In der modernen Technologie ist der Informationsaustausch zwischen verschiedene Geräte. Und dazu ist es erforderlich, Daten sowohl über kurze Entfernungen als auch über große Entfernungen in der Größenordnung von Kilometern zu übertragen. Eine dieser Arten der Datenübertragung ist die Kommunikation zwischen Geräten über die RS-485-Schnittstelle.

Wo es notwendig ist, Daten über RS ​​485 zu übertragen.

Eines der häufigsten Beispiele für die Verwendung von Geräten zum Datenaustausch ist. Stromzähler, die zu einem einzigen Netzwerk zusammengefasst sind, sind in Schränken und Zellen verteilt Schaltanlagen und sogar weit voneinander entfernte Umspannwerke. In diesem Fall wird die Schnittstelle verwendet, um Daten von einem oder mehreren Messgeräten zu senden.

Das System "Ein Zähler - Ein Modem" wird aktiv implementiert, um Daten von Messstationen von Privathäusern und kleinen Unternehmen an die Dienste von Energievertriebsunternehmen zu übertragen.

Ein weiteres Beispiel: Empfang von Daten von Mikroprozessor-Relais-Schutzterminals in Echtzeit sowie zentraler Zugriff darauf, um Änderungen vorzunehmen. Warum die Terminals auf die gleiche Weise über die Kommunikationsschnittstelle verbunden sind und die Daten davon an den beim Dispatcher installierten Computer gesendet werden. Bei Schutzbetrieb Operatives Personal hat die Möglichkeit, sich sofort über den Einsatzort und die Art der Beschädigung von Stromkreisen zu informieren.

Aber die schwierigste Aufgabe, die durch Kommunikationsschnittstellen gelöst wird, ist das zentrale Steuerungssystem für komplexe Produktionsprozesse - automatisierte Prozesssteuerungssysteme. Der Bediener einer Industrieanlage hat auf seinem Schreibtisch einen Computer, auf dessen Display er den aktuellen Zustand des Prozesses sieht: Temperaturen, Produktivität, ein- und ausgeschaltete Aggregate, deren Betriebszustand. Und es hat die Fähigkeit, all dies mit einem leichten Mausklick zu verwalten.

Der Computer hingegen kommuniziert mit Controllern – Geräten, die Befehle von Sensoren in eine für die Maschine verständliche Sprache umwandeln und umgekehrt: von der Maschinensprache in Steuerbefehle. Die Kommunikation mit der Steuerung sowie zwischen verschiedenen Steuerungen erfolgt über Kommunikationsschnittstellen.

Die RS-232-Schnittstelle ist der kleine Bruder von RS 485.

Es ist unmöglich, die RS-232-Schnittstelle, die auch als seriell bezeichnet wird, zumindest kurz zu erwähnen. Einige Laptops haben einen Anschluss für den entsprechenden Port, und einige digitale Geräte (die gleichen Relaisschutzklemmen) sind mit Ausgängen für die Kommunikation über RS-232 ausgestattet.

Um Informationen auszutauschen, müssen Sie diese übertragen und empfangen können. Dafür haben wir Sender und Empfänger. Sie sind in jedem Gerät vorhanden. Außerdem ist der Ausgang des Senders eines Geräts (TX) mit dem Eingang des Empfängers eines anderen Geräts (RX) verbunden. Und dementsprechend bewegt sich das Signal auf die gleiche Weise entlang des anderen Leiters in die entgegengesetzte Richtung.

Dadurch wird ein Halbduplex-Kommunikationsmodus bereitgestellt, dh Empfänger und Sender können gleichzeitig arbeiten. Daten auf dem RS-232-Kabel können sich gleichzeitig in die eine und in die andere Richtung bewegen.

Der Nachteil dieser Schnittstelle ist die geringe Störfestigkeit. Dies liegt daran, dass das Signal im Verbindungskabel sowohl für den Empfang als auch für die Übertragung relativ zu einer gemeinsamen Ader - Masse - gebildet wird. Jede Störung, die selbst in einem abgeschirmten Kabel vorhanden ist, kann zu einem Kommunikationsausfall und zum Verlust einzelner Informationen führen. Und dies ist nicht akzeptabel, wenn komplexe und teure Mechanismen verwaltet werden, bei denen jeder Fehler ein Unfall ist und ein Kommunikationsverlust eine lange Ausfallzeit bedeutet.

Daher wird es hauptsächlich für kleine temporäre Verbindungen eines Laptops verwendet digitales Gerät, um beispielsweise die Erstkonfiguration zu installieren oder Fehler zu beheben.

Organisation der RS-485-Schnittstelle.

Der Hauptunterschied zwischen RS-458 und RS-232 besteht darin, dass alle Empfänger und Sender auf einem Kabelpaar arbeiten, das eine Kommunikationsleitung ist. Der Erdleiter wird in diesem Fall nicht verwendet, und das Signal in der Leitung wird durch ein differentielles Verfahren gebildet. Es wird gleichzeitig auf zwei Adern ("A" und "B") in inverser Form übertragen.

Ist der Ausgang des Senders logisch "0", so erhält der Leiter "A" ein Nullpotential. Auf dem Leiter "B" wird ein Signal "nicht 0" gebildet, dh "1". Wenn der Sender "1" sendet, ist das Gegenteil der Fall.

Als Ergebnis erhalten wir eine Änderung der Signalspannung zwischen zwei Drähten, die ein verdrilltes Paar sind. Jeder Tonabnehmer, der in das Kabel gelangt, ändert die Spannung relativ zur Masse an beiden Drähten des Paares auf die gleiche Weise. Die Spannung des Nutzsignals wird jedoch zwischen den Drähten gebildet und leidet daher überhaupt nicht unter den Potentialen auf ihnen.

Die Reihenfolge des Datenaustauschs zwischen Geräten über RS-485.

Alle über die RS-485-Schnittstelle angeschlossenen Geräte haben nur zwei Anschlüsse: „A“ und „B“. Zu verbinden gemeinsames Netzwerk diese Klemmen sind parallel geschaltet. Dazu wird eine Kabelkette von einem Gerät zum anderen verlegt.

In diesem Fall muss der Datenaustausch zwischen Geräten optimiert werden, indem die Reihenfolge der Übertragung und des Empfangs sowie das Format der gesendeten Daten festgelegt werden. Dazu wird eine spezielle Anweisung namens Protokoll verwendet.

Es gibt viele Protokolle für den Datenaustausch über die RS-485-Schnittstelle, das am häufigsten verwendete ist Modbas. Betrachten wir kurz, wie das einfachste Protokoll funktioniert und welche anderen Probleme mit seiner Hilfe gelöst werden müssen.

Stellen Sie sich beispielsweise ein Netzwerk vor, in dem ein Gerät Daten aus mehreren Datenquellen sammelt. Es kann ein Modem und eine Gruppe von Stromzählern sein. Um zu wissen, von welchem ​​Messgerät die Daten stammen, wird jedem Transceiver eine Nummer zugewiesen, die für dieses Netzwerk eindeutig ist. Die Nummer wird auch dem Modem-Transceiver zugewiesen.

Wenn es an der Zeit ist, Daten zum Stromverbrauch zu sammeln, generiert das Modem eine Anfrage. Zunächst wird ein Startimpuls gesendet, wonach alle Geräte verstehen, dass jetzt ein Codewort kommt – ein Paket aus einer Folge von Nullen und Einsen. Darin entsprechen die ersten Bits der Teilnehmernummer im Netzwerk, der Rest sind Daten, beispielsweise ein Befehl zum Übertragen der erforderlichen Informationen.

Alle Geräte empfangen die Nachricht und vergleichen die Nummer des angerufenen Teilnehmers mit ihrer eigenen. Wenn sie übereinstimmen, wird der als Teil der Anfrage übergebene Befehl ausgeführt. Wenn nicht, ignoriert das Gerät seinen Text und unternimmt nichts.

In diesem Fall wird in vielen Protokollen eine Bestätigung zurückgesendet, dass der Befehl zur Ausführung angenommen oder abgeschlossen wurde. Wenn keine Antwort erfolgt, kann das sendende Gerät die Anfrage eine bestimmte Anzahl von Malen wiederholen. Erfolgt keine Reaktion, werden Fehlerinformationen über den Ausfall des Kommunikationskanals mit dem stillen Teilnehmer generiert.

Die Antwort darf nicht folgen, nicht nur im Pannenfall. Kommt es zu starken Störungen des dort noch durchdringenden Kommunikationskanals, erreichen die Befehle unter Umständen nicht ihr Ziel. Sie werden auch verzerrt und nicht richtig erkannt.

Eine fehlerhafte Ausführung des Befehls kann nicht zugelassen werden, daher werden wissentlich redundante Informationen in die Daten des Pakets eingefügt - die Prüfsumme. Sie wird nach einem bestimmten, im Protokoll vorgeschriebenen Gesetz auf der Sendeseite berechnet. Die Empfangsdame zählt Prüfsumme nach dem gleichen Prinzip und wird mit dem übertragenen verglichen. Bei Übereinstimmung gilt der Empfang als erfolgreich und der Befehl wird ausgeführt. Wenn nicht, sendet das Gerät eine Fehlermeldung an die Sendeseite.

Anforderungen an Kabelverbindungen.

Zum Anschluss von Geräten mit RS-485-Schnittstelle sind Kabel " Twisted-Pair". Obwohl ein Adernpaar für die Datenübertragung ausreicht, werden in der Regel Kabel mit mindestens zwei verwendet, um eine Reserve zu legen.

Zum besseren Schutz Kabel sind gegen Störeinflüsse abgeschirmt, während die Schirme der gesamten Leitung miteinander verbunden sind. Dazu gibt es neben den Abschlüssen „A“ und „B“ einen „COM“-Anschluss an den zu kombinierenden Geräten. Die Leitung wird nur an einem Punkt geerdet, normalerweise am Standort der Steuerung, des Modems oder des Computers. Dies ist an zwei Stellen verboten, um Pickups zu vermeiden, die aufgrund der Potentialdifferenz an den Massepunkten zwangsläufig am Schirm entlanglaufen.

Kabel werden nur in Reihe geschaltet, Abzweigungen sind nicht möglich. Zur Anpassung an die Leitung wird an deren Ende ein Widerstand mit einem Widerstandswert von 120 Ohm angeschlossen (das ist der Wellenwiderstand des Kabels).

Im Allgemeinen Installation Kabelleitungen Schnittstelle ist einfach. Wesentlich schwieriger wird es sein, die Geräte aufzubauen, wozu Personen mit Spezialkenntnissen benötigt werden.

Zum besseren Verständnis der Funktionsweise der RS-485-Schnittstelle empfehlen wir Ihnen, sich das folgende Video anzusehen:

Der RS-485-Standard wurde zuerst von der Electronic Industries Association übernommen. Heute überlegt er Elektrische Eigenschaften verschiedene Empfänger und Sender, die in symmetrischen digitalen Systemen verwendet werden.

Was ist diese Norm?

RS-485 ist der Name einer bekannten Schnittstelle, die in allen Arten von industriellen Prozesssteuerungssystemen aktiv verwendet wird, um bestimmte Steuerungen und viele andere Geräte miteinander zu verbinden. Der Hauptunterschied zwischen dieser Schnittstelle und RS-232 besteht darin, dass mehrere Arten von Geräten gleichzeitig kombiniert werden. Bei Verwendung von RS-485 wird eine Hzwischen mehreren Geräten durch die Verwendung einer einzigen zweiadrigen Kommunikationsleitung im Halbduplexmodus gewährleistet. Es ist in der modernen Industrie an der Erstellung von Prozessleitsystemen beteiligt.

Reichweite und Geschwindigkeit

Mit Hilfe des vorgestellten Standards ist es möglich, die Übertragung von Informationen mit Geschwindigkeiten von bis zu 10 Mbps zu erreichen. Zu beachten ist, dass in diesem Fall die maximal mögliche Reichweite direkt von der Geschwindigkeit der Datenübertragung abhängt. Es ist zu beachten, dass zur Gewährleistung der Höchstgeschwindigkeit Informationen nicht weiter als 120 Meter übertragen werden können. Gleichzeitig werden Daten mit einer Geschwindigkeit von 100 kbps über mehr als 1200 Meter übertragen.

Anzahl der verbundenen Geräte

Die Anzahl der Geräte, die die RS-485-Schnittstelle direkt verbinden kann, hängt davon ab, welche Transceiver daran beteiligt sind. Jeder Sender bietet eine spezifische Steuerung von 32 Standardempfängern. Es stimmt, Sie sollten sich darüber im Klaren sein, dass es Empfänger gibt, deren Eingangsimpedanz 50 %, 25 % oder weniger vom Standard abweicht. Wenn Sie dieses Gerät verwenden, erhöht sich die Gesamtzahl der Geräte entsprechend.

Konnektoren und Protokolle

Das RS-485-Kabel ist nicht in der Lage, ein bestimmtes Informationsrahmenformat oder Kommunikationsprotokoll zu standardisieren. In der Regel werden zur Übersetzung ähnliche Frames wie bei RS-232 verwendet. Mit anderen Worten, Datenbits, Stopp- und Startbits und ein Paritätsbit, falls erforderlich. Der Betrieb von Austauschprotokollen erfolgt in den meisten modernen Systemen nach dem „Master-Slave“-Prinzip. Das bedeutet, dass ein bestimmtes Gerät im Netzwerk als Master und Initiator des Austauschs von Sendeaufträgen zwischen Slave-Geräten fungiert, die sich in logischen Adressen voneinander unterscheiden. Das derzeit bekannteste Protokoll ist Modbus RTU. Es sollte beachtet werden, dass das RS-485-Kabel keinen bestimmten Steckertyp oder keine Pinbelegung hat. Mit anderen Worten, es gibt Terminalanschlüsse, DB9 und andere.

Verbindung

Unter Verwendung der vorgestellten Schnittstelle stößt man häufig auf das lokale Netzwerk, das mehrere Arten von Transceivern gleichzeitig kombiniert. Beim Herstellen einer RS-485-Verbindung ist es notwendig, die Signalkreise richtig miteinander zu kombinieren. In der Regel heißen sie A und B. Verpolung ist also kein Grund zur Sorge, lediglich die angeschlossenen Geräte funktionieren nicht mehr.

Bei der Verwendung der RS-485-Schnittstelle müssen bestimmte Merkmale des Betriebs berücksichtigt werden. Daher lauten die Empfehlungen wie folgt:

1. Das optimale Medium zum Übertragen eines Signals ist ein Kabel, das auf einer verdrillten Doppelleitung basiert.
2. Die Enden des Kabels müssen mit Hilfe spezieller Abschlusswiderstände gedämpft werden.
3. Ein Netzwerk mit Standard oder USB RS-485 sollte ohne Stichleitungen in einer Bustopologie verlegt werden.
4. Geräte sollten mit möglichst kurzen Kabeln an das Kabel angeschlossen werden.

Koordinierung

Mit Hilfe von Abschlusswiderständen garantiert Standard oder USB RS-485 eine vollständige Anpassung des offenen Kabelendes an die nachfolgende Leitung. Dadurch wird die Möglichkeit einer Signalreflexion vollständig eliminiert. Der Nennwiderstand der Widerstände, die der charakteristischen Impedanz des Kabels und der Drähte auf der Basis von Twisted Pair zugeordnet sind, beträgt in der Regel etwa 100-120 Ohm. Beispielsweise hat das derzeit bekannte UTP-5-Kabel, das häufig im Ethernet-Installationsprozess verwendet wird, einen Wellenwiderstand von 100 Ohm.

Wie bei anderen Kabeloptionen kann eine andere Bewertung angewendet werden. Widerstände können bei Bedarf auf Kabelsteckerpins in Endgeräten gelötet werden. Selten werden Widerstände im Gerät selbst montiert, wodurch Brücken zum Anschluss des Widerstands installiert werden müssen. In diesem Fall stimmt die Leitung nicht überein, wenn ein Gerät angeschlossen wird. Um die normale Funktion des restlichen Systems zu gewährleisten, müssen Sie einen passenden Stecker anschließen.

Signalpegel

Der RS-485-Anschluss verwendet ein symmetrisches Datenübertragungsschema. Mit anderen Worten ändern sich die Spannungspegel an den Signalkreisen A und B gegenphasig. Mit Hilfe des Sensors wird unter Berücksichtigung der Maximallast ein Signalpegel von 1,5 V bereitgestellt. Außerdem werden im Leerlauf nicht mehr als 6 V zur Verfügung gestellt. Der Spannungspegel wird differentiell gemessen. Am Ort des Empfängers muss der Mindestpegel des empfangenen Signals mindestens 200 mV betragen.

Voreingenommenheit

Wenn auf den Signalschaltkreisen kein Signal beobachtet wird, wird eine leichte Vorspannung angelegt. Es schützt den Empfänger im Falle eines Fehlalarms. Experten raten, etwas mehr als 200 mV zu kompensieren, da dieser Wert laut Norm als der Unsicherheitszone des Eingangssignals entspricht. In einer solchen Situation nähert sich Stromkreis A dem positiven Pol der Quelle, und Stromkreis B wird auf den gemeinsamen gezogen.

Beispiel

Basierend auf der erforderlichen Vorspannung und Versorgungsspannung werden die Widerstandswerte berechnet. Wenn Sie beispielsweise einen Offset von 250 mV mit Abschlusswiderständen erhalten möchten, ist RT = 120 Ohm. Es ist zu beachten, dass die Quelle eine Spannung von 12 V hat. Unter Berücksichtigung der Tatsache, dass in diesem Fall zwei Widerstände parallel geschaltet sind und die Last vom Empfänger nicht berücksichtigt wird, erreicht der Vorspannungsstrom 0,0042. Gleichzeitig beträgt der Gesamtwiderstand der Vorspannungsschaltung 2857 Ohm. Rcm beträgt in diesem Fall etwa 1400 Ohm. Daher müssen Sie den nächstgelegenen Nennwert auswählen. Ein Beispiel ist ein 1,5-kΩ-Widerstand. Es ist für die Verschiebung notwendig. Zusätzlich wird ein externer 12-Volt-Widerstand verwendet.

Es sollte auch beachtet werden, dass das System einen isolierten Ausgang der Stromversorgung des Controllers hat, der die Hauptverbindung in einem eigenen Schaltungssegment ist. Es gibt zwar andere Möglichkeiten, den Offset durchzuführen, wo ein RS-485-Konverter und andere Elemente beteiligt sind, aber es sollte immer noch berücksichtigt werden, dass der Knoten, der den Offset liefert, manchmal abschaltet oder schließlich vollständig aus dem Netzwerk entfernt wird . Wenn es einen Offset gibt, wird angenommen, dass das Potential von Stromkreis A bei vollem Leerlauf in Bezug auf Stromkreis B positiv ist. Dies dient als Richtlinie, wenn neue Geräte ohne Verwendung von Kabelmarkierungen an das Kabel angeschlossen werden.

Fehlverdrahtung und Verzerrung

Die Umsetzung der oben angegebenen Empfehlungen ermöglicht es, die korrekte Übertragung elektrischer Signale an verschiedene Punkte des Netzwerks zu erreichen, wenn das RS-485-Protokoll als Grundlage verwendet wird. Wenn mindestens eine der Anforderungen nicht erfüllt ist, kommt es zu Signalverzerrungen. Die auffälligsten Verzerrungen treten auf, wenn die Informationsaustauschrate über 1 Mbps liegt. Richtig, auch bei niedrigeren Geschwindigkeiten ist es nicht empfehlenswert, diese Tipps zu vernachlässigen. Diese Regel gilt auch während des normalen Netzwerkbetriebs.

Wie programmieren?

Bei der Programmierung verschiedener Anwendungen, die mit Geräten arbeiten, die einen RS-485-Splitter und andere Geräte mit der vorgestellten Schnittstelle verwenden, sollten einige wichtige Punkte berücksichtigt werden.

Vor Beginn der Paketzustellung muss der Sender unbedingt aktiviert werden. Es ist erwähnenswert, dass die Ausstellung nach einigen Quellen unmittelbar nach der Aktivierung erfolgen kann. Trotzdem raten einige Experten, zuerst eine Pause einzulegen, die zeitlich der Sendegeschwindigkeit eines Frames entspricht. In diesem Fall kann das richtige Empfangsprogramm Zeit haben, die Fehler des transienten Prozesses vollständig zu identifizieren, das in der Lage ist, die Normalisierungsprozedur durchzuführen und sich auf den nächsten Datenempfang vorzubereiten.

Wenn das letzte Datenbyte ausgegeben wurde, müssen Sie auch eine Pause einlegen, bevor Sie das RS-485-Gerät ausschalten. Dies liegt gewissermaßen an der Tatsache, dass der Serial-Port-Controller oft zwei Register gleichzeitig hat. Der erste ist ein paralleler Eingang, er dient zum Empfangen von Informationen. Der zweite gilt als Schiebeausgang, er dient der sequentiellen Ausgabe.

Beim Senden von Daten durch die Steuerung werden alle Interrupts generiert, wenn das Eingangsregister leer ist. Dies tritt auf, wenn dem Schieberegister bereits Informationen bereitgestellt, aber noch nicht ausgegeben wurden. Dies ist auch der Grund dafür, dass nach Beendigung der Sendung eine gewisse Pause eingehalten werden muss, bevor der Sender abgeschaltet wird. Es sollte ungefähr 0,5 Bit länger sein als der Frame in der Zeit. Für genauere Berechnungen empfiehlt es sich, die technische Dokumentation des verwendeten Serial-Port-Controllers genauer zu studieren.

Es ist möglich, dass Sender, Empfänger und RS-485-Konverter an einer gemeinsamen Leitung angeschlossen sind. Somit beginnt auch der eigene Empfänger die vom eigenen Sender durchgeführte Übertragung wahrzunehmen. Es kommt häufig vor, dass in Systemen, die durch wahlfreien Zugriff auf die Leitung gekennzeichnet sind, diese Funktion verwendet wird, um zu prüfen, ob keine Kollision zwischen zwei Sendern vorliegt.

Konfiguration des Busformats

Die vorgestellte Schnittstelle kann Geräte im "Bus" -Format kombinieren, wenn alle Geräte über ein Kabelpaar verbunden sind. Dies setzt voraus, dass die Kommunikationsleitung unbedingt durch Abschlusswiderstände der beiden Enden angepasst werden muss. Um dies zu gewährleisten, müssen Widerstände installiert werden, die sich durch einen Widerstandswert von 620 Ohm auszeichnen. Sie werden immer am ersten und letzten an der Linie angeschlossenen Gerät montiert.

Moderne Geräte haben in der Regel einen eingebauten Abschlusswiderstand. Bei Bedarf kann es durch Installation einer speziellen Brücke auf der Geräteplatine an die Leitung angeschlossen werden. Beachten Sie, dass die Jumper im Auslieferungszustand erst installiert sind, Sie müssen sie also bei allen Geräten außer dem ersten und letzten entfernen. Zu beachten ist auch, dass bei den Repeater-Konvertern des Modells S2000-PI für einen separaten Ausgang der Anpassungswiderstand über einen Schalter aktiviert wird. Bei den Geräten S2000-KS und S2000-K, die sich durch einen eingebauten Abschlusswiderstand auszeichnen, ist für den Anschluss kein Jumper erforderlich. Um eine lange Verbindung bereitzustellen, ist es wünschenswert, spezialisierte Repeater-Repeater zu verwenden, die mit einer vollautomatischen Umschaltung der Übertragungsrichtung vorgerüstet sind.

Sternkonfiguration

Alle Stichleitungen auf der RS-485-Leitung gelten als unerwünscht, da dies zu einer übermäßigen Signalverzerrung führen würde. In der Praxis ist es jedoch möglich, dies bei einer geringen Astlänge zuzulassen. Dies erfordert keine Installation von Abschlusswiderständen an einzelnen Abzweigen.

Wenn in einem RS-485-System, bei dem die Steuerung über die Konsole erfolgt, Widerstände und Geräte an dieselbe Leitung angeschlossen, aber von unterschiedlichen Quellen versorgt werden, müssen die 0-V-Kreise aller Geräte und der Konsole kombiniert werden, um dies zu ermöglichen Ausgleich ihrer Potenziale erreichen. Wenn diese Anforderung nicht erfüllt ist, kann die Fernbedienung intermittierend mit Geräten kommunizieren. Bei Verwendung eines Drahtes mit mehreren Twisted-Pair, kann bei Bedarf ein völlig freies Paar für die Potentialausgleichsschaltung verwendet werden. Außerdem ist es möglich, ein geschirmtes Twisted-Pair-Kabel zu verwenden, wenn keine Schirmerdung vorhanden ist.

Was ist zu beachten?

In den meisten Fällen wird der Strom, der durch die Potenzialausgleichsleitung fließt, als ziemlich klein angesehen. Wenn 0-V-Geräte oder die Stromquellen selbst an mehreren lokalen Masseschienen angeschlossen sind, kann die Potentialdifferenz zwischen verschiedenen 0-V-Stromkreisen mehrere Einheiten erreichen. Manchmal gegebenen Wert liegt bei mehreren zehn Volt, und der Strom, der durch die Potentialausgleichsschaltung fließt, ist ziemlich signifikant. Oft ist dies der Grund für eine instabile Verbindung zwischen Fernbedienung und Geräten. Dadurch können sie sogar versagen.

Daher ist es notwendig, eine Erdung des 0-V-Kreises auszuschließen oder diesen Kreis an einem bestimmten Punkt zu erden. Außerdem sollte die Möglichkeit einer Beziehung zwischen 0 V und dem Schutzleiterkreis, der in den in der Alarmanlage verwendeten Geräten vorhanden ist, berücksichtigt werden. Es sollte beachtet werden, dass es in Einrichtungen, in denen eine relativ schwierige elektromagnetische Umgebung typisch ist, möglich ist, sich mit einem abgeschirmten Twisted-Pair-Kabel mit diesem Netzwerk zu verbinden. Es bleibt zu betonen, dass sich in dieser Situation ein kleinerer Grenzbereich ergeben kann, weil die Kapazität des Drahtes als höher angesehen wird.

Montagemerkmale

Die Netzwerkkommunikation wird mit einem Twisted-Pair-Kabel der Kategorie 5 geleitet. Die Steuerungen sind nach der „Bus“-Topologie miteinander verbunden, d.h. sukzessive nacheinander.

Ein korrekter Netzwerkbetrieb (insbesondere bei langen Kabeln) ist nur möglich, wenn zwischen allen Transceivern nur eine Leitung besteht („Bus-Topologie“).

Bis zu 32 Geräte können in die Linie aufgenommen werden (für eine Standardladeeinheit oder mehr für - ¼ Last), und zwar beliebig über die gesamte Länge. Geräte müssen mit sehr kurzen Kabeln (nicht länger als 30 cm) an die Leitung angeschlossen werden, um Y-Splitting zu vermeiden.

In der Praxis kann diese Länge jedoch auf mehrere Meter erhöht werden. Das Problem einer komplexen Konfiguration lässt sich in den meisten Fällen mit Hilfe von Schnittstellen-Repeatern lösen.

Die Signalübertragungsleitungen müssen mindestens 50 cm von den Stromversorgungskabeln entfernt sein, insbesondere von den Lastkabeln. Außerdem sollten sie nicht mit diesen Kabeln oder Kabeln, durch die große Ströme fließen, im gleichen Geflecht verlegt werden, da. dies kann zu Störungen und Fehlern führen.

Der Schnittpunkt der Kraftlinien sollte in einem Winkel von 90 Grad liegen. Das Spleißen von Twisted-Pairs und die Verwendung von "Twists" ist verboten. Für die Verkabelung wird empfohlen, Kabel mit zwei bis vier verdrillten Adernpaaren zu verwenden, um:

• Verwenden Sie zusätzliche Drähte als Drainage;
• in der Lage sein, diese Leitungen mit anderen Geräten zu verwenden;
• arbeitet beispielsweise nach dem RS-422-Protokoll;
• eine Reserve haben, wenn eine Unterbrechung oder ein Kurzschluss auf dem Hauptpaar auftritt.

Der RS485-Standard gewährleistet den Betrieb von Geräten an einer bis zu 1,2 km langen Leitung. Dieser Wert ist das Maximum. In der Praxis empfiehlt sich die Verwendung von Leitungen nicht länger als 500 m. Beim Aufbau von Anlagen mit langen Leitungen ist besondere Sorgfalt bei der Auswahl eines Kabels mit geeignetem Querschnitt zu beachten.

Das verwendete Kabel muss am 120-Ohm-Abschlusswiderstand am anderen Ende der Leitung mindestens 0,2 V liefern, wenn der Senderausgang 2 V beträgt. Kabel mit einem kleineren Querschnitt als 22 AWG werden nicht empfohlen.

RS-485 ist ein Standard, der zuerst von der Electronic Industries Association angenommen wurde. Bisher berücksichtigt diese Norm die elektrischen Eigenschaften verschiedener Empfänger und Sender, die in verschiedenen symmetrischen Digitalsystemen verwendet werden.

Was repräsentiert er?

Unter Fachleuten ist RS-485 der Name einer ziemlich beliebten Schnittstelle, die in verschiedenen industriellen Prozesssteuerungssystemen aktiv verwendet wird, um mehrere Steuerungen sowie viele andere Geräte miteinander zu verbinden. Der Hauptunterschied zwischen dieser Schnittstelle und der ebenfalls weit verbreiteten RS-232 besteht darin, dass sie die gleichzeitige Kombination mehrerer Gerätetypen ermöglicht.

Mit Hilfe von RS-485 erfolgt ein schneller Informationsaustausch zwischen mehreren Geräten über ein einziges Zweidrahtleitung Kommunikation im Halbduplex-Modus. Es wird in der modernen Industrie häufig bei der Bildung von Prozessleitsystemen eingesetzt.

Reichweite und Geschwindigkeit

Mithilfe dieses Standards werden Informationen mit Geschwindigkeiten von bis zu 10 Mbit/s übertragen, wobei die maximal mögliche Reichweite direkt von der Geschwindigkeit abhängt, mit der Daten übertragen werden. Um die maximale Geschwindigkeit zu gewährleisten, können Daten daher nicht weiter als 120 Meter übertragen werden, während bei einer Geschwindigkeit von 100 kbps Informationen über mehr als 1200 Meter übertragen werden.

Anzahl der verbundenen Geräte

Die Anzahl der Geräte, die die RS-485-Schnittstelle kombinieren kann, hängt direkt davon ab, welche Transceiver im Gerät verwendet werden. Jeder Sender ist für die gleichzeitige Steuerung von 32 Standardempfängern ausgelegt, es muss jedoch beachtet werden, dass es Empfänger gibt, deren Eingangsimpedanz 50 %, 25 % oder sogar weniger als der Standard beträgt, und wenn solche Geräte verwendet werden, die Gesamtzahl der Geräte entsprechend erhöhen.

Konnektoren und Protokolle

Das RS-485-Kabel standardisiert kein bestimmtes Format von Informationsrahmen oder ein Austauschprotokoll. In den allermeisten Fällen werden genau dieselben Frames verwendet, die RS-232 verwendet, dh Datenbits, Stopp- und Startbits und gegebenenfalls ein Paritätsbit.

Der Betrieb von Austauschprotokollen in den meisten modernen Systemen erfolgt nach dem „Master-Slave“-Prinzip, d. h. ein Gerät im Netzwerk ist der Master und ergreift die Initiative, Anfragen zwischen allen Slave-Geräten zu senden, die sich in logischen Adressen unterscheiden. Das heute beliebteste Protokoll ist Modbus RTU.

Es ist erwähnenswert, dass das RS-485-Kabel auch keine bestimmte Art von Anschlüssen oder Entlöten hat, dh es kann Klemmenanschlüsse, DB9 und andere geben.

Verbindung

Meistens gibt es unter Verwendung dieser Schnittstelle ein lokales Netzwerk, das mehrere Transceiver gleichzeitig kombiniert.

Beim Anschließen von RS-485 müssen Sie die Signalkreise, die normalerweise als A und B bezeichnet werden, korrekt kombinieren. In diesem Fall ist die Polaritätsumkehrung nicht so schlimm, nur die angeschlossenen Geräte funktionieren nicht.

Bei der Verwendung der RS-485-Schnittstelle sollten Sie mehrere Merkmale ihres Betriebs berücksichtigen:

• Das optimalste Medium zur Signalübertragung ist ein Twisted-Pair-Kabel.
• Die Kabelenden müssen mit speziellen Abschlusswiderständen abgeschlossen werden.
• Ein Netzwerk mit Standard oder USB RS-485 sollte störungsfrei betrieben werden
• Geräte sollten auf möglichst kurzer Länge angeschlossen werden.

Koordinierung

Die Verwendung von Abschlusswiderständen, Standard oder USB RS-485 bietet eine vollständige Anpassung des offenen Endes des Kabels an die nachfolgende Leitung, wodurch die Möglichkeit einer Signalreflexion vollständig ausgeschlossen wird.

Der Nennwiderstand der Widerstände entspricht dem Wellenwiderstand des Kabels und beträgt bei Kabeln auf Twisted-Pair-Basis in den meisten Fällen etwa 100-120 Ohm. Beispielsweise hat ein heute recht beliebtes UTP-5-Kabel, das beim Verlegen von Ethernet aktiv verwendet wird, eine charakteristische Impedanz von 100 Ohm. Für andere Kabeloptionen können einige andere Werte verwendet werden.

Bereits in den Endgeräten können bei Bedarf Widerstände auf die Kontakte der Kabelstecker gelötet werden. In seltenen Fällen werden Widerstände im Gerät selbst eingebaut, wodurch Brücken zum Anschluss des Widerstands installiert werden müssen. Wenn das Gerät in diesem Fall ausgeschaltet ist, ist die Leitung völlig falsch. Und um den normalen Betrieb des restlichen Systems zu gewährleisten, müssen Sie einen passenden Stecker anschließen.

Signalpegel

Der RS-485-Anschluss verwendet ein symmetrisches Datenübertragungsschema, d. h. die Spannungspegel an den Signalkreisen A und B ändern sich gegenphasig.

Der Sensor sollte bei Volllast einen Signalpegel von 1,5 V liefern, im Leerlauf maximal 6 V. Der Spannungspegel wird differentiell gemessen, jede Signalleitung relativ zur anderen.

Am Standort des Empfängers sollte der Mindestpegel des empfangenen Signals in jedem Fall mindestens 200 mV betragen.

Voreingenommenheit

Für den Fall, dass kein Signal auf den Signalkreisen anliegt, entsteht ein leichter Offset, der den Empfänger vor Fehlbedienung schützt.

Experten empfehlen einen Offset von etwas mehr als 200 mV, da dieser Wert der Eingangssignal-Unsicherheitszone nach Norm entspricht. In diesem Fall wird Stromkreis A auf den positiven Pol der Quelle gezogen, während Stromkreis B auf Masse gezogen wird.

Beispiel

Entsprechend dem erforderlichen Offset und der Versorgungsspannung erfolgt die Berechnung, wenn Sie beispielsweise bei Verwendung von Abschlusswiderständen R T = 120 Ohm einen Offset von 250 mV erhalten müssen, während die Quelle eine Spannung von 12 V hat dass in diesem Fall zwei Widerstände zueinander parallel geschaltet werden und ohne Rücksicht auf die Last auf der Empfängerseite der Bias-Strom 0,0042 A beträgt, während der Gesamtwiderstand des Bias-Kreises 2857 Ohm beträgt. R cm beträgt in diesem Fall ungefähr 1400 Ohm, daher müssen Sie einen möglichst nahe liegenden Wert wählen.

Als Beispiel wird ein 1,5-kΩ-Vorspannungswiderstand sowie ein externer 12-Volt-Widerstand verwendet. Zusätzlich gibt es in unserem System einen isolierten Ausgang der Reglerstromversorgung, der das führende Glied in seinem Schaltungssegment ist.

Natürlich gibt es viele andere Optionen zum Implementieren von Bias, die einen RS-485-Konverter und andere Elemente verwenden, aber in jedem Fall müssen Sie beim Platzieren von Bias-Schaltungen berücksichtigen, dass der Knoten, der sie bereitstellt, regelmäßig ausgeschaltet wird oder kann sogar irgendwann vollständig aus dem Netzwerk entfernt werden.

Wenn eine Vorspannung vorhanden ist, ist das Potenzial von Stromkreis A bei vollem Leerlauf positiv in Bezug auf Stromkreis B, was eine Richtlinie ist, wenn ein neues Gerät an ein Kabel ohne Drahtmarkierungen angeschlossen wird.

Fehlverdrahtung und Verzerrung

Die Umsetzung der obigen Empfehlungen ermöglicht eine normale Übertragung elektrischer Signale an verschiedene Punkte im Netzwerk, wenn das RS-485-Protokoll als Grundlage verwendet wird. Wenn mindestens eine der Anforderungen nicht erfüllt ist, kommt es zu Signalverzerrungen. Die auffälligsten Verzerrungen treten auf, wenn die Datenübertragungsrate 1 Mbit / s überschreitet. Tatsächlich wird jedoch dringend empfohlen, diese Empfehlungen auch bei niedrigeren Geschwindigkeiten nicht zu vernachlässigen, selbst wenn das Netzwerk "bereits normal funktioniert. "

Wie programmieren?

Während der Programmierung verschiedene Anwendungen Wenn Sie mit Geräten arbeiten, die einen RS-485-Splitter und andere Geräte mit dieser Schnittstelle verwenden, müssen Sie einige wichtige Punkte berücksichtigen. Lassen Sie uns sie auflisten:

• Bevor die Zustellung des Pakets beginnt, ist es zwingend erforderlich, den Sender zu aktivieren. Trotz der Tatsache, dass die Ausgabe nach bestimmten Quellen sofort nach dem Einschalten erfolgen kann, empfehlen einige Experten, zunächst eine Pause einzulegen, die zeitlich der Übertragungsrate eines Frames entspricht. In diesem Fall hat das richtige Empfangsprogramm Zeit, die Fehler des Übergangsvorgangs vollständig zu bestimmen, die Normalisierungsprozedur durchzuführen und den nachfolgenden Datenempfang vorzubereiten.
• Nachdem das letzte Datenbyte ausgegeben wurde, wird außerdem empfohlen, eine Pause einzulegen, bevor das RS-485-Gerät ausgeschaltet wird. Dies liegt insbesondere daran, dass der Serial-Port-Controller oft zwei Register gleichzeitig hat, von denen das erste ein paralleler Eingang ist und zum Empfangen von Daten bestimmt ist, während das zweite ein Shift-Ausgang ist und für die serielle Ausgabe verwendet wird. Alle Controller-Sendeunterbrechungen werden erzeugt, wenn das Eingangsregister leer ist, wenn die Information bereits an das Schieberegister geliefert, aber noch nicht ausgegeben wurde. Aus diesem Grund ist es notwendig, nach einer Unterbrechung der Sendung eine gewisse Pause einzuhalten, bevor der Sender abgeschaltet wird, die etwa 0,5 Bit länger sein sollte als der Rahmen. Für genauere Berechnungen wird empfohlen, die technische Dokumentation des verwendeten Serial-Port-Controllers eingehend zu studieren.
• Da der Sender, der Empfänger und möglicherweise der RS-485-Konverter mit einer einzigen Leitung verbunden sind, akzeptiert der eigene Empfänger auch Übertragungen von seinem eigenen Sender. Es kommt häufig vor, dass in Systemen, die durch wahlfreien Zugriff auf die Leitung gekennzeichnet sind, Dieses Feature Wird verwendet, um zu prüfen, ob es keine Kollision zwischen zwei Sendern gibt. BEI Standardsysteme nach dem "Master-Slave"-Prinzip arbeitend, wird empfohlen, Interrupts vom Empfänger während der Übertragung vollständig zu schließen.

Konfiguration des Busformats

Diese Schnittstelle bietet die Möglichkeit, Geräte im "Bus"-Format zu kombinieren, wenn alle Geräte mit einem einzigen Adernpaar kombiniert werden. In diesem Fall muss die Kommunikationsleitung unbedingt durch Abschlusswiderstände der beiden Enden angepasst werden.

Um die Anpassung zu gewährleisten, werden in diesem Fall Widerstände eingebaut, die sich durch einen Widerstand von 620 Ohm auszeichnen. Sie werden immer auf dem ersten und letzten an der Linie angeschlossenen Gerät installiert. In der überwiegenden Mehrzahl moderner Geräte ist zudem ein Abschlusswiderstand eingebaut, der bei Bedarf durch Einbau einer speziellen Steckbrücke auf der Geräteplatine mit der Leitung verbunden werden kann.

Da die Jumper im Auslieferungszustand zunächst installiert sind, müssen Sie diese zunächst bei allen Geräten entfernen, jeweils bis auf das erste und letzte an der Leitung angeschlossene. Bei den Speisetrennern des Typs S2000-PI wird der Abschlusswiderstand für jeden einzelnen Ausgang über einen Schalter zugeschaltet, während sich die Geräte S2000-KS und S2000-K durch einen eingebauten Abschlusswiderstand auszeichnen, wodurch der Abschlusswiderstand gegeben ist zum Anschluss ist kein Jumper erforderlich.

Um eine längere Kommunikationsleitung bereitzustellen, wird empfohlen, spezialisierte Repeater-Repeater zu verwenden, die mit einer vollautomatischen Umschaltung der Übertragungsrichtung ausgestattet sind.

Sternkonfiguration

Abgriffe in der RS-485-Leitung sind unerwünscht, da in diesem Fall eine recht starke Verzerrung des Signals auftritt, sind aber aus praktischer Sicht bei geringer Länge des Abgriffs tolerierbar. In diesem Fall ist die Installation von Abschlusswiderständen an einzelnen Abzweigen nicht erforderlich.

Wenn in einem RS-485-Verteilungssystem, das von einer Fernbedienung gesteuert wird, letztere und die Geräte an dieselbe Leitung angeschlossen sind, aber von unterschiedlichen Quellen versorgt werden, müssen die 0-V-Kreise aller Geräte und der Fernbedienung kombiniert werden um deren Potentialausgleich zu gewährleisten. Wenn ein diese Anforderung nicht beachtet wird, kann die Fernbedienung in diesem Fall eine instabile Verbindung mit Geräten haben. Soll ein Kabel mit mehreren verdrillten Adernpaaren verwendet werden, kann ggf. ein völlig freies Paar für die Potentialausgleichsschaltung verwendet werden. Unter anderem ist es auch möglich, abgeschirmtes Twisted Pair zu verwenden, falls keine Schirmerdung vorhanden ist.

Was ist zu beachten?

In den allermeisten Fällen ist der Strom, der durch die Potenzialausgleichsleitung fließt, recht gering, wenn jedoch 0-V-Geräte oder die Netzteile selbst an mehrere lokale Masseschienen angeschlossen sind, kann die Potenzialdifferenz zwischen verschiedenen 0-V-Kreisen mehrere Einheiten betragen. und in einigen Fällen sogar mehrere zehn Volt betragen, während der Strom, der durch die Potentialausgleichsschaltung fließt, ziemlich beträchtlich sein kann. Das ist, was ist gemeinsame Sache die Tatsache, dass zwischen der Fernbedienung und den Geräten eine instabile Verbindung besteht, wodurch diese sogar ausfallen können.

Aus diesem Grund ist eine Erdung des 0-V-Kreises auszuschließen oder maximal an einer bestimmten Stelle zu erden. Auch die Möglichkeit einer Beziehung zwischen 0 V und dem Schutzleiterkreis der in der Alarmanlage verwendeten Geräte muss berücksichtigt werden.

In Einrichtungen, die sich durch eine eher schwierige elektromagnetische Umgebung auszeichnen, ist es möglich, dieses Netzwerk über ein geschirmtes Twisted-Pair-Kabel anzuschließen. In diesem Fall kann eine kürzere Entfernungsgrenze vorliegen, da die Kapazität des Kabels höher ist.

Zum Fernbedienung Objekte oder die Überwachung der Parameter von Sensoren aus der Leitwarte ist derzeit weit verbreitet persönliche Computer. In der Industrie wird für diese Zwecke die RS485-Schnittstelle verwendet, die es ermöglicht, bis zu 32 Transceiver per Twisted Pair über eine Entfernung von bis zu 1200 Metern mit einer Geschwindigkeit von bis zu 10 Mbit / s zu verbinden. Sie können mehr über diese Schnittstelle in Alles wäre gut lesen, aber Computer sind nicht mit solchen Schnittstellen ausgestattet. Die RS232-Schnittstelle und das bei modernen Computern ist eher selten zu finden. Aber ein USB-Anschluss ist an fast jedem vorhanden.

Der Autor gibt ein praktisches Diagramm des virtuellen Adapters USB-Anschluss im RS485. Sowie RS485 zum seriellen USART-Port, der im PIC18F8720 und vielen anderen Mikrocontrollern zu finden ist. Abb1. Das Schöne an einem virtuellen USB-Anschluss ist das Software Auf dem Computer können Sie wie für den RS232-Anschluss schreiben. Und das bedeutet, dass es möglich sein wird, den Port mit einem Steuerelement wie MSComm zu verwalten. In diesem Artikel wird das Steuerprogramm des Computers nicht berücksichtigt, daher senden wir Daten vom Computer über das COMPump-Terminal. Detaillierte Beschreibung Die Arbeit mit diesem Terminal wurde in dem Artikel besprochen Virtueller USB/ RS-232-Anschluss, die Treiberinstallation wurde ebenfalls in dem Artikel besprochen. Aus Softwaresicht unterscheidet es sich nicht von USB / RS485, obwohl RS232 ein Vollduplex-Transceiver und RS485 ein Halbduplex ist.

Der USB / RS485-Treiber unterscheidet sich also von USB / RS232, indem er den DD2-Chip fig1 im Artikel ADM213EARS durch einen D103-Chip vom Typ SN75176 fig1 dieses Artikels ersetzt. Dieser Chip ist ein kompletter Halbduplex RS485 Transceiver, der Ausgangstreiber ist für einen Strom von +-60mA ausgelegt. Der Mikroschaltkreis verfügt über eine eingebaute Überhitzungsschutzvorrichtung auf dem Niveau von 150 g.S. Minimale Eingangsimpedanz 12k, Eingangsempfindlichkeit 200mV. und Eingangshysterese 50mV. Der Algorithmus für den Betrieb des Empfängers und Senders ist in den Tabellen 1.2 angegeben. Mit dem virtuellen Treiberchip D101 (FT232BM) können Sie den SN75176-Chip anschließen, ohne die Softwareschnittstelle zu ändern, und mit dem RS485-Port im Halbduplexmodus arbeiten. Die einzige Nuance, die bei der Entwicklung eines Programms auf einem Computer berücksichtigt werden sollte, ist, dass Sie während der Übertragung eines Bytes über die Schnittstelle das übertragene Byte im Empfänger erhalten, das sogenannte Echo. Die RS485-Schnittstelle ist für den Anschluss von Transceivern mit Twisted Pair über eine Entfernung von bis zu 1200 Metern ausgelegt, aber bei starken Interferenzen sollte der Draht im Schirm verlegt werden.

Tabelle 1. Sender

Tabelle 2. Empfänger

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Anstelle des Steuergeräts muss zusätzlich ein D3-Transceiver-Chip (SN75176) verbaut werden. Da wir den Treiber für den Mikrocontroller also selbst schreiben, schalten wir mit Pin 39 des Ports PORTJ4 von Empfang auf Senden um. Im Diagramm von Abbildung 1 fungiert der D2-Chip als 10-Bit-Analog-Digital-Wandler. Das im HEX-Format angegebene Programm ist in Tabelle 3 dargestellt.

Der Algorithmus seiner Arbeit ist der folgende. Programmieren Sie alle 21 µs. liest Daten vom Eingang des ADC und schreibt in einen internen Puffer, der aus 79 Bytes besteht. Nach etwa 1,7 ms. Der Puffer wird vollständig gefüllt und der Vorgang wiederholt sich. Um diesen Puffer von einem Computer auszulesen, ist es notwendig, die Adresse dieses Geräts zu senden. In unserem Fall ist dies 0x0A. Nach Erhalt der Adresse sendet der Mikrocontroller 79 Bytes an den Computer. Eine Adressierung ist erforderlich, wenn mehr als ein Steuerobjekt an die RS485-Leitung angeschlossen werden soll.

Das ganze Gerät wurde bis auf den Mikrocontroller auf einem Steckbrett hergestellt. Dazu ist es notwendig, eine Leiterplatte herzustellen, um die Zuleitungen daran anlöten zu können. Da dieser Mikrocontroller ein TQFP80-Gehäuse mit einer Größe von 12 x 12 mm hat und 80 Pins hat. Die in Abbildung 2 gezeigte Leiterplatte besteht aus einseitigem Fiberglas mit einer Dicke von 0,5 mm und einer Größe von 35 x 35 mm. Es ist wünschenswert, diese Mikroschaltung mit einer Luftlötstation zu löten.