Испытательные климатические камеры





+7 (499) 390-93-54
klimatkam@mail.ru

Стандарт RS-485

Одним из наиболее распространенных стандартов для интерфейса в автоматизации промышленных процессов является RS-485. Этот интерфейс есть практически на любом промышленном компьютере, промышленном контроллере, измерительном устройстве, в частности поддерживается измерителями-регуляторами из серии МЕТАКОН, устройствах для подсчета импульсов, реле времени и прочих устройствах. Стандарт используется в ряде сетевых протоколов, таких как LanDrive, HDLC, ModBus и других.

Стандарт определяет параметры физического уровня для асинхронного приемопередатчика. Стандарт также предполагает построение сетей на базе шинной топологии. RS-485 характеризуется повышенной помехоустойчивостью. Передача данных осуществляется в режиме полудуплекса.

Документом, регламентирующим данный интерфейс, является стандарт EIA-422/RS-485. Аналогичного российского документа не существует.

Далее дается ряд рекомендаций по использованию данного интерфейса.

RS-485 и RS-232

RS-232, асинхронный интерфейс, который нашел очень широкое распространение на персональных компьютерах, почти не применяется в решениях промышленной автоматизации. Это связано с целым рядом причин. Первая причина - это недостаточная защищенность от помех RS-232. Длина кабеля составляет всего несколько метров (максимальная длина – 15 метров, но максимальная скорость обеспечивается только при длине кабеля в 1,5 метра), что не пригодно для многих решений в области автоматизации.

Посредством RS-232 к персональному компьютеру подключаются разнообразные периферийные устройства, а также осуществляется низкоскоростная передача данных (сегодня почти полностью вытеснен стандартными интерфейсами типа USB и Ethernet, однако все еще может быть применен для подключения старого или нестандартного оборудования к ПК). Аналогично RS-485, RS-232 является асинхронным, передача информации производится по одному слову. Передача слова обязательно начинается стартовым битом и заканчивается стоповым битом, также возможно использование бита для проверки четности, передаются слова длиной от 5 до 8 бит. Соединение между устройствами бывают одного вида – «точка-точка», что является причиной того, что на основе данного интерфейса нельзя построить сеть для передачи информации.

Интерфейс стандарта RS-485 лишен перечисленных выше недостатков. Передача битов данных осуществляется посредством перепадов напряжения в 0,2-8 В. Данный интерфейс обеспечивает устойчивость линии к внешним помехам. Длина передающего кабеля может достигать 1 километра. Также возможно применение повторителей - усилителей сигналов - для увеличения дальности передачи. Как было упомянуто выше, стандарт предполагает возможность построения сети передачи данных. Устройства подключаются к сети параллельно, образуется так называемая мультиплексная шина. При этом кабель, который соединяет оборудование, является разделяемой средой. Также обеспечивается высокая скорость обмена данными.

Однако, в силу не востребованности интерфейса для бытового и офисного применения, на обычных компьютерах такой интерфейс, как правило, отсутствует. Однако существует решение данной проблемы, а именно преобразователь интерфейсов RS-485/232.

Рассмотрим пример такого устройства – преобразователь ПИ-485/232. Данное устройство производится научно-производственной фирмой «КонтрАвт». Он позволяет применить преимущества стандарта RS-485 для устройств, которые обладают интерфейсом RS-232. По сути, преобразователь преобразует сигналы обоих интерфейсов, обеспечивает гальваническую развязку между интерфейсами, показывает сигналы RS-232 (а именно передачу и прием, а также сигнал управления). Таким образом, обеспечивается прозрачное и безопасное взаимодействие в сети по стандарту RS-485.

На стороне RS-232 определяется направление передачи данных с помощью сигналов RTS. Данные передаются в режиме полудуплекса. Это означает, что информация передается в обе стороны, но не одновременно, то есть данные в один момент времени могут передаваться только в одну сторону.

Питание преобразователя осуществляется посредством сигнала DTR, поэтому обязательно наличие данного сигнала для функционирования системы. Максимальная скорость, которую поддерживает преобразователь – 19200 бит/с.

При установленном сигнале RTS передатчик осуществляет передачу данных. При сброшенном сигнале RTS данные могут быть приняты. Сигнал DTR, предназначенный для питания устройства, устанавливается программой, запускаемой на компьютере, сбрасывается по завершении работы этой программы.

Также существуют преобразователи, которые работают без управляющего сигнала для передатчика, автоматически. Однако они нуждаются в строгом указании параметров обмена данными. Необходимо четко указать скорость передачи данных, а также величину слова в битах, причем с учетом служебных битов. Это усложняет конфигурацию таких преобразователей.

Соединение устройства с компьютером осуществляется посредством прямого кабеля. На устройстве используется разъем DB9 с 9 контактами, со стороны компьютера может быть как разъем с 9 контактами, так и с 25 контактами разъем (DB25). В случае использования двух разъемов на 9 контактов кабель распаивается напрямую, то есть первый вывод одного разъема припаивается к первому выводу второго разъема. В данном случае также возможно использование стандартных кабелей. В случае использования 25-контактного разъема на компьютере необходимо использовать знать соответствие между контактами двух разъемов.

Энергетические показатели стандарта

Одна из важнейших характеристик устройства с интерфейсом RS-485 - величина нагрузки на сеть, которая возникает при подключении данного устройства. Эта величина измеряется во внесистемных единицах – Unit Load (UL). Каждое устройство потребляет то или иное количество UL, однако согласно стандарту суммарная нагрузка от всех устройств на сеть не должна быть выше, чем 32 UL. Существуют экономичные схемы передатчиков, потребляющих небольшие величины UL.

Направляющая среда

Направляющей средой по стандарту является экранированная витая пара. Это система из двух проводников, которые завиты с определенным шагом и окружены металлическим экраном для уменьшения помех извне и взаимных наводок. Волновое сопротивление такой линии составляет порядка 120 Ом. Экран в обязательном порядке заземляется. Место заземления стандарт не определяет, поэтому для заземления выбирается один из концов кабеля. В силу возможного напряжения между точками заземления оно производится только в одном месте, для того, чтобы по экрану не протекали значительные токи.

Стандарт не допускает большой длины ответвлений от кабеля к узлам сети. В целом предполагается, что длина этих ответвлений нулевая, однако на практике это недостижимо. Маленькие ответвления так или иначе имеются на участке от разъема до соответствующей микросхемы приемопередатчика.

На дальность обмена и его скорость сильное влияние оказывают характеристики применяемого кабеля. На основании паспортных данных кабеля (активное и волновое сопротивление проводящей среды, погонные параметры) и данных микросхемы, которая применяется в передающем устройстве можно рассчитать максимальную длину кабеля для разных скоростей передачи (чем выше скорость передачи, тем меньше максимальная длина кабеля из-за роста сопротивления витой пары при повышении частоты). При невысоких скоростях обмена основной составляющей затухания в кабеле является активная часть сопротивления кабеля. Кабель с проводниками диаметром в 0,35 мм, например, пригоден для низкоскоростной передачи на дистанцию до 600 м, для увеличения этого расстояния сечение провода следует пропорционально увеличить.

В случае обмена данными на более высоких скоростях обмена (от 19800 бит/с) следует рассматривать витую пару как длинную линию. По этой причине необходимо согласование концов витой пары. Это необходимо для того, чтобы отраженный сигнал не являлся помехой для основного, информационного сигнала. Для этого применяют резисторы с сопротивлением, которое равно волновому сопротивлению витой пары – так называемые терминаторы. В данном случае сопротивление этих резисторов равно 120 Ом, мощность, которую должен рассеивать данный резистор должна быть не менее чем 0,25 Вт. Они устанавливаются на концах кабеля между сигнальными проводами и поглощают сигнал, не позволяя ему отражаться от концов кабеля и создавать коллизии с информационным сигналом.

Рассматриваемое устройство ПИ-485/232 включает в себя терминатор, для его включения устанавливается перемычка между специальными контактами «T» и «T».

Возможные конфликты и их решения

Частым явлением в сети RS-485 является отсутствие передаваемых данных от всех узлов. Узлы только прослушивают линию. В данном случае устройства не способны определить состояние магистрали. Однако сразу по окончании передачи устройства различают в кабеле состояние, которое соответствует последнему биту, который был передан. Это равноценно появлению помехи. В большинстве случаев данная проблема решается посредством программных средств, однако есть решение и на аппаратном уровне. Для этого в линии необходимо создать определенный потенциал, который будет однозначно определять отсутствие передачи. Это реализуется посредством цепей смещения. Такие цепи входят в состав ПИ-485/232; включение данных цепей осуществляется посредством монтажа перемычек между специальными контактами («V+» и «V-»).

Кроме того, в рассматриваемой сети, из-за её шинной топологии возможны коллизии, то есть явления одновременной передачи от двух и более узлов. Данные явления возникают, если:

- неправильно используется протокол с несколькими ведущими устройствами, то есть когда несколько устройств сразу могут инициировать обмен данными;

- произошел сбой в самом устройстве;

- произошла передача данных при включении устройства.

Также иногда возникают трудности с оперативным решением такой проблемы (особенно для последних двух случаев). Это приводит не только к потере информации, но и к возможному перегреву и выходу устройств из строя. Данная проблема учтена в стандарте, поэтому специальная защита приемопередатчиков от коллизий не требуется. Для первого случая необходимо наличие программного разделения каналов между инициаторами. Программное обеспечение для рассматриваемого преобразователя не поддерживает режим работы с несколькими инициирующими устройствами.
tml>