Преимущества физического сигнала RS-485 перед сигналом RS-232

¾ Используется однополярный источник питания +5В, который используется для питания большинства электронных приборов и микросхем. Это упрощает конструкцию и облегчает согласование устройств.

¾ Мощность сигнала передатчика RS-485 в 10 раз превосходит мощность сигнала передатчика RS-232. Это позволяет подключать к одному передатчику RS-485 до 32 приёмников и таким образом вести широковещательную передачу данных.

¾ Использование симметричных сигналов, у которой имеется гальваническая развязка с нулевым потенциалом питающей сети. В результате исключено попадание помехи по нулевому проводу питания (как в RS-232). Учитывая возможность работы передатчика на низкоомную нагрузку, становится возможным использовать эффект подавления синфазных помех с помощью свойств "витой пары". Это существенно увеличивает дальность связи. Кроме этого появляется возможность "горячего" подключения прибора к линии связи (хотя это не предусмотрено стандартом RS-485). Заметим что в RS-232 "горячее" подключение прибора обычно приводит к выходу из строя СОМ порта компьютера.

Принцип работы RS-422

Каждый приёмопередатчик (драйвер) RS-485 может находиться в одном из двух состояний: передача данных или приём данных. Переключение драйвера RS-485 происходит с помощью специального сигнала. Например, на рис.3 показан обмен данными с использованием преобразователя АС3 фирмы Овен. Режим преобразователя переключается сигналом RTS. Если RTS=1 (True) АС3 передает данные, которые поступают к нему от СОМ порта в сеть RS-485. При этом все остальные драйверы должны находиться в режиме приёма (RTS=0). По сути дела RS-485 является двунаправленным буферным мультиплексированным усилителем для сигналов RS-232.

Рисунок 4 – Пример использования преобразователя Овен АС3

Многие фирмы изготовляют приемопередатчики RS485. Называют их обычно конверторы RS232 - RS485 или преобразователи RS232-RS485. Для реализации этих приборов выпускается специальные микросхемы. Роль этих микросхем сводится к преобразованию уровней сигналов RS232C к уровню сигналов RS485 (TTL/CMOS) и обратно, а также обеспечение работы полудуплексного режима.

Топология сети RS-485

Сеть RS-485 строится по последовательной шиной(bus) схеме, т.е. приборы в сети соединяются последовательно симметричными кабелями. Концы линий связи при этом должны быть нагружены согласующими резисторами- "терминаторами"(terminator), величина которых должна быть равна волновому сопротивлению кабеля связи.

Терминаторы выполняют следующие функции:

¾ Уменьшают отражение сигнала от конца линии связи.

¾ Обеспечивают достаточный ток через всю линию связи, что необходимо для подавления синфазной помехи с помощью кабеля типа "витая пара".

 

Рисунок 5 – Топология сети RS-485

Если расстояние сегмента сети превышает 1200 м или количество драйверов в сегменте более 32 штук, нужно использовать повторитель (repeater), для создания следующего сегмента сети. При этом каждый сегмент сети должен быть подключен к терминаторам. Сегментом сети при этом считается кабель между крайним прибором и повторителем или между двумя повторителями. Стандарт RS-485 не определяет, какой тип симметричного кабеля нужно использовать, но де-факто используют кабель типа "витая пара" с волновым сопротивлением 120 Ом.

Рисунок 5 – Промышленный кабель Belden 3106A для сетей RS-485

Рекомендовано использовать промышленный кабель Belden3106A для прокладки сетей RS-485. Данный кабель имеет волновое сопротивление 120 Ом и двойной экран витой пары. Кабель Belden3106A содержит 4 провода. Оранжевый и белый провод представляют собой симметричную экранированную витую пару. Синий провод кабеля используется для соединения нулевого потенциала источников питания приборов в сети и называется "общий"(Common). Провод без изоляции используется для заземления оплетки кабеля и называется "дренажный" (Drain). В сегменте сети дренажный провод заземляется через сопротивление на шасси прибора, с одного из концов сегмента, чтобы не допустить протекания блуждающих токов через оплетку кабеля, при разном потенциале земли в удалённых точках.

Достоинства стандарта RS-485:

¾ Хорошая помехоустойчивость.

¾ Большая дальность связи.

¾ Однополярное питание +5 В.

¾ Простая реализация драйверов.

¾ Возможность широковещательной передачи.

¾ Многоточечность соединения.

Недостатки RS-485:

¾ Большое потребление энергии.

¾ Отсутствие сервисных сигналов.

¾ Возможность возникновения коллизий.

Примеры применения RS-485

При автоматизации узлов учета расхода жидкости и газа, а также при автоматизации поверочных установок для расходомеров и счетчиков мы часто сталкиваемся с проблемой сбора данных от датчиков, сильно разнесенных в пространстве. Система обычно должна была собирать данные о температуре, давлении и плотности от удаленных источников и обрабатывать их по соответствующему алгоритму. В качестве центрального процессора мы применяли обыкновенный офисный компьютер, как в силу своей распространенности, так и чисто по экономическим соображениям.

Было решено, что целесообразнее всего применить несложные контроллеры, которые устанавливались бы непосредственно возле датчиков, производили измерения и передавали данные в компьютер по каналу связи. Выгоднее всего оказалось применить в качестве канала связи последовательный интерфейс, так как для этого требуется более дешевый кабель с меньшим числом проводов, что в свою очередь облегчает задачу гальванической развязки.

В начале наши системы строились на базе интерфейса RS-232, но ряд ограничений, налагаемых применением интерфейса, таких как небольшая дальность передачи данных (10 метров) и трудность при построении многоточечной сети при наличии в компьютере одного свободного COM-порта привели нас к применению интерфейса RS-485.

Программная реализация.

Клиенты сети подключаются простым подсоединением к витой паре с соблюдением полярности. В этом случае возможен конфликт, когда могут работать передатчики нескольких устройств. Он решается чисто программными методами. Дело в том, что при реализации интерфейса RS-485 существует главное устройство, именуемое хостом и устройства, которыми оно управляет - клиенты. Каждому клиенту обычно присваивается уникальный адрес. Клиенты изначально находятся в состоянии приема сигнала. Хост посылает в сеть команду, в начале которой указывается адрес клиента, которому она предназначается. Команда выполняется только в случае совпадения адреса клиента и адреса, указанного в самой команде. Остальные устройства находятся в пассивном состоянии.

Стандарт EIA RS-485 определяет только электрические и физические характеристики интерфейса. Программная же реализация определяется конкретным применением. В нашем случае удобнее всего было применить протокол обмена интерфейса RS-232. Временная диаграмма передачи байта

Рисунок 6 – Временная диаграмма передачи байта

1.Автоматизированная система управления подземным железнодорожным транспортом предприятий минерально-сырьевого комплекса Заполярного филиала ОАО «ГМК «Норильский никель» (АС ЖТ МСК ЗФ).

АС ЖТ МСК предназначена для управления технологическими процессами перевозки горной массы, людей, материалов и оборудования по горизонтальным откаточным выработкам, а также для автоматизированной комплексной обработки информации о ходе процесса перевозки на основе поддержки оперативных баз данных и обеспечения результатами обработки этой информации пользователей системы в удобной для них форме.

 

Рисунок 7 – Упрощенная структурная схема КТС рудника

АРМ – автоматизированное рабочее место;

ЦСУ – центральная станция управления;

ЛСКУ – локальная система контроля и управления стрелочным переводом.

Каждый стрелочный перевод с электрифицированным приводом оборудован следующими техническими средствами:

· контроллерная станция полевого управления на базе контроллера

Trolex – 1 шт.;

· электрогидравлический привод стрелочного перевода – 1 шт.;

· силовой шкаф электрогидравлического привода – 1 шт.;

· считыватель RFID – 3 шт.;

· датчик контроля занятости пути – 3 шт.;

· приемник команд машиниста – 1 шт.;

· пост местного управления – 1 шт.;

· предупредительное табло «Берегись поезда»;

· светофор положения (направления) стрелочного перевода (желто-синий) –

1 ÷ 3 шт.;

· светофор управления движением (красно-зеленый) – 1 ÷ 3 шт.

ЛСКУ обмениваются данными с центральной станцией управления (ЦСУ) по промышленной сети RS-485 с протоколом ModBus. Все ЛСКУ объединены в сеть по территориальному признаку сегментами до 32 устройств в каждом в соответствии со стандартом ModBus.

Каждый сегмент сети ModBus подключаются к коммутатору/преобразователю интерфейсов Moxa Nport S8000. В случае значительного удаления сегмента сети от коммутатора, подключение сегмента производится через конверторы Moxa TCF-142 с оптическим кабелем между ними.

Коммутатор/преобразователь интерфейсов Moxa Nport S8000 объединяет до четырех сегментов сети RS-485 с протоколом ModBus, преобразуя интерфейс-протокол полевой сети в интерфейс-протокол общепромышленной сети Ethernet-TCP/IP (три порта RJ-45 и 2 порта оптика).

Центральная станция управления подключается к локальным станциям контроля и управления и к верхнему уровню по сети Ethernet через коммутатор. В случае значительного удаления коммутатора от точки подключения к сети предприятия, подключение производится по оптическому кабелю.

2. Преобразователь измерительный разделительный ЕТ 7491

Преобразователь измерительный разделительный ЕТ 7491 с входной искробезопасной электрической цепью, устанавливается вне взрывоопасной зоны и предназначен для измерения, линейного преобразования и гальванического разделения непрерывных сигналов.

Вход - Аналоговый сигнал постоянного тока и цифровой сигнал (HART протокол);

Выход - Аналоговый сигнал постоянного тока и цифровой сигнал (последовательный интерфейс RS-485).