Sučelje RS 485: opis

U ovom ćemo članku ispitati široko korišteni standard za industrijske mreže. Riječ je o sučelju RS 485. Predstavimo njegov opis, tehničke karakteristike, kao i usporedbu s još dva popularna sučelja - RS 232, RS 422.

Definicija pojma

Sučelje RS 485 (dekodiranje kratice: Preporučeni standard 485) je standard fizičkog sloja (električni i fizički medij za prijenos informacija) za asinkrono sučelje (računalni čvor dizajniran za komunikaciju s drugim elektroničkim, digitalnim uređajima). Tehnička literatura sadrži i sljedeće ime sučelja RS 485: Electronic Industries Alliance-485.

Ovaj standard regulira električne parametre višestruke poludupleksne diferencijalne komunikacijske linije (njezin tip je "zajednička sabirnica"). Danas je sučelje vrlo popularno u relevantnim područjima industrije. Što se prije svega može razlikovati? Ona je postala osnova za stvaranje cijele kompleksne obitelji industrijskih mreža koje se koriste u industrijskoj automatizaciji.

Sada za dvostruko ime. Sučelje RS 485 razvijeno je kao rezultat suradnje dviju korporacija: Udruge industrije telekomunikacija i Udruge elektronskih industrija. Ranije je procjena utjecaja na okoliš koristila oznaku RS za svoj razvoj („preporučeni standard“ na engleskom jeziku).

Međutim, korporacija je zamijenila ovaj prefiks EIA / TIA-om kako bi omogućila lako prepoznavanje tvoraca standarda. Ipak, mnogi inženjeri radije koriste nekadašnju oznaku RS u svom radu, tehničkim člancima.

Opis sučelja

Da bi se riješio sučelje pretvarača RS 485 / RS 232 (potonje ćemo ukratko predstaviti u zaključku članka), morate znati osnovne parametre. Analizirajmo najvažnije:

• Domet i brzina. Sučelje može omogućiti prijenos informacija brzinom do 10 Mbps. Maksimalni raspon ovisi o brzini.
• Broj povezanih uređaja. Broj uređaja spojenih na jednu liniju ovisi o vrsti korištenog primopredajnika. Jedan je dizajniran za upravljanje 32 standardna tipa prijemnika.
• Konektori i protokoli. Razvijeni standard ne standardizira formate protokola razmjene i kodova informacija. Zašto se često koriste pretvarači sučelja RS 232 / RS 485? Identični okviri se koriste za prijenos bajtova informacija: zaustavni i početni bitovi, bitovi parnosti i bitovi podataka. U većini sustava protokoli će raditi kao glavni rob. Kako ovo izgleda? Jedan od uređaja na autocesti izabran je na čelu. On pokreće razmjenu slanjem odgovarajućih zahtjeva na podređene uređaje. Potonji se razlikuju po logičkim adresama.

Tehničke karakteristike sučelja

RS 485 je jedan upredeni par žica, koji se koristi za primanje i prijenos podataka. U nekim slučajevima, to je popraćeno zajedničkom žicom ili moždanim udarom.

Ovdje se podaci prenose diferenciranim signalima. Logička jedinica je razlika napona između vodiča jednog polariteta, a nula je razlika napona između vodiča druge polarnosti.

Što je važno znati o RS 485 razdjelniku sučelja? Sam standard formira samo njegove električne i privremene (sučelje) karakteristike. Međutim, standard neće specificirati sljedeće:

• Vrste kabela i konektora.
• Protokol za razmjenu
• Različiti protokoli kvalitete signala (normalna razina refleksije i izobličenja u dugim crtama).
• Galvanska izolacija komunikacijske linije.

Značajke privremene i električne

Ovdje su karakteristike popularnog industrijskog sučelja RS 485 koje su važne za inženjere:

• U jednom segmentu mreže - do 32 primopredajnika.
• Najduže trajanje jednog segmenta mreže: 1200 metara.
• Istodobno može biti aktivan samo jedan odašiljač.
• Maksimalno dopušteni broj čvorova u mreži je 256 (uzimajući u obzir broj pojačala debla).
• Vrste primopredajnika: potencijalni i diferencijalni.
• Promjena izlaznih i ulaznih napona na linijama A i B prikazana je na sljedeći način: Ua (Ub) od -7 V do -12 V (odnosno, +7 V do +12 V).

Karakteristike brzine razmjene podataka, određivanje duljine cijele linije:

• 62,5 Kbps - 1.2 tisuća metara (koristi se jedna upredena parica).
• 375 Kbps - 500 metara (koristi se jedan par).
• 500 Kbps
• 1000 Kbps
• 2400 Kbps - 100 metara (koriste se dva upredena para).
• 10,000 Kbps - 10 metara.

Važna napomena za sučelje RS 485. Standard definira samo sljedeće brzine: 62,5 Kbps, 2400 Kbps, 375 Kbps. Za sve ostale (više od 500 Kbps), preporučuje se uporaba upletenih parova sa zaslonom.

Sada se okrećemo zahtjevima postavljenim za izlazni stupanj. To bi trebao biti izvor napona s malim otporom: | U o | = 1,5: 5,0 V (ne manje od 1,5 V i ne više od 6,0 ​​V). Odavde dolazi sljedeće:

• Stanje logičkog "1": Ua je manji od Ub - MARK, OFF. U ovom slučaju histereza je 200 mV.
• Stanje logičkog "0": Ua je veće od Ub - SPACE, ON. U ovom slučaju, histereza je također 200 mV. Moram reći da proizvođači uređaja (vozači, mikro-krugovi) biraju manje indikatore - histerezu od 10 mV.
• Izlazni stupanj mora biti u stanju izdržati modove kratkog spoja, kao i imati najveću izlaznu struju od 259 mA, strujni krug ograničenja izlazne snage, brzinu povećanja izlaznih signala od 1,2 V / μs.

Kada se koristi RS 485 razdjelnik sučelja, također je važno biti svjestan zahtjeva specificiranih za ulazni stupanj. To je diferencijalni ulaz koji ima visoku ulaznu impedanciju. Njegova granična svojstva: od +200 mV do -200 mV. Sljedeće važne informacije:

• Ulazni signal predstavlja diferencijalni napon (Ui +0,2 V i više).
• Dopušteni raspon ulaznog napona (u odnosu na tlo): interval od -7 do +12 V.
• Da biste saznali razine prijemnika ulaznog stupnja, pogledajte status odašiljača izlaznog stupnja.

Značajke signala

Opisujući vezu RS 485, dajemo ovu informaciju. Za prijenos signala standard definira sljedeće linije:

• Neinvertirajući A.
• Pretvaranje B.
• Nula, opcionalni opći redak C.

Prema standardu, određuje se i sljedeće:

• V _{A je} veći od V _B. Nejednakost odgovara logičkom 0. To je aktivno stanje sabirnice.
• V _{A je} manji od V _B. Nejednakost odgovara logičkom 1. Prema tome, ovo je neaktivno stanje sabirnice.

Pri opisivanju uvjeta sabirnice koristit će se inverzna logika. I logika unipolarnih signala na izlazu prijemnika i ulaz predajnika neće biti određena.

Iako je gornja definicija vrlo nedvosmislena, često postoji zbrka o tome kako ispravno označiti neinvertirajuće i inveracijske linije - A ili B. Da bi se to izbjeglo (pri povezivanju RS 485), inženjeri koriste različite simbole. Na primjer, "minus" i "plus".

No dok se većina proizvođača i dalje pridržava zahtjeva standarda. Linija bez invertiranja označena je simbolom A. Prema tome, visoka razina signala na ulazu odašiljača će odgovarati stanju V _A > V _B na sabirnici. Također, nejednakost će biti jednako visoka razina signala promatrana na izlazu prijemnika.

Pomak i poravnanje

Što je važno znati u nastavku teme o RS 485 razdjelniku? Pozivamo vas da također adresirate informacije o smetnjama koje se mogu pojaviti u komunikacijskoj liniji.

I to je ono što je važno znati o distorziji. Kada je komunikacijska linija duga, često se pojavljuju efekti duge crte. Korijen problema leži u distribuiranim induktivnim i kapacitivnim svojstvima kabela. Što na kraju izlazi? Signal koji se prenosi na liniju bilo kojim od čvorova počinje biti izobličen trajanjem propagacije u njemu (liniji). Postoje složene pojave rezonancije.

Budući da se kabel na svojoj duljini razlikuje po istom dizajnu, isti distribuirani parametri linearne induktivnosti i kapacitivnosti, ovo svojstvo će biti karakterizirano posebnim parametrom. To je karakteristična impedancija.

Ako je na jednom kraju kabela spojen otpornik s otporom jednakim impedanciji linije, tada će rezonantne pojave postati znatno slabije. Ime takvog otpornika je terminator. Za mreže tipa RS 485, postavlja se na svaki od vrhova dugih linija, budući da se mogu primati obje strane. Otpornost na valove najpopularnijih upletenih parova CAT5 - 100 Ohm. Ostale vrste imaju indikatore od 150 ohma ili više. Pločasti kabeli s trakom - do 300 ohma.

U praksi, vrijednost otpornika je odabrana i veća od karakteristične impedancije, budući da ohmski otpor kabela ponekad postaje toliko velik da amplituda signala na prijemnoj strani postane premala za stabilan prijem. Postoji ravnoteža između rezonantnog i amplitudnog izobličenja, povećanja vrijednosti terminatora i smanjenja brzine sučelja.

Razdjelnici RS 485 su široko korišteni uređaji. Opet, valja biti svjestan činjenice da je još jedan izvor signala njegove izobličenja karakterističan za prijenos signala kroz spojeni upleteni par. To su različite brzine širenja niskofrekventnih i visokofrekventnih signala (potonje će se nešto brže širiti).

Kako bi se izbjegla interferencija, komunikacijska linija mora dosljedno zaobići sve odašiljače. I još jedna važna točka. Kabel s upredenom paricom ne bi trebao imati dugačke slavine (odsjeci kabela za spajanje na čvor). Iznimka: korištenje repetitora sučelja, male brzine prijenos podataka (manje od 9600 bps).

Ako nema aktivnog odašiljača, razina signala u linijama nije otkrivena. Da bi se spriječila situacija u kojoj je razlika između izlaza B i A manja od 200 mV (nedefinirano stanje), može se primijeniti pomak pomoću posebnog kruga ili otpornika. Prijemnici će primiti signal smetnje u slučaju da stanje linija nije definirano. Da bi ih se stabiliziralo, da bi se primio kvalitetan početak, ponekad se koristi prijenos sekvenci usluga.

Značajke povezivanja

Osim konvertera RS 485, želim razraditi i vezu. Na temelju tog sučelja, konstruirana je lokalna mreža koja kombinira nekoliko primopredajnika.

Ovdje je najvažnije ispravno povezati signalne krugove označene s A i B. Ponovno polaritet neće biti strašna pogreška. Ali uređaj u ovom slučaju odbija funkcionirati.

Prilikom povezivanja preporučuje se imati na umu sljedeće preporuke stručnjaka:

• Medij za prijenos signala je kabel s upletenom paricom.
• Na krajevima utikača kabela potrebni su priključni otpornici (unutar 120 oma).
• Mreža se polaže bez grana, topologijom sabirnice.
• Uređaji su spojeni na kabel s najkraćim mogućim žicama.

Primjeri uporabe

RS 485 pretvarači su uobičajeni u industrijskom području. Razmotrite i mrežne protokole koji koriste ovaj standard:

• Upravljanje visokom razinom podatkovne veze.
• ModBus.
• LanDrive.
• IEC 60870-5.
• DMX512.

Na temelju RS 485 izgrađene su sljedeće industrijske mreže:

• ModBus.
• LanDrive.
• ProfiBus DP.

Preporuke za programiranje

Opseg primjene pretvarača sučelja RS 485 je širok. U ovom odjeljku više ćemo se usredotočiti na programiranje onih aplikacija za kontrolere koji koriste ovo sučelje za komunikaciju:

• Prije pokretanja paketa, predajnik je isključen. Potrebno je zadržati pauzu koja je jednaka trajanju od jednog okvira (ili je premašuje), uključujući početni i krajnji bit. Što je dobro? Prijamnik će imati vremena za normalizaciju i potpunu pripremu za prvi prijenos okvira podataka.
• Nakon izdavanja konačnog bajta informacija, također se preporučuje čekanje pauze prije deaktiviranja odašiljača. Koji je razlog? Kontroleri serijskih portova imaju dva registra: izlazni izlaz za serijski izlaz i ulaz za prijenos podataka. Prekid prijenosa generira regulator samo kada je njegov ulazni registar prazan. Ovdje se, ispostavlja se, informacije već nalaze u šifrantu, ali još nisu izdane. Stoga, od trenutka prekida do deaktivacije odašiljača, treba doći do stanke. Njegovo procijenjeno trajanje je 0,5 bita preko okvira. Da biste izračunali točne vrijednosti, morate pregledati prateću dokumentaciju kontrolera serijskog porta.
• Budući da su i prijemnik i odašiljač ovog sučelja spojeni na istu liniju, javlja se posebna situacija. Prijemnik čuje prijenos podataka iz vlastitog odašiljača. Ako je sustav karakteriziran slučajnim pristupom liniji, tada se ova značajka koristi za provjeru odsutnosti "sudara" između dva odašiljača. Ako sustav radi na principu nadređeni-podređeni, u vrijeme prijenosa, jednostavno je preporučljivo zatvoriti prekid iz prijemnika.

Razlike između sučelja RS 232, 422, 485

Usporedimo ove popularne standarde. Kombinira RS 232, RS 485, RS 422 sučelja koja se koriste za prijenos digitalnih informacija. U ovom slučaju, 232 je bolje poznat kao COM port računala. Druga dva su uobičajena u industrijskom okruženju za međusobno povezivanje raznih uređaja.

Razlike u RS 232, RS 485 mogu se pratiti prikazivanjem tehničkih karakteristika tih sučelja. Počnimo sa 232:

• Vrsta prijenosa podataka: full duplex.
• Maksimalna duljina: 15 metara pri 9600 bps.
• Kontakti koji su uključeni u rad: TxD, RxD, RTS, CTS, DTR, DSR, DCD, GND.
• Topologija: od točke do točke.
• Najveći broj povezanih uređaja: jedan.

Sada u usporedbi RS 232, RS 485, RS 422 sljedeće sučelje. Ovo je 422:

• Vrsta prijenosa podataka: full duplex.
• Maksimalna duljina: 1200 metara pri 9600 bps.
• Kontakti koji su uključeni u rad: TxA, TxB, RxA, RxB, GND.
• Topologija: od točke do točke.
• Najveći broj povezanih uređaja: jedan (deset u načinu primanja).

Uspoređuju se konverteri RS 232, RS 485. Ukratko ćemo opisati posljednje sučelje, glavno u našoj priči:

• Vrsta prijenosa podataka: polu-dupleks (tj. Dvije žice) ili puni dupleks (četiri žice).
• Maksimalna duljina: 1200 metara pri 9600 bps.
• Kontakti koji su uključeni u rad: DataA, DataB, GND.
• Topologija: više točaka.
• Najveći broj priključenih uređaja: 32 (s repetitorima, njihov broj može narasti do 256).

To je sve što smo htjeli reći o RS 485 sučelju, koje se danas u industriji koristi za prijenos informacija između uređaja i opreme. Za neke karakteristike je sličan srodnim standardima, za neke (veza, prijenos podataka, uklanjanje smetnji) se značajno razlikuje od njih.