Vmesnik RS 485: opis

V tem članku bomo preučili široko uporabljen standard za industrijska omrežja. Govorimo o vmesniku RS 485. Predstavimo njegov opis, tehnične lastnosti in primerjavo z dvema drugimi priljubljenimi vmesniki - RS 232, RS 422.

Opredelitev pojma

Vmesnik RS 485 (okrajšava dekodiranja: Priporočeni standard 485) je standard fizičnega sloja (električni in fizični medij za prenos informacij) za asinhroni vmesnik (računalniško vozlišče, namenjeno za organiziranje komunikacije z drugimi elektronskimi, digitalnimi napravami). Tehnična literatura vključuje tudi naslednje ime vmesnika RS 485: Electronic Industries Alliance-485.

Ta standard ureja električne parametre večtočkovne poldupleksne diferencialne komunikacijske linije (njen tip je "skupna vodila"). Danes je vmesnik zelo priljubljen na ustreznih področjih industrije. Kaj se lahko razlikuje predvsem? Postala je osnova za oblikovanje celotne kompleksne družine industrijskih omrežij, ki se uporabljajo v industrijski avtomatizaciji.

Zdaj za dvojno ime. Vmesnik RS 485 je nastal kot rezultat sodelovanja dveh korporacij: Združenja za telekomunikacijsko industrijo in Združenja za elektronsko industrijo. Prej je EIA uporabljala oznako RS za svoj razvoj ("priporočeni standard" v angleščini).

Vendar je korporacija to predpono zamenjala z EIA / TIA, da bi omogočila preprosto identifikacijo ustvarjalcev standarda. Še vedno pa mnogi inženirji raje uporabljajo nekdanjo oznako RS pri svojem delu, tehničnih izdelkih.

Opis vmesnika

Za obravnavo pretvorniškega vmesnika RS 485 / RS 232 (slednjega smo na kratko predstavili v zaključku članka) morate poznati osnovne parametre. Analizirajmo najpomembnejše:

• Razpon in hitrost. Vmesnik omogoča prenos informacij s hitrostjo do 10 Mb / s. Največje območje bo odvisno od hitrosti.
• Število povezanih naprav. Število naprav, priključenih na eno linijo, je odvisno od vrste uporabljenega oddajnika. Ena je zasnovana za krmiljenje 32 standardnih sprejemnikov.
• Priključki in protokoli. Razvit standard ne standardizira formatov protokolov izmenjave in kod z informacijami. Zakaj se pogosto uporabljajo pretvorniki vmesniki RS 232 / RS 485? Enaki okvirji se uporabljajo za prenos informacijskih bajtov: zaustavitvenih in začetnih bitov, paritetnih bitov in podatkovnih bitov. V večini sistemov bodo protokoli delovali kot glavni podrejeni. Kako to izgleda? Ena od naprav avtoceste je izvoljena vodilna. Izmenjavo sproži s pošiljanjem ustreznih zahtev podrejenim napravam. Slednje se razlikujejo po logičnih naslovih.

Tehnične značilnosti vmesnika

RS 485 je ena parica žic, ki se uporablja za sprejem in prenos podatkov. V nekaterih primerih jo spremlja skupna žica ali pregledna poteza.

Podatki se posredujejo z diferenciranimi signali. Logična enota je napetostna razlika med vodniki ene polarnosti, nič pa napetostna razlika med prevodniki druge polaritete.

Kaj je pomembno vedeti o razdelilniku vmesnika RS 485? Standard sam oblikuje samo svoje električne in začasne (vmesne) lastnosti. Vendar pa standard ne bo določal naslednjega:

• Vrste kablov in priključkov.
• Protokol Exchange
• Različni protokoli kakovosti signala (normalna raven odbojev in popačenja v dolgih črtah).
• Galvanska izolacija komunikacijske linije.

Značilnosti začasne in električne

Tu so značilnosti popularnega industrijskega vmesnika RS 485, ki je pomemben za inženirje:

• V enem segmentu omrežja - do 32 oddajnikov.
• Najdaljše trajanje enega segmenta omrežja: 1200 metrov.
• Naenkrat je lahko aktiven samo en oddajnik.
• Največje dovoljeno število vozlišč v omrežju je 256 (ob upoštevanju števila trunk ojačevalnikov).
• Vrste oddajnikov: potencial in diferencial.
• Sprememba izhodne in vhodne napetosti na progah A in B je predstavljena na naslednji način: Ua (Ub) od –7 V do –12 V (oziroma +7 V do +12 V).

Značilnosti hitrosti izmenjave podatkov, določanje dolžine celotne linije:

• 62,5 Kb / s - 1,2 tisoč metrov (uporablja se en par).
• 375 Kb / s - 500 metrov (uporablja se en par).
• 500 Kb / s
• 1000 Kb / s
• 2400 Kb / s - 100 metrov (uporabljata se dva sukana para).
• 10.000 Kb / s - 10 metrov.

Pomembna opomba za vmesnik RS 485. Standard določa samo naslednje hitrosti: 62,5 Kb / s, 2400 Kb / s, 375 Kb / s. Pri vseh ostalih (več kot 500 Kb / s) je priporočljiva uporaba zvitih parov z zaslonom.

Zdaj pa se obrnemo na zahteve, določene za končno stopnjo. To mora biti vir napetosti z majhnim uporom: | U o | = 1,5: 5,0 V (ne manj kot 1,5 V in ne več kot 6,0 V). Tukaj sledi naslednje:

• Stanje logičnega "1": Ua je manjša od Ub - MARK, OFF. V tem primeru je histereza 200 mV.
• Stanje logičnega "0": Ua je večje od Ub - SPACE, ON. V tem primeru je histereza tudi 200 mV. Moram reči, da proizvajalci naprav (vozniki, mikrovezja) izberejo manjše kazalnike - histerezo od 10 mV.
• Izhodna stopnja mora biti sposobna vzdržati kratkostične načine delovanja in imeti najvišji izhodni tok 259 mA, omejevalno vezje izhodne moči, hitrost povečanja izhodnih signalov 1,2 V / μs.

Pri uporabi razdelilnika vmesnika RS 485 je pomembno tudi poznavanje zahtev za vhodno stopnjo. To je diferencialni vhod z veliko vhodno impedanco. Njegove mejne značilnosti: od +200 mV do -200 mV. Naslednje pomembne informacije:

• Vhodni signal je predstavljen z diferenčno napetostjo (Ui +0,2 V in več).
• Dovoljeno območje (glede na tla) vhodne napetosti: interval od -7 do +12 V.
• Če želite izvedeti, kakšne so ravni sprejemnika vhodnega odra, glejte stanje oddajnika izhodne stopnje.

Značilnosti signala

Pri opisu povezave RS 485 podajamo te informacije. Za prenos signala standard določa naslednje vrstice:

• Neinvertirna A.
• Obračanje B.
• Nič, neobvezna splošna vrstica C.

V skladu s standardom je določeno tudi naslednje:

• V _{A je} večji od V _B. Neenakost ustreza logičnemu 0. To je aktivno stanje vodila.
• V _{A je} manjša od V _B. Neenakost ustreza logični 1. Zato je to neaktivno stanje vodila.

Pri opisovanju pogojev vodila bo uporabljena inverzna logika. In logika unipolarnih signalov na izhodu sprejemnika in vhod oddajnika ne bo določena.

Čeprav je zgornja definicija zelo nedvoumna, se pogosto pojavlja zmeda o tem, kako pravilno označiti neinvertne in invertne linije - A ali B. Da se izognemo (pri povezovanju RS 485), inženirji uporabljajo različne simbole. Na primer, "minus" in "plus".

Medtem ko večina proizvajalcev še vedno upošteva zahteve standarda. Neinvertirna linija je označena s simbolom A. Skladno s tem bo visoka raven signala na vhodu oddajnika ustrezala stanju V _A > V _B na vodilu. Tudi neenakost bo enako visoka raven signala, ki ga opazimo na izhodu sprejemnika.

Zamik in poravnava

Kaj je še pomembno vedeti v nadaljevanju razdelilnika RS 485? Vabimo vas, da naslovite tudi informacije o motnjah, ki se lahko pojavijo v komunikacijski liniji.

In to je tisto, kar je pomembno vedeti o izkrivljanju. Z dolgim ​​trajanjem komunikacijske linije se pogosto pojavljajo učinki dolgih vrstic. Koren problema je v porazdeljenih induktivnih in kapacitivnih lastnostih kablov. Kaj pride na koncu? Signal, ki se prenaša na linijo s katerim koli vozliščem, se začne izkrivljati zaradi trajanja širjenja v njem (črta). Obstajajo kompleksni resonančni pojavi.

Ker se kabel po svoji dolžini razlikuje po isti zasnovi, enaki porazdeljeni parametri linearne induktivnosti in kapacitivnosti, bo ta lastnost označena s posebnim parametrom. To je značilna impedanca.

Če je na enem koncu kabla povezan upor z uporovnim uporom, ki je enak impedanci linije, bo resonančni pojav postal precej šibkejši. Ime takšnega upora je terminator. Pri omrežjih tipa RS 485 je nameščen na vsakem od konic dolgih črt, saj lahko sprejemata obe strani. Odpornost na valove najbolj priljubljenih sukanih parov CAT5 - 100 Ohm. Druge vrste imajo kazalnike 150 ohmov ali več. Ploščati ploski kabli - do 300 ohmov.

V praksi je vrednost upora izbrana in večja od karakteristične impedance, saj ohmski upor kabla včasih postane tako velik, da postane amplituda signala na sprejemni strani premajhna za stabilen sprejem. Obstaja ravnovesje med resonančnim in amplitudnim popačenjem, povečanjem vrednosti terminatorja in zmanjšanjem hitrosti vmesnika.

Razdelilniki RS 485 so široko uporabljeni aparati. Spet je smiselno, da se zavedamo, da je za prenos signala skozi povezano parico značilen drug vir signala njegovega popačenja. To so različne hitrosti širjenja nizkofrekvenčnih in visokofrekvenčnih signalov (slednja se bo nekoliko širila).

Da bi se izognili motnjam, mora komunikacijska linija dosledno zaobiti vse oddajnike. In še ena pomembna točka. Kabel z zvitim parom ne sme imeti dolge pipe (odseki kablov za povezavo z vozliščem). Izjema: uporaba repetitorjev vmesnikov, nizke hitrosti prenos podatkov (manj kot 9600 bps).

Če ni aktivnega oddajnika, se raven signala v linijah ne zazna. Da ne bi prišlo do situacije, ko je razlika med izhodoma B in A manjša od 200 mV (nedefinirano stanje), se lahko uporabi poseben tokokrog ali upori. Sprejemniki bodo sprejeli interferenčni signal v primeru, da stanje linij ni definirano. Da bi jih stabilizirali in prejeli kakovosten začetek, se včasih uporablja prenos servisnih sekvenc.

Značilnosti povezave

Poleg pretvornikov RS 485 želim podrobneje pojasniti povezavo. Na podlagi tega vmesnika je izdelano lokalno omrežje, ki združuje več oddajnikov.

Najpomembnejša stvar je, da pravilno povežemo signalne kroge z oznakama A in B. Ponovno polarnost ne bo strašna napaka. Toda naprava v tem primeru bo zavrnila delovanje.

Pri povezovanju priporočamo, da upoštevate naslednja priporočila strokovnjakov:

• Medij za prenos signala je kabel s parico.
• Na koncih kabelskega vtiča so potrebni končni upori (v 120 ohmih).
• Omrežje je postavljeno brez vej, z avtobusno topologijo.
• Naprave so priključene na kabel z najkrajšimi možnimi žicami.

Primeri uporabe

Pretvorniki RS 485 so običajni na industrijskem področju. Upoštevajte tudi omrežne protokole, ki uporabljajo ta standard:

• Visoka raven nadzora podatkovne povezave.
• ModBus.
• LanDrive.
• IEC 60870-5.
• DMX512.

Na osnovi RS 485 so zgrajena naslednja industrijska omrežja:

• ModBus.
• LanDrive.
• ProfiBus DP.

Priporočila za programiranje

Področje uporabe RS 485 pretvornika vmesnikov je široko. V tem razdelku se bomo bolj osredotočili na programiranje tistih aplikacij za krmilnike, ki uporabljajo ta vmesnik za komunikacijo:

• Pred zagonom paketa se oddajnik izklopi. Potrebno je ohraniti pavzo, ki je enaka trajanju enemu okvirju (ali ga presega), vključno z začetnim in končnim bitom. Kaj je dobro? Sprejemnik bo imel čas za normalizacijo in popolno pripravo za prvi prenos podatkovnega okvira.
• Po izdaji zadnjega bajta informacij je priporočljivo, da počakate na premor, preden deaktivirate oddajnik. Kaj je razlog? Kontrolniki serijskih vrat imajo dva registra: izmenjevalni izhod za serijski izhod in vhod za prenos informacij. Prekinitev prenosa generira krmilnik samo, ko je vhodni register prazen. Izkazalo se je, da so informacije, ki so tu že navedene, že vpisane v register premikov, vendar še niso bile izdane. Zato mora od trenutka prekinitve do deaktivacije oddajnika nastati pavza. Ocenjeno trajanje je 0,5 bitov nad okvirjem. Za izračun natančnih vrednosti morate pregledati spremno dokumentacijo krmilnika zaporednih vrat.
• Ker sta oba sprejemnika in oddajnika tega vmesnika povezana z isto linijo, se pojavi posebna situacija. Sprejemnik sliši prenos podatkov iz svojega oddajnika. Če je za sistem značilen naključni dostop do linije, se ta funkcija uporablja za preverjanje odsotnosti "trkov" med dvema oddajnikoma. Če sistem deluje na principu master-slave, je v času prenosa priporočljivo zapreti prekinitev od sprejemnika.

Razlike med vmesniki RS 232, 422, 485

Primerjajmo te priljubljene standarde. Združuje vmesnike RS 232, RS 485, RS 422, ki jih uporabljajo za prenos digitalnih informacij. V tem primeru je 232 bolje znan kot COM vrata računalnika. Druga dva sta v industrijskem okolju pogosta povezava različnih naprav.

Razlike v RS 232, RS 485 je mogoče izslediti s predstavitvijo tehničnih značilnosti teh vmesnikov. Začnimo z 232:

• Vrsta prenosa podatkov: poln dupleks.
• Največja dolžina: 15 metrov pri 9600 bps.
• Stiki, ki sodelujejo pri delu: TxD, RxD, RTS, CTS, DTR, DSR, DCD, GND.
• Topologija: od točke do točke.
• Največje število priključenih naprav: eno.

Zdaj v primerjavi RS 232, RS 485, RS 422 naslednji vmesnik. To je 422:

• Vrsta prenosa podatkov: poln dupleks.
• Največja dolžina: 1200 metrov pri 9600 bps.
• Stiki, ki sodelujejo pri delu: TxA, TxB, RxA, RxB, GND.
• Topologija: od točke do točke.
• Največje število priključenih naprav: eno (deset v načinu prejemanja).

Pretvarjalci RS 232, RS 485 se primerjajo med seboj, na kratko pa opišemo zadnji vmesnik, glavni v naši zgodbi:

• Vrsta prenosa podatkov: poldupleks (tj. Dve žici) ali polno dupleks (štiri žice).
• Največja dolžina: 1200 metrov pri 9600 bps.
• Stiki, ki sodelujejo pri delu: DataA, DataB, GND.
• Topologija: večtočkovno.
• Največje število priključenih naprav: 32 (z repetitorji, njihovo število lahko naraste do 256).

To je vse, kar smo želeli povedati o vmesniku RS 485, ki se danes v industriji pogosto uporablja za prenos informacij med napravami in opremo. Za nekatere značilnosti je podoben sorodnim standardom, za nekatere (povezava, prenos podatkov, odpravljanje motenj) se bistveno razlikuje od njih.