Рекомендуемый стандарт RS-485

⇐ ПредыдущаяСтр 12 из 18Следующая ⇒

Наиболее широко используемый интерфейс для промышленных сетей. Этот вариант является базовым в технике передачи данных для приложений промышленности, автоматизации строительства и управления приводами. В нем используется двухпроводная витая пара с экранированием или без. Подобен RS-422, но использует только одну пару проводов и поэтому работает в полудуплексном режиме.

Этот стандарт относится только к электрическим параметрам интерфейса и не оговаривает качество сигнала, синхронизацию, протоколы, назначение контактов разъемов и другие подобные вопросы. Максимально допустимая скорость передачи для двоичных данных достигает 10 Мбит/с. В соответствии со стандартом RS-485 несколько устройств соединяются сбалансированной витой парой. Устройства могут быть приемными, передающими или комбинированными. На обоих концах кабеля должны устанавливаться терминаторы (оконечные резисторы) с сопротивлением не менее 60 Ом (рис. 3.3).

Рис. 3.3. Структура интерфейса RS-485

Работа интерфейса аналогична работе тристабильной логической шины. Дифференциальный порог для приемников установлен на уровне 0.2В при допустимом диапазоне входных напряжений от -7В до +12 В по отношению к " земле" приемника. В этой конфигурации ни один из проводов не находится под потенциалом " земли". Перекоммутация контактов генератора или приемника эквивалентна инверсии значений бит.

Входной импеданс приемника и выходной импеданс передатчика в пассивном стоянии измеряется в единицах нагрузки, которые точно определены в стандарте. Передатчик должен обеспечивать питание до 32 единиц нагрузки и двух оконечных резисторов при полной эквивалентной нагрузке линии 54 Ом. Передатчик также должен выдерживать мощность, выделяемую при активном состоянии двух или большего числа передатчиков, часть из которых работает в режиме источника, а часть - в режиме потребления питания.

Стандарт на RS-485 предусматривает только 32 пары передатчик/приемник, но производители расширили возможности RS-485 протокола, так что теперь он поддерживает от 128 до 255 устройств на одной линии, а используя репитеры (повторители) можно продлевать RS-485/RS-422 практически до бесконечности.

DO- передаваемые данные, DI- принимаемые данные, OE- разрешение передачи, Ф – формирователь, П – приемник, R – согласующий резистор.

Формирователь представляет собой дифференциальный ТТЛ – передатчик (см. схему для RS-422). Приемник представляет собой дифференциальный усилитель с высоким входным сопротивлением.

По стандарту, формирователь рассчитан на подключение 32 приемников и двух согласующих резисторов.

Принцип работы сети RS485

Инициатором обмена может быть только одно устройство, которое называется ведущим. Остальные устройства, называемые ведомыми, работают в режиме «запрос-ответ». Формирователи имеют три состояния: «1», «0» и «Z»

Изначально все формирователи находятся в высокоомном состоянии - Z и все приемники настроены на прием.

Рассмотрим последовательность «ведущего» при обмене:

o разрешение передачи (сигнал Output-Enable);

o перевод устройства в состояние передачи;

o передача адреса ведомого устройства и команды;

o переход в состояние приема, ожидание ответа ведомого.

Рассмотрим последовательность действий «ведомого» при обмене:

o изначально настроенный на прием ведомый при получении адреса, совпадающий с его собственным, записывает следующую за адресом команду в регистр;

o выполнение команды;

o передача ответа и переход в состояние приема.

Из этого следует, что ведомое устройство самостоятельно не может инициировать обмен, и вся информация передается через ведущее устройство, а порядок обмена определяется программой ведущего устройства.

Преимуществом сети RS485 является дешевизна, простота монтажа и использования, а также детерминированность протокола.

Недостатки: относительно низкая пропускная способность и невозможность инициирования обмена любым устройствам.

УСТРОЙСТВА СВЯЗИ С ОБЪЕКТОМ

4.1. На примере модулей фирмы GRAYHILL.

УСО являются важными элементами систем сбора данных и управления. Они обеспечивают гальваническую развязку и нормализацию сигналов между устройствами обработки информации и периферией (ИП, исполнительные механизмы и т. д.).

Подразделяются на аналоговые и дискретные. Являются конструктивно-законченными, выполняющие вышеуказанные функции для одного или нескольких каналов.

Как правило, в специализированные платы, имеющие клеммные соединители для подвода внешних цепей. Такие платы называются монтажными панелями или оптопанелями (оптическая развязка).

Конструктивная особенность модулей и монтажных панелей позволяют быстро производить диагностику и замену вышедших из строя модулей.

Дискретные модули УСО.

Обеспечивают опрос датчиков с релейным выходом, концевых выключателей, контроль наличия напряжения в цепи и т. п.

Выходные модули формируют сигналы для управления пускателями, двигателями и прочими исполнительными устройствами.

Структурная схема модуля дискретного ввода:

Входным сопротивлением данного модуля является переменное напряжение (VAC).

RX – гасящий резистор, ограничивающий ток на заданном уровне, необходимом для питания светодиода - оптопары VT.

VD1-VD4 – двухполупериодный выпрямитель.

Транзисторная оптопара обеспечивает гальваническое разделение.

Схема обеспечения гистерезиса:

Где точка а – точка включения,

b – точка выключения.

Схема применяется для исключения дребезга, запитывается внешним напряжением питания +UП.

Выход типа «открытый коллектор». Диод VD5 применяется для защиты от переполюсовки.

Структурная схема модуля дискретного вывода:

J-информационный сигнал

Назначение: формирует сигналы для управления пускателями, контакторами и другими однофазными маломощными нагрузками.

Работа: для включения внешней нагрузки управляющее устройство формирует выходной логический сигнал, поступающий на вход модуля.

Диод VD2 предназначен для защиты входной цепи от переполюсовки, сопротивление RX ограничивает ток в цепи питания светодиода оптопары.

Сигнал с VT1 поступает на схему включения VD1, которая формирует управляющий сигнал для семистора.

Демпфирующая цепь сглаживает переходный процесс, возникающий при включении-выключении семисторов.

Нагрузка включается в разрыв цепи, идущее к источнику переменного напряжения.

Аналоговые модули УСО.

Предназначены для обеспечения ввода сигналов в устройства обработки информации и вывода сигналов для пропорционального управления исполнительных устройств. Должны обладать высокой точностью и линейностью, обеспечивать высокое напряжение изоляции.

Желательно, чтобы модули могли работать с различными источниками сигналов (терморезистор, термопара и т. д.)

AC – переменное напряжение;

DC – постоянное напряжение.

Структурная схема модуля аналогового ввода:

Данная схема предназначена для ввода сигнала тока в УОИ (устройство обработки информации).

Работа: Внешний сигнал тока создает падение напряжения на нормирующем сопротивлении RН. Это напряжение фильтруется, усиливается и с помощью ПНЧ (преобразователь «напряжение-частота») сигнал напряжения преобразуется в сигнал частоты.

Транзисторная оптопара осуществляет гальваническую развязку и формирует выходной сигнал.

УОИ подсчитывает количество импульсов за фиксированное время.

Далее этот сигнал частоты в УОИ преобразуется в сигнал другого вида (как правило, в цифровой код).

Схема запитывается напряжением +5В от УОИ, внутри модуля DC/DC конвертор осуществляет гальваническое разделение для питания цепей, гальванически связанных со входными цепями.

Структурная схема модуля аналогового вывода:

Предназначен для вывода аналогового сигнала, для пропорционального управления исполнительными устройствами.

Данный модуль преобразует сигнал частоты или последовательный цифровой код на входе в сигнал напряжения на выходе

Работа: на вход модуля поступает сигнал частоты, пропорциональный требуемому управляющему воздействию.

Сигнал усиливается транзистором VT1, гальванически изолируется с помощью транзисторной оптопары VT2. Преобразуется из последовательного кода в параллельный цифровой код в буфере. Буфер подсчитывает количество импульсов за определенное время.

Буфер – регистр сдвига, который накапливает цифровой код.

Пропорционально цифровому коду ЦАП формирует сигнал напряжения, который потом преобразуется в выходной сигнал тока, который нормализуется усилителем..

Питание модуля осуществляется от УОИ. Встроенный DC/DC конвертор осуществляет гальваническую развязку по питающей мощности.

4.2. УСО на примере устройств серии ADAM4000.

Устройство серии ADAM4000 представляет собой широкую номенклатуру интеллектуальных модулей, содержащих встроенные микроконтроллеры (интегральные).

Модули дистанционно управляются с помощью простого набора команд в ASCII-формате (формат американского стандартного кода), передаваемого по коммуникационному протоколу RS485.

Устройства серии ADAM 4000 имеют разнообразные назначения и в целом обеспечивают выполнение согласования сигналов, гальванического разделения, преобразования диапазонов, АЦП и ЦАП, сравнение данных и цифровая передача данных.

Программное конфигурирование.

Модули не предусматривают никаких перемычек или регуляторов для подстройки. Настройка диапазонов, выбор типа термопары, сопротивления и т. д. осуществляется выдачей соответствующей команды «ведущим» (компьютером). Все параметры конфигурации таким образом могут быть установлены дистанционно.

Благодаря наличию ЭСППЗУ (EEPROM) (электрически стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство) параметры конфигурации сохраняются при отключении питания.

Для того чтобы установить (назначить) адрес устройства, к «ведущему» подключают только это устройство, и ведущее устройство программирует адрес (в данном случае, только одному найденному ведомому).

После того, как всем ведомым назначены «уникальные» адреса их можно включать в одну сеть, конфигурировать и запускать в работу.

Модуль аналогового ввода на примере ADAM4012.

Предназначен для преобразования сигналов термопар и термосопротивлений, а также сигналов тока и напряжения в цифровой формат. Дополнительно модуль позволяет осуществлять подсчет низкочастотных импульсов и дискретно управлять внешними устройствами.

В соответствии с заданными параметрами конфигурации, при выполнении АЦП модуль выполняет перевод полученной цифровой информации в единицы физической величины, в дополнительный шестнадцатеричный код, либо в проценты шкалы рабочего диапазона.

При запросе со стороны «ведущего» модуль отправляет данные по RS485.

Рассмотрим работу модуля по его структурно-функциональной схеме, изображенной выше:

Выходной аналоговый сигнал поступает на +IN, - IN. Масштабируется усилителем, управляемым коэффициентом усиления.

Фильтруется с помощью фильтра нижних частот (ФНЧ), преобразуется в цифровой код и через оптическую развязку поступает в микроконтроллер.

Микроконтроллер преобразует данные в требуемый формат и сохраняет в регистре.

При поступлении запроса от «ведущего» на значение с аналогового входа, значение из регистра отправляется вместе с ответной посылкой через RS485. Модуль содержит два дискретных входа и один дискретный выход.

С помощью выходов можно управлять внешними устройствами такими, как твердотельное реле, пускатели и другое оборудование.

Дискретный вход может быть использован для подсчета внешних низкочастотных (НЧ) импульсов.

Питание от ±10В÷ +30В, преобразователь напряжения формирует 5В для питания цифровой схемы, а с использованием развязывающего трансформатора, выпрямителя и фильтра формируется питание для аналоговой части схемы.

⇐ Предыдущая 7 8 9 10 111213 14 15 16 Следующая ⇒