hver er designet for spesifikke applikasjoner, tar hensyn til det nødvendige settet med parametere og protokollstruktur. Serielle kommunikasjonsgrensesnitt 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 fortsatt de mest pålitelige, spesielt under tøffe driftsforhold .

RS-485- og RS-422-grensesnittene er like på mange måter, men de har noen betydelige forskjeller som må tas i betraktning når man designer dataoverføringssystemer. I henhold til TIA/EIA-422-standarden er RS-422-grensesnittet spesifisert for industrielle applikasjoner med én databussmasterenhet som opptil 10 slaveenheter kan kobles til (Figur 1). Den gir overføringshastigheter på opptil 10 Mbps ved bruk av tvunnet parkabel, som forbedrer støyimmunitet og oppnår høyest mulig rekkevidde og dataoverføringshastighet. Typiske bruksområder for RS-422 inkluderer prosessautomatisering (kjemisk produksjon, matvareforedling, papirfabrikker), kompleks produksjonsautomatisering (bil- og metallbearbeidingsindustri), ventilasjons- og luftkondisjoneringssystemer, sikkerhetssystemer, motorkontroll og objektbevegelseskontroll.

RS-485 gir større fleksibilitet på grunn av muligheten til å bruke flere masterenheter på en felles buss, samt øke det maksimale antallet enheter på bussen fra 10 til 32. I henhold til TIA/EIA-485-standarden er RS- 485-grensesnittet har mer et bredt spekter av fellesmodusspenning (-7...12 V i stedet for ±7V) og et litt mindre differensialspenningsområde (±1,5 V i stedet for ±2 V), som sikrer et tilstrekkelig nivå på mottakersignalet ved maksimal linjebelastning. Ved å bruke de avanserte egenskapene til multidrop-databussen kan du opprette nettverk av enheter koblet til en enkelt RS-485 seriell port. På grunn av sin høye støyimmunitet og multi-drop-tilkobling, er RS-485 det beste serielle grensesnittet for bruk i industrielle distribuerte systemer som kobles til en programmerbar logisk kontroller (PLC), grafikkkontroller (HMI) eller andre datainnsamlingskontrollere. Siden RS-485 er en utvidelse av RS-422, kan alle RS-422-enheter kobles til en buss styrt av en RS-485-master. Typiske applikasjoner for RS-485 ligner de som er oppført ovenfor for RS-422, med hyppigere bruk av RS-485 på grunn av dens avanserte funksjoner.

RS-485 er det mest populære industrielle grensesnittet

TIA/EIA-485-standarden tillater bruk av RS-485 i en avstand på opptil 1200 m. På kortere avstander er dataoverføringshastighetene mer enn 40 Mbit/s. Bruk av et differensialsignal gir RS-485-grensesnittet lengre rekkevidde, men dataoverføringshastigheten avtar etter hvert som linjelengden øker. Dataoverføringshastigheten påvirkes også av tverrsnittsarealet til linjeledningene og antall enheter koblet til den. Når det er nødvendig å oppnå både lang rekkevidde og høye dataoverføringshastigheter, anbefales det å bruke RS-485 transceivere med innebygd høyfrekvensutjevning, for eksempel MAX3291. RS-485-grensesnittet kan brukes i halv-dupleks-modus ved bruk av ett tvunnet par ledninger, eller i full-dupleks-modus med samtidig overføring og mottak av data, noe som sikres ved å bruke to tvunnede par (fire ledninger). I en multidrop-konfigurasjon i halv-dupleks-modus er RS-485 i stand til å støtte opptil 32 sendere og opptil 32 mottakere. Imidlertid har nyere generasjons transceiver-ICer høyere inngangsimpedans, noe som gjør at mottakerlinjebelastningen kan reduseres med 1/4 til 1/8 av standardverdien. For eksempel, ved å bruke MAX13448E transceiver, kan antallet mottakere koblet til RS-485-bussen økes til 256. Med Enhanced Multidrop RS-485-grensesnittet kan du koble flere enheter til en enkelt seriell port, som vist i figuren. 2.

Mottakerens følsomhet er ±200 mV. Derfor, for å gjenkjenne én bit med data, må signalnivåene ved mottakertilkoblingspunktet være større enn +200 mV for null og mindre enn -200 mV for én (Figur 3). I dette tilfellet vil mottakeren undertrykke interferens, hvis nivå er i området ±200 mV. Differensiallinjen gir også effektiv fellesmodusavvisning. Minste inngangsimpedans til mottakeren er 12 kOhm, utgangsspenningen til senderen er i området ± 1,5...± 5 V.

Problemer knyttet til bruk av et serielt grensesnitt i et industrielt miljø

Utviklere av industrielle systemer står overfor utfordringen med å sikre pålitelig drift i elektromagnetiske miljøer som kan skade utstyr eller forstyrre digitale kommunikasjonssystemer. Et eksempel på slike systemer er automatisk kontroll av teknologisk utstyr i en automatisert industribedrift. Kontrolleren som kontrollerer prosessen måler parameterne, samt miljøparametere, og sender kommandoer til aktuatorer eller genererer alarmer. Industrielle kontrollere er som regel mikroprosessorenheter hvis arkitektur er optimalisert for å løse problemene til en gitt industribedrift. Punkt-til-punkt datalinjer i slike systemer er utsatt for sterk elektromagnetisk interferens fra omgivelsene.

DC-DC-omformere som brukes i industriell produksjon opererer med høye inngangsspenninger og gir inngangsisolerte spenninger for å drive lasten. For å drive distribuerte systemenheter som ikke har egen nettverksstrømkilde, brukes 24 eller 48 V likespenninger. Terminalbelastningen drives av en spenning på 12 eller 5 V, oppnådd ved å konvertere inngangsspenningen. Systemer som kommuniserer med eksterne sensorer eller aktuatorer krever beskyttelse mot transienter, elektromagnetisk interferens og jordpotensialforskjeller.

Mange selskaper, som Maxim Integrated, jobber hardt for å sikre at integrerte kretser for industrielle applikasjoner er svært pålitelige og motstandsdyktige mot tøffe elektromagnetiske miljøer. Maxims RS-485-sendere/mottakere har innebygde høyspennings-ESD- og og er hot-swappable uten å miste data på linjen.

Beskyttelse av dataoverføringssystemer mot ugunstig ytre påvirkning

Forbedret ESD-beskyttelse

Elektrostatisk utladning (ESD) oppstår når to motsatt ladede materialer kommer i kontakt, noe som resulterer i overføring av statiske ladninger og dannelse av en gnilutladning. ESD oppstår ofte når mennesker kommer i kontakt med omkringliggende gjenstander. Gnistutladninger som oppstår når halvlederenheter håndteres uforsiktig kan forringe egenskapene deres betydelig eller føre til fullstendig ødeleggelse av halvlederstrukturen. ESD kan oppstå, for eksempel når du bytter ut en kabel eller bare berører en I/O-port og føre til at porten blir deaktivert på grunn av feil på en eller flere grensesnittbrikker (Figur 4).

Slike ulykker kan føre til betydelige tap, da de øker kostnadene ved garantireparasjoner og oppfattes av forbrukerne som en konsekvens av den lave kvaliteten på produktet. I industriell produksjon er ESD et alvorlig problem som kan forårsake milliarder av dollar i tap årlig. Under reelle driftsforhold kan ESD føre til svikt i individuelle komponenter og noen ganger svikt i systemet som helhet. Eksterne dioder kan brukes til å beskytte datagrensesnitt, men noen grensesnitt-ICer inneholder innebygde ESD-beskyttelseskomponenter og krever ikke ekstra eksterne beskyttelseskretser. Figur 5 viser et forenklet funksjonsdiagram av en typisk integrert ESD-beskyttelseskrets. Overspenningsstøy på signallinjen begrenses av diodebeskyttelseskretsen ved VCC- og jordspenningsnivåer og beskytter dermed de interne kretsene mot skade. For tiden produserte grensesnitt-ICer og analoge brytere med innebygd ESD-beskyttelse er generelt i samsvar med IEC 61000-4-2-standarden.

Maxim Integrated har investert tungt i å utvikle IC-er med robust innebygd ESD-beskyttelse og er for tiden ledende innen RS-232 til RS-485 transceivere. Disse enhetene er designet for å tåle IEC 61000-4-2 og JEDEC JS-001 ESD-testpulser som påføres direkte til I/O-portene. Maxims ESD-løsninger er pålitelige, rimelige, krever ingen ekstra eksterne komponenter og er rimeligere enn de fleste konkurrentene. Alle grensesnittbrikker produsert av dette selskapet inneholder innebygde elementer som beskytter hver pinne mot ESD som oppstår under produksjon og drift. MAX3483AE /MAX3485AE-familien av transceivere beskytter senderutganger og mottakerinnganger fra høyspentpulser opp til ±20 kV i amplitude. Samtidig opprettholdes den normale driften av produktene; det er ikke nødvendig å slå av og slå på strømmen igjen. I tillegg gir innebygde ESD-beskyttelsesfunksjoner lavstrømdrift under på-, av- og standby-modus.

Overspenningsvern

I industrielle applikasjoner er inngangene og utgangene til RS-485-drivere utsatt for feil som skyldes overspenninger. Parametrene for overspenninger avviker fra ESD - mens varigheten av ESD vanligvis er i området opptil 100 ns, kan varigheten av pulsoverspenninger være 200 μs eller mer. Årsaker til overspenninger inkluderer ledningsfeil, dårlige tilkoblinger, skadede eller defekte kabler og dråper av loddemetall som kan danne en ledende forbindelse mellom strøm- og signallinjer på et trykt kretskort eller kontakt. Siden industrielle kraftsystemer bruker spenninger større enn 24 V, vil utsettelse av standard RS-485-sendere/mottakere som ikke har overspenningsvern for slike spenninger føre til at de svikter i løpet av minutter eller til og med sekunder. For å beskytte mot overspenninger krever konvensjonelle RS-485-grensesnittmikrokretser dyre eksterne enheter laget av diskrete komponenter. RS-485 transceivere med innebygd overspenningsbeskyttelse tåler common-mode støy på datalinjen opp til ±40, ±60 og ±80 V. Maxim produserer en linje med RS-485/RS-422 transceivere MAX13442E ... MAX13444E som er tolerante for DC-inngangsspenninger og utganger opp til ±80 V i forhold til jord. Sikkerhetselementer fungerer uavhengig av den nåværende tilstanden til brikken - enten den er på, av eller i standby-modus - noe som gjør disse transceiverne til de mest pålitelige i bransjen, ideelle for industrielle applikasjoner. Maxim-sendere forblir operative under spenningsstøt forårsaket av kortsluttede strøm- og signallinjer, kablingsfeil, feil koblingsforbindelser, defekte kabler og feil drift.

Mottaker motstand mot usikre linjeforhold

En viktig egenskap ved RS-485-grensesnittmikrokretser er mottakernes immunitet mot udefinerte linjeforhold, som garanterer at et høyt logisk nivå settes på mottakerutgangen når inngangene er åpne eller lukkede, samt når alle sendere koblet til linjen gå inn i inaktiv modus (høyimpedanstilstand for utgangene). Problemet med at mottakeren korrekt oppfatter signaler fra en lukket datalinje løses ved å skifte inngangssignalterskler til negative spenninger på -50 og -200 mV. Hvis inngangsdifferensialspenningen til mottakeren V A - V B er større enn eller lik -50 mV, settes utgangen R 0 til et høyt nivå. Hvis VA – V B er mindre enn eller lik -200 mV, settes utgangen R 0 til et lavt nivå. Når alle sendere går inn i en inaktiv tilstand og det er en terminering i linjen, er differensialinngangsspenningen til mottakeren nær null, som et resultat av at mottakerens utgang settes til et høyt nivå. I dette tilfellet er støyimmunitetsmarginen ved inngangen 50 mV. I motsetning til forrige generasjons transceivere, tilsvarer -50 og -200 mV-terskelverdiene ±200 mV-verdiene spesifisert av EIA/TIA-485-standarden.

Hot-swapbar

Litteratur

1. Søknadsnotat 4491, "Skader fra et lyn eller en gnist – det avhenger av hvor høy du er!";
2. Søknadsnotat 5260, "Designhensyn for et tøft industrielt miljø";
3. Søknadsnotat 639, "Maxim leder vei innen ESD-beskyttelse."

RS-485-grensesnittet innebærer bruk av en "buss"-type forbindelse mellom enheter, når alle enheter er koblet til via grensesnittet med ett par ledninger (linje A og B). Kommunikasjonslinjen må termineres i begge ender med end-of-line motstander

Maksimal mulig lengde på en RS-485-linje bestemmes hovedsakelig av egenskapene til kabelen og det elektromagnetiske miljøet på driftsstedet. Ved bruk av en kabel med en kjernediameter på 0,5 mm (tverrsnitt ca. 0,2 mm2) er den anbefalte lengden på RS-485-linjen ikke mer enn 1200 m, med et tverrsnitt på 0,5 mm2. mm - ikke mer enn 3000 m. Bruk av kabel med et kjernetverrsnitt på mindre enn 0,2 kvm. mm uønsket. Det anbefales å bruke tvunnet parkabel for å redusere linjens mottakelighet for elektromagnetisk interferens og også redusere nivået av utstrålt interferens. Når lengden på RS-485-linjen er mer enn 100 m, er bruk av tvunnet par obligatorisk.
For å koble enheter til RS-485-grensesnittet, er det nødvendig å koble kontaktene "A" og "B" på enhetene til linjene A og B på grensesnittet, henholdsvis.

For matching brukes motstander med en motstand på 620 Ohm, som er installert på den første og siste enheten i linjen. De fleste enheter har en innebygd matchende motstand, som kan inkluderes i linjen ved å installere en jumper (“jumper”) på enhetskortet. Siden jumperne er installert i leveringstilstand, må de fjernes på alle enheter unntatt den første og siste i RS-485-linjen. I S2000-PI-repeater-omformere slås den matchende motstanden for hver (isolert og ikke-isolert) RS-485-utgang på av brytere. S2000-K- og S2000-KS-enhetene har ikke en innebygd matchende motstand eller en jumper for tilkoblingen. Hvis en enhet av denne typen er den første eller siste i RS-485-linjen, er det nødvendig å installere en 620 Ohm motstand mellom terminalene "A" og "B". Denne motstanden følger med enheten. “S2000M” (“S2000”) fjernkontrollen kan installeres hvor som helst på RS-485-linjen. Hvis det er den første eller siste enheten i linjen, er en 620 Ohm termineringsmotstand (inkludert i leveransen) installert mellom terminalene "A" og "B".

For å øke lengden på kommunikasjonslinjen kan RS-485 grensesnittrepeatere brukes med automatisk veksling av overføringsretningen (se figur).

For eksempel lar omformer-repeateren av grensesnitt med galvanisk isolasjon "S2000-PI" deg øke linjelengden med maksimalt 1500 m, gir galvanisk isolasjon mellom linjesegmenter og slår automatisk av kortsluttede segmenter av RS-485 grensesnitt. Hvert isolert RS-485 linjesegment må matches på begge sider - i begynnelsen og på slutten. Du bør være oppmerksom på inkluderingen av matchende motstander i hvert segment av RS-485-linjen: de skal slås på av brytere i S2000-PI-repeatere, og ikke av jumpere i enheter, siden bryterne ikke bare kobler den matchende motstanden. , men også utgangsspenning til RS 485 linjeoffset, som er nødvendig for at disse repeaterne skal fungere korrekt.

MERK FØLGENDE! "0 V"-kretsene til isolerte linjesegmenter er ikke kombinert med hverandre. Dessuten kan isolerte enheter ikke drives fra en felles strømkilde for å unngå galvanisk kobling gjennom vanlige strømkretser.

Ved å bruke S2000-PI-repeatere kan du lage lange grener fra hovedveien RS-485 for å bygge en stjernetopologi. I dette tilfellet må både segmentet som grenen er laget av og hver av grenene være konsistente, som vist i fig. 83. Spesiell oppmerksomhet bør rettes mot det faktum at de matchende motstandene på "S2000-PI" må installeres med brytere.

Grener på RS-485-linjen er uønsket, siden de øker signalforvrengningen i linjen, men er praktisk talt akseptable for korte grenlengder (ikke mer enn 50 m). Avslutningsmotstander er ikke installert på individuelle grener. Det anbefales å lage lange grener med S2000-PI repeatere, som vist i fig.

I et distribuert system, der konsollen og enhetene koblet til samme RS-485-linje får strøm fra forskjellige strømkilder, er det nødvendig å kombinere "0 V"-kretsene til alle enhetene og konsollen for å utjevne potensialene deres. Unnlatelse av å overholde dette kravet kan føre til ustabil kommunikasjon mellom fjernkontrollen og enhetene. Ved bruk av en kabel med flere tvunnne ledningspar kan et fritt par brukes til potensialutjevningskretsen. Det er tillatt å bruke en skjermet tvunnet skjerm for dette formålet, forutsatt at skjermen ikke er jordet. Diagrammet for tilkobling av enheter og fjernkontrollen til RS-485-linjen er vist i fig.
I anlegg med alvorlige elektromagnetiske miljøer kan en skjermet tvunnet par-kabel brukes for RS-485-linjen. Maksimal kommunikasjonsrekkevidde ved bruk av en skjermet kabel kan være kortere på grunn av den høyere kapasitansen til den skjermede kabelen. Kabelskjermen trenger bare å jordes på ett punkt

Noen ganger blir det nødvendig å overføre informasjonsprotokollen til Orion-systemet over et Ethernet-lokalnettverk. En løsning på dette problemet er bruken av S2000-Ethernet-grensesnittomformere.

Når du bruker omformeren, er to driftsmoduser mulig:

• Gjennomsiktig modus. Overfører data fra RS-232- eller RS-485-grensesnittet til Ethernet og tilbake. Designet for bruk både som en del av Orion-systemet (Orion- og Orion Pro-protokollen) og som en del av andre systemer;
• Hendelseslagringsmodus. Gir en økning i hastigheten på utveksling mellom enheter i Orion-systemet og en reduksjon i mengden informasjon som overføres over det lokale nettverket. Modusen brukes kun i et system med Orion-utvekslingsprotokollen.

Ved bruk av punkt-til-multipunkt-topologi kan opptil 8 S2000-Ethernets på klientsiden kobles til ett S2000-Ethernet på interrogatorsiden.

Blokkdiagram for bruk av "S2000-Ethernet" med "S2000M"

For å koble eksterne enheter til nettverkskontrolleren via en fiberoptisk linje, brukes to omformere "RS-FX-MM" (for multimodus fiberoptiske linjer) eller "RS-FX-SM40" (for enkeltmodus fiberoptiske linjer) : en på siden av nettverkskontrolleren, den andre på siden av nettverkskontrolleren, på siden av eksterne instrumenter til Orion-systemet.

Bolid-selskapet leverer omformere av ISO Orion informasjonsgrensesnitt til fiberoptiske kommunikasjonslinjer sertifisert i henhold til ISO-standarder, som blant annet kan brukes i alarmsystemer og brannautomatikk. Maksimal dataoverføringslengde for RS-FX-MM-omformeren er 2 km, for RS-FX-SM40-omformeren - 40 km. Diagrammet for tilkobling av enheter via RS-485-grensesnittet ved bruk av fiberoptiske omformere er vist i fig.

I en rekke tilfeller blir det nødvendig å overføre informasjonsprotokollen til Orion-systemet over en radiokanal. De viktigste fordelene med dette nettverket er:

• gnisteksplosjonssikkerhet;
• ikke nødvendig å legge kabler.

For å løse dette problemet kan du bruke radiomodemene "S2000-RPI" (frekvens 2,4 GHz) og "Nevod-5" (433,92 MHz).

Radiokanalrepeateren for grensesnitt "S2000-RPI" (heretter referert til som RPI) lar deg koble til diverse utstyr (med et RS-232/RS-485 grensesnitt) via en radiokanal og kringkaste data fra RS-232/RS- 485 grensesnitt i frekvensområdet fra 2405 til 2483,5 MHz. Designet for bruk både som en del av Orion-systemet og som en del av andre systemer som bruker pakkedataoverføring. Støtter drift i radionettverk med punkt-til-punkt- og punkt-til-punkt-topologier og pakkeoverføring. Den har to versjoner: "S2000-RPI" - med en ekstern antenne og "S2000-RPI isp. 01" - uten ekstern antenne.

Lengde på radiokanalen mellom to FIR-er innenfor siktelinje:

ved en effekt på 10 mW:

• "S2000-RPI" - opptil 200 m (med standard antenne);
• "S2000-RPI isp. 01" - opptil 150 m;

ved en effekt på 100 mW:

• "S2000-RPI" - opptil 600 m (med standard antenne);
• "S2000-RPI isp. 01" - opptil 350 m.

To driftsmoduser for RPI er mulig:

• Standby-modus. Overfører data fra RS-232- eller RS-485-grensesnittet til radiokanalen og tilbake;
• Relémodus. Mottar og sender (sender pakker) i en radiokanal med samtidig utmating av informasjon til det valgte kablede grensesnittet.

Funksjoner til systemet som bruker FIR:

• Tilstanden til radiosendingen, tilstedeværelsen av teknologiske kilder til radioforstyrrelser og muligheten for naturlig interferens bør tas i betraktning;
• For FIR med intern antenne er det nødvendig å velge en plassering med høyest mulig signalnivå.

I de følgende eksemplene kan systemet fungere med eller uten PC.

Punkt-til-punkt-tilkobling

Punkt-til-multipunkt-tilkobling

Ved bruk av en "punkt-til-punkt"-topologi, kan opptil 6 "S2000-RPI" på klientsiden kobles til en "S2000-RPI" på serversiden.

Drift av RPI i pakkerelémodus over en radiokanal

Dataene som mottas av RPI nr. 1 via RS-485-grensesnittet, sendes over en radiokanal i en kringkastingspakke. Når en pakke mottas via RPI-radiokanal nr. 2...4, sendes den ut via RS-485-grensesnittet til Orion-systemets enheter. FIR nr. 3 er i "Relay"-modus og sender den mottatte pakken via en radiokanal til FIR nr. 4 og via RS-485-grensesnittet til enhetene til Orion-systemet.

Spesialister fra Bolid-selskapet testet Orion-systemet ved å bruke Nevod-5 radiomodemer produsert av Geolink Electronics (heretter referert til som Nevod-5), som opererer med en frekvens på 433,92 ± 0,2 % MHz.

Punkt-til-multipunkt-tilkobling

Ved bruk av en punkt-til-multipunkt-topologi, begrenses antallet Nevod-5 på klientsiden kun av den nødvendige hastigheten til systemet.

Vi gjentar at i de følgende eksemplene kan systemet fungere både med og uten PC.

Drift i pakkerelémodus over en radiokanal

Funksjoner ved systemet som bruker Nevod-5 radiomodemer:

• Ved bruk av standardantenner for en bølge med en frekvens på 433,92 MHz, kan ikke sendere plasseres nærmere enn 6 meter fra hverandre.
• Tilstanden til radiosendingen, tilstedeværelsen av teknologiske kilder for radioforstyrrelser og muligheten for naturlig interferens bør tas i betraktning

For sikkerhetssystemer og tilgangskontrollsystemer er det mulig å konstruere kretser uten "S2000M"-fjernkontrollen, mens "S2000-Ethernet", i tillegg til å overføre grensesnittet, konverterer RS-232-grensesnittet til RS-485.
RS-FX-MM og RS-FX-SM40 omformere kan ikke brukes i denne modusen.

Hvis luftlegging brukes for RS-485 grensesnittsegmenter, bør "BZL" linjebeskyttelsesenheter brukes.

For galvanisk isolasjon av grensesnittsegmenter anbefales det å bruke S2000-PI repeatere. I dette tilfellet bør strømforsyningen til enheter koblet før og etter S2000-PI forsynes fra forskjellige strømkilder. "0V"-bussene til disse enhetene bør ikke kombineres. Den anbefalte ordningen med eksempel på et anlegg bestående av 3 bygninger er vist i figuren.

Beskrivelse

RS-485 (anbefalt standard 485 eller EIA/TIA -485-A) er en anbefalt standard for dataoverføring over en to-tråds halv-dupleks flerpunkts seriell symmetrisk kommunikasjonskanal. Felles utvikling av foreninger: Electronic Industries Alliance (EIA) og Telecommunications Industry Association (TIA). Standarden beskriver bare de fysiske lagene av signalering (dvs. bare lag 1 i OSI-sammenkoblingsmodellen for åpne systemer). Standarden beskriver ikke programvareutvekslingsmodellen og utvekslingsprotokollene. RS-485 ble opprettet for å utvide de fysiske egenskapene til RS232-grensesnittet for overføring av binære data.

RS-485 utgivelser

Navn: Anbefalt standard 485
Elektriske egenskaper for generatorer og mottakere for bruk i balanserte flerpunktssystemer
Elektriske egenskaper til generatorer og mottakere for bruk i balanserte flerpunktssystemer.

Utvikler: Electronics Industries Association (EIA). Industriell elektronikkforening.
Standardutgivelser:
RS-485A (Anbefalt Standard 485 Edition: A) produksjonsår 1983.
EIA 485-A produksjonsår 1986.
TIA/EIA 485-A produksjonsår 1998.
TIA/EIA 485-A utgaveår 2003.

Internasjonale og nasjonale standarder basert på RS-485-standarden

ISO/IEC 8482 (1993 aktiv)
Utgiver: ISO, IEC
Navn: Informasjonsteknologi - Telekommunikasjon og informasjonsutveksling mellom systemer - Twisted-pair flerpunktsforbindelser.
Gamle utgaver:
ISO 8284 (1987 ikke aktiv)

ITU-T v.11 (1996 aktiv)
Utgiver: INTERNATIONAL TELECOMMUNICATION UNION
Navn: Elektriske egenskaper for balanserte dobbeltstrøms utvekslingskretser ved datasignaleringshastigheter på opptil 10 Mbit/s.
Gamle utgaver:
ITU-T v.11 (1993 ikke aktiv)
CCITT v.11 (1988 ikke aktiv)

ANSI/TIA-485-A (1998 aktiv)
Utgiver: American National Standards Institute, ANSI
Navn: Elektriske egenskaper for generatorer og mottakere for bruk i balanserte digitale flerpunktssystemer.

Egenskaper til RS-485 standard grensesnitt

Toveis halv-dupleks dataoverføring. Den serielle datastrømmen sendes bare i én retning om gangen; overføring av data i den andre retningen krever å bytte transceiver. Transceivere kalles vanligvis "drivere"; de er en enhet eller elektrisk krets som genererer et fysisk signal på sendersiden.

Symmetrisk kommunikasjonskanal. To like signalledninger brukes til å motta/sende data. Ledninger er betegnet med de latinske bokstavene "A" og "B". Disse to ledningene bærer sekvensiell datautveksling i begge retninger (vekselvis). Når du bruker tvunnet par, øker en symmetrisk kanal signalets motstand mot common-mode interferens betydelig og undertrykker godt elektromagnetisk stråling skapt av det nyttige signalet.

Differensial (balansert metode for dataoverføring). Med denne metoden for dataoverføring endres potensialforskjellen ved utgangen av transceiveren; når du sender "1", er potensialforskjellen mellom AB positiv; når du sender "0", er potensialforskjellen mellom AB negativ. Det vil si at strømmen mellom kontaktene A og B, når du sender "0" og "1", flyter (balanserer) i motsatte retninger.

Flerpunkt. Tillater flere tilkoblinger av mottakere og transceivere til én kommunikasjonslinje. I dette tilfellet er det bare tillatt å koble til én sender til linjen på et gitt tidspunkt, og mange mottakere; de ​​resterende senderne må vente på at kommunikasjonslinjen blir ledig for dataoverføring.

Lavimpedans senderutgang. Senderbufferforsterkeren har en lavimpedansutgang, som gjør at signalet kan overføres til mange mottakere. Standard senderkapasitet er 32 mottakere per sender. I tillegg brukes strømsignalet til å betjene det tvunnede paret (jo høyere driftsstrømmen til det tvunnede paret, desto mer undertrykker det fellesmodusstøy på kommunikasjonslinjen).

Dødsone. Hvis differensialsignalnivået mellom AB-kontaktene ikke overstiger ±200 mV, anses det at det ikke er noe signal i linjen. Dette øker støyimmuniteten til dataoverføring.

RS-485 spesifikasjoner

Tillatt antall transceivere (drivere) 32

Maksimal lenkelengde 1200 m (4000 fot)

Maksimal overføringshastighet 10 Mbit/s

Minimum driverutgang ±1,5 V

Maksimal driverutgang ±5 V

Driver maksimal kortslutningsstrøm 250 mA

Driver utgangsimpedans 54 ohm

Driver inngangsimpedans 12 kOhm

Tillatt total inngangsimpedans 375 Ohm

Signalufølsomhetsområde ±200 mV

Logisk enhetsnivå (Uab) >+200 mV

Logisk nullnivå (Uab) ←200 mV

Inngangsimpedansen for noen mottakere kan være mer enn 12 kOhm (enhetsbelastning). For eksempel 48 kOhm (1/4 av en enhetsbelastning) eller 96 kOhm (1/8), som lar deg øke antall mottakere til 128 eller 256. Med ulike inngangsimpedanser til mottakerne er det nødvendig at total inngangsimpedans er ikke mindre enn 375 ohm.

Beskrivelse av RS-485-drift

Siden RS-485-standarden kun beskriver det fysiske nivået av datautvekslingsprosedyren, blir alle problemer med utveksling, synkronisering og bekreftelse tilordnet en høyere utvekslingsprotokoll. Som vi allerede har sagt, er dette oftest RS-232-standarden eller andre høyere protokoller (ModBus, DCON, etc.).

RS-485 selv utfører bare følgende handlinger:

Konverterer en innkommende sekvens av "1s" og "0s" til et differensialsignal.

Sender et differensialsignal til en balansert lenke.

Kobler til eller fra førersenderen basert på et høyere protokollsignal.

Mottar et differensialsignal fra kommunikasjonslinjen.

Hvis du kobler et oscilloskop til kontaktene A-B (RS-485) og GND-TDx (RS-232), vil du ikke se forskjell i formen på signalene som sendes i kommunikasjonslinjene. Faktisk gjentar RS-485-signalformen fullstendig RS-232-signalformen, med unntak av inversjon (i RS-232 overføres en logisk enhet med en spenning på -12 V, og i RS-485 +5 V) .

Fig. 1 Form for RS-232 og RS-485 signaler ved overføring av to tegn "0" og "0".

Som det fremgår av fig. 1, skjer en enkel konvertering av signalnivåer ved spenning.

Selv om formen på signalene er den samme for de ovennevnte standardene, er metoden for deres dannelse og kraften til signalene forskjellige.

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

Konverteringen av signalnivåer og en ny metode for deres dannelse gjorde det mulig å løse en rekke problemer som på en gang ikke ble tatt i betraktning når du opprettet RS-232-standarden.

Fordeler med det fysiske RS-485-signalet fremfor RS-232-signalet

Det brukes en unipolar +5V strømforsyning, som brukes til å drive de fleste elektroniske enheter og mikrokretser. Dette forenkler designet og gjør det lettere å koordinere enheter.

Signaleffekten til RS-485-senderen er 10 ganger større enn signaleffekten til RS-232-senderen. Dette lar deg koble opptil 32 mottakere til én RS-485-sender og dermed kringkaste data.

Bruk av symmetriske signaler, som har galvanisk isolasjon med null potensial for forsyningsnettet. Som et resultat forhindres interferens i å komme inn i den nøytrale strømledningen (som i RS-232). Med tanke på senderens evne til å operere på en lavimpedansbelastning, blir det mulig å bruke effekten av å undertrykke common-mode interferens ved å bruke egenskapene til et "twisted pair". Dette øker kommunikasjonsområdet betydelig. I tillegg blir det mulig å "hot" koble enheten til kommunikasjonslinjen (selv om dette ikke er gitt av RS-485-standarden). Merk at i RS-232 fører "varm" plugging av en enhet vanligvis til svikt i datamaskinens COM-port.

Beskrivelse av datautveksling i henhold til RS-485 standarden

Hver RS-485 transceiver (driver) kan være i en av to tilstander: overføring av data eller mottak av data. RS-485-driveren bytter ved hjelp av et spesielt signal. For eksempel viser fig. 3 datautveksling ved bruk av AC3-omformeren fra Væren. Omformermodusen byttes av RTS-signalet. Hvis RTS=1 (True) AC3 overfører dataene som kommer til den fra COM-porten til RS-485-nettverket. I dette tilfellet må alle andre drivere være i mottaksmodus (RTS=0). I hovedsak er RS-485 en toveis buffer multiplekset forsterker for RS-232-signaler.

Fig.3 Eksempel på bruk av Aries AC3-omformeren.

Situasjonen når mer enn én RS-485-driver opererer i sendermodus samtidig fører til tap av data. Denne situasjonen kalles en "kollisjon". For å forhindre kollisjoner i datautvekslingskanaler, er det nødvendig å bruke høyere protokoller (OSI). Som MODBUS, DCON, DH485 osv. Eller programmer som direkte jobber med RS-232 og løser kollisjonsproblemer. Disse protokollene kalles vanligvis 485-protokoller. Selv om faktisk maskinvaregrunnlaget for alle disse protokollene selvfølgelig er RS-232. Det gir maskinvarebehandling av hele informasjonsflyten. Programvarebehandling av datastrømmen og løsning av problemer med kollisjoner utføres av overordnede protokoller (Modbus, etc.) og programvare.

Grunnleggende prinsipper for implementering av protokoller på øvre nivå (MODBUS-type)

La oss ta en rask titt på disse protokollene, selv om de ikke er relatert til RS-485-standarden. Vanligvis inkluderer en toppnivåprotokoll pakke-, ramme- eller rammekommunikasjon. Det vil si at informasjon overføres i logisk komplette deler. Hver ramme skal merkes, dvs. begynnelsen og slutten er angitt med spesielle symboler. Hver ramme inneholder enhetens adresse, kommando, data, kontrollsum, som er nødvendig for å organisere flerpunktsutveksling. For å unngå kollisjoner brukes vanligvis en master-slave-ordning. "Masteren" har rett til uavhengig å bytte sin RS-485-driver til sendemodus; de resterende RS-485-driverne opererer i mottaksmodus og kalles "slaver". For at "slaven" skal begynne å overføre data til kommunikasjonslinjen, sender "mesteren" den en spesiell kommando, som gir enheten med den spesifiserte adressen rett til å bytte sjåføren til overføringsmodus i en viss tid.

Etter å ha sendt aktiveringskommandoen til slaven, slår masteren av senderen sin og venter på slavens svar i en tidsperiode som kalles timeout. Hvis det ikke mottas noe svar fra "slaven" i løpet av tidsavbruddet, tar "masteren" igjen opp kommunikasjonslinjen. "Verts"-rollen spilles vanligvis av et program installert på datamaskinen. Det er også mer kompleks organisering av pakkeprotokoller, som lar deg syklisk overføre rollen som "mester" fra enhet til enhet. Vanligvis kalles slike enheter "ledere", eller de sies å overføre en "markør". Besittelse av et "token" gjør enheten til "master", men den må overføre den til en annen enhet på nettverket i henhold til en viss algoritme. I utgangspunktet er protokollene ovenfor forskjellige i disse algoritmene.

Som vi kan se, har toppprotokollene en pakkeorganisasjon og utføres på programvarenivå; de tillater å løse problemet med "datakollisjoner" og flerpunktsorganisering av datautveksling.

Implementering av RS-485 transceivere (drivere)

Mange selskaper produserer RS485-transceivere. De kalles vanligvis RS232 - RS485 omformere eller RS232-RS485 omformere. For å implementere disse enhetene produseres spesielle mikrokretser. Rollen til disse mikrokretsene er redusert til å konvertere RS232C-signalnivåer til RS485-signalnivåer (TTL/CMOS) og omvendt, i tillegg til å sikre halvdupleksdrift.

Avhengig av metoden for å bytte til overføringsmodus, skilles enheter ut:

Kan byttes ved hjelp av et separat signal. For å bytte til sendemodus må du stille inn det aktive signalet på en egen inngang. Vanligvis er dette RST-signalet (COM-port). Disse transceivere er nå sjelden sett. Men likevel er de noen ganger ikke utskiftbare. La oss si at du må lytte til datautveksling mellom kontrollere for industrielt utstyr. Samtidig bør ikke transceiveren bytte til sendemodus, for ikke å skape en kollisjon i dette nettverket. Bruk av en automatisk svitsjende sender/mottaker er ikke tillatt her. Et eksempel på en slik omformer er Aries AC3.

Med automatisk veksling og uten kontroll av linjestatus. De vanligste omformere som bytter automatisk når et informasjonssignal vises ved inngangen deres. De kontrollerer imidlertid ikke belegget på kommunikasjonslinjen. Disse omformerne krever forsiktig bruk på grunn av stor sannsynlighet for kollisjoner. Et eksempel på en Aries AS3M-omformer.

Med automatisk veksling og linjestatuskontroll. De mest avanserte omformerne som kan overføre data til nettverket bare hvis nettverket ikke er okkupert av andre transceivere og det er et informasjonssignal ved inngangen.

Maskinvareimplementering av RS485 ved å bruke eksemplet med RS232-RS485 AC3 Væren-konverteren

Fig.4 Skjematisk diagram av AC3 Væren.

Figur 4 viser et skjematisk diagram av AC3 Aries-omformeren. Denne omformeren har et separat signal for å aktivere dataoverføringsmodus. Utgangssignalet til COM-porten RST brukes som et styresignal. Hvis RST=1 (+12V), overfører omformeren data fra TD (COM-port) til RS485-nettverket, hvis RST=0 (-12V), mottas data fra RS-485-nettverket til RD-inngangen (COM-porten) ). Omformeren driver fra en industriell AC-nettspenning på 220 volt. Omformerens strømforsyning er laget i henhold til en pulskrets basert på TOP232N (DA1) mikrokrets. Strømforsyningen produserer to uavhengige +5V spenninger. For å motta og konvertere polare RS232-signaler (±12 V) til unipolare TTL/CMOS-nivåsignaler (+5 V), brukes MAX232N (DD1)-brikken. Denne mikrokretsen er interessant ved at den drives av en unipolar spenning på +5 V og har innebygde spenningskilder som er nødvendige for å fungere med polare signaler på ±12 V. For riktig drift av de innebygde spenningskildene, eksterne kondensatorer C14, C15, C17, C18 er koblet til MAX232N-brikken. I tillegg har mikrokretsen to signalnivåomformere RS-232C til TTL/CMOS i begge retninger.

Formål med signaler:
RST - for å bytte omformeren til sende/mottaksmodus
TD - dataoverføring fra RS232 til RS485
RD - datamottak i RS232 fra RS485

Deretter blir RS232-signalene konvertert til TTL/CMOS-nivået matet til 6N137 optokoblere, som gir galvanisk isolasjon av RS232- og RS485-signalene. For å sende/motta data på RS485-grensesnittsiden brukes DS75176-brikken (RS485 flerpunktssender/mottaker). Denne mikrokretsen får strøm fra en separat kilde med en spenning på +5 V. Mikrokretsen er en TTL/COMOS-nivåsignalforsterker med skiftende overføringsretning. Utgangene til DS75176 er koblet til pinnene A og B gjennom 100 ohm motstander, som gir en A-B kortslutningsstrøm på 250 mA. Signalstyrken til RS485 er omtrent 10 ganger den til RS232-signaler. Denne brikken forsterker signalet til nødvendig effekt og gir halv-dupleks drift.

RS-485 nettverkstopologi

RS-485-nettverket er bygget ved hjelp av en seriell buss (buss)-ordning, dvs. enheter i nettverket kobles i serie med symmetriske kabler. Endene av kommunikasjonslinjene må være lastet med matchende motstander - "terminatorer", hvis verdi må være lik den karakteristiske impedansen til kommunikasjonskabelen.

Terminatorer utfører følgende funksjoner:

Reduser signalrefleksjon fra enden av kommunikasjonslinjen.

Gir tilstrekkelig strøm gjennom hele kommunikasjonslinjen for å undertrykke common-mode interferens ved bruk av en tvunnet-parkabel.

Hvis avstanden til et nettverkssegment overstiger 1200 m eller antallet sjåfører i et segment er mer enn 32, må du bruke en repeater for å opprette neste nettverkssegment. I dette tilfellet må hvert nettverkssegment kobles til terminatorer. I dette tilfellet anses et nettverkssegment for å være kabelen mellom endeenheten og repeateren eller mellom to repeatere.

RS-485-standarden spesifiserer ikke hvilken type balansert kabel som skal brukes, men det brukes de facto tvunnet parkabel med en karakteristisk impedans på 120 ohm.

Fig.6 Belden 3106A industrikabel for RS485-nettverk

Det anbefales å bruke Belden3106A industrikabel for legging av RS485-nettverk. Denne kabelen har en karakteristisk impedans på 120 Ohm og en dobbel tvunnet skjerm. Belden3106A-kabelen inneholder 4 ledninger. Den oransje og hvite ledningen er symmetrisk, skjermet tvunnet par ledninger. Den blå ledningen til kabelen brukes til å koble til nullpotensialet til strømforsyningene til enheter i nettverket og kalles "Common". En ledning uten isolasjon brukes til å jorde kabelflettingen og kalles "drain". I et nettverkssegment er dreneringsledningen jordet gjennom en motstand på enhetens chassis, i den ene enden av segmentet, for å forhindre at strøstrømmer flyter gjennom kabelflettingen, med forskjellige jordpotensialer på avsidesliggende punkter.

Typisk er terminatoren og beskyttende jordmotstander plassert inne i enheten. De må kobles riktig ved hjelp av jumpere eller brytere. Du bør finne en beskrivelse av disse tilkoblingene i den tekniske dokumentasjonen til enhetsprodusenten.

Fig.7 Tilkoblingsskjema 1747-AIC (Allen Bradley)

Figur 7 viser kabelforbindelsene med mellomenheter i nettverkssegmentet. For den første enheten på DH-485-nettverkssegmentet må du installere jumper 5-6 (denne kobler 120 ohm terminatoren plassert inne i 1747-AIC) og jumper 1-2 (kobler dreneringsledningen til enhetens chassis gjennom intern motstand ). For den siste enheten i nettverkssegmentet trenger du bare å installere jumper 5-6 (koble til en terminator)

Ved bruk av andre symmetriske kabler, spesielt når deres karakteristiske impedans ikke er kjent, velges størrelsen på terminatorene eksperimentelt. For å gjøre dette må du installere oscilloskopet i midten av nettverkssegmentet. Ved å overvåke formen på de rektangulære pulsene som sendes av en av driverne, kan vi konkludere med at det er nødvendig å justere verdien på terminatormotstanden.

Programvare for arbeid i RS-485-nettverk

RS-485-grensesnittet har blitt det fysiske hovedgrensesnittet for industrielle datanettverk. Protokoller som ModBus, ProfiBus DP, DCON, DH-485 opererer på det fysiske RS-485-nivået.

Industrielle dataoverføringsprotokoller klassifiseres ofte av produsenter. Informasjon om en bestemt kommunikasjonsprotokoll må samles inn bit for bit.

En spesialist som jobber med industrielle nettverk trenger et program for å lese all informasjon som overføres i informasjonsnettverk. Kjernehemmelighetene til industrielle protokoller kan bare oppdages gjennom en omfattende analyse av overførte og mottatte data. ComRead v.2.0-programmet er designet for å lagre og vise data og tjenestesignaler som sendes i informasjonsnettverk som opererer i henhold til standardene RS-232, RS-485, Bell-202 osv. Programmet lagrer ikke bare all informasjon, men også skaper en tidsbase for dataene og tjenestesignalene. ComRead v.2.0-programmet skanner informasjonskanalen uten å påvirke driften, det vil si at den fungerer i modusen for å lytte til det fysiske mediet for informasjonsoverføring. I tillegg kan programmet fungere i modusen til en data- og servicesignaloversetter. Samtidig blir det en direkte del avn. Du kan finne ut mer om programmet her

Kringkastingsevne.

Flerpunktsforbindelse.

Ulemper med RS485

Høyt energiforbruk.

Ingen servicesignaler.

Mulighet for kollisjoner.