Корпорация exar представила новое семейство компактных приемопередатчиков с интерфейсом rs-485

Интерфейс RS 485, принцип действия, организация работы

В современной технике все большее значение приобретает обмен информацией между различными устройствами. А для этого требуется передавать данные как на небольшие расстояния, так и на значительные, порядка километров. Один из таких видов передачи данных – связь между устройствами по интерфейсу RS-485.

  1. Где необходимо передавать данные по RS 485.
  2. Интерфейс RS-232 — младший брат RS 485.
  3. Организация интерфейса RS-485.
  4. Порядок обмена данными между устройствами по RS-485.
  5. Требования к кабельным соединениям.

Где необходимо передавать данные по RS 485.

Один из самых распространенных примеров применения устройств для обмена данными – дистанционные системы учета электроэнергии. Электросчетчики, объединяемые в единую сеть, рассредоточены по шкафам, ячейкам распределительных устройств и даже подстанциях, находящимся на значительном удалении друг от друга. В этом случае интерфейс служит для отправки данных от одного или нескольких устройств учета.

Система «один счетчик – один модем» активно внедряется для передачи данных в службы энергосбытовых компаний от узлов учета частных домов, небольших предприятий.

Другой пример: получение данных от микропроцессорных терминалов релейной защиты в режиме реального времени, а также централизованный доступ к ним с целью внесения изменений. Для чего терминалы обвязываются через интерфейс связи аналогичным образом, а данные от него поступают в компьютер, установленный у диспетчера. В случае срабатывания защиты оперативный персонал имеет возможность сразу же получить информацию о месте действия и характере повреждения силовых цепей.

Компьютер же обменивается данными с контроллерами – устройствами, преобразующими команды от датчиков на язык, понятный машине, и обратное преобразование: от языка машины в команды управления. Связь с контроллером, а также – между разными контроллерами, осуществляется через интерфейсы связи.

Интерфейс RS-232 — младший брат RS 485.

Нельзя хотя бы коротко не упомянуть об интерфейсе RS-232, который еще называют последовательным. Разъем под соответствующий порт имеют некоторые ноутбуки, а некоторые цифровые устройства (те же терминалы релейной защиты) снабжаются выходами для связи с помощью RS-232.

Для того, чтобы обмениваться информацией, нужно уметь ее передавать и принимать. У RS-232 для этого есть передатчик и приемник сигналов. Они имеются в каждом устройстве. Причем выход передатчика одного устройства (TX) соединяется со входом приемника другого устройства (RX). И, соответственно, по другому проводнику аналогичным образом сигнал движется в обратную сторону.

При этом обеспечивается полудуплексный режим связи, то есть, приемник и передатчик могут работать одновременно. Данные по кабелю RS-232 могут в одно и то же время перемещаться и в одну, и в другую сторону.

Недостаток этого интерфейса – низкая помехозащищенность. Это происходит из-за того, что сигнал в соединительный кабель и на прием, и на передачу формируется относительно общего провода – земли. Любая наводка, существующая даже в экранированном кабеле, может привести к сбою связи, потере отдельных битов информации. А это недопустимо при управлении сложными и недешевыми механизмами, где любая ошибка – авария, а потеря связи – длительный простой.

Поэтому RS-232 в основном применяется для небольших временных подключений ноутбука к цифровому устройству, например, для установки начальной конфигурации или исправления ошибок.

Организация интерфейса RS-485.

Главное отличие RS-458 от RS-232 – все приемники и передатчики работают на одну пару проводов, являющуюся линией связи. Провод земли при этом не используется, а сигнал в линии формируется дифференциальным методом. Он передается одновременно по двум проводам («А» и «В») в инверсном виде.

Если на выходе передатчика – логический «0», то на проводник «А» выдается нулевой потенциал. На проводнике «В» формируется сигнал «не 0», то есть – «1». Если передатчик транслирует «1», получается все наоборот.

Техническая поддержка

Чем мы можем вам сегодня помочь?

Физические интерфейсы RS485 и RS422 Печать

Изменено: Ср, 27 Сен, 2017 at 9:32 AM

В современном мире, очень большое количество промышленного оборудования работает через физические интерфейсы, для связи.

Физический уровень — это канал связи и способ передачи сигнала (1 уровень модели взаимосвязи открытых систем OSI).

Рассмотрим несколько популярных интерфейсов: RS-485 и RS422

1. Интерфейс RS-485

RS-485 (Recommended Standard 485), также EIA-485 (Electronic Industries Alliance-485) — один из наиболее распространенных стандартов физического уровня для асинхронного интерфейса связи.

Название стандарта: ANSI TIA/EIA-485-A:1998 Electrical Characteristics of Generators and Receivers for Use in Balanced Digital Multipoint Systems.

Стандарт приобрел большую популярность и стал основой для создания целого семейства промышленных сетей, широко используемых в промышленной автоматизации.

Стандарт RS-485 совместно разработан двумя ассоциациями:

— Ассоциацией электронной промышленности (EIA — Electronic Industries Association)

— Ассоциацией промышленности средств связи (TIA — Telecommunications Industry Association)

Ранее EIA маркировала все свои стандарты префиксом «RS«

Многие инженеры продолжают использовать это обозначение, однако EIA/TIA официально заменил «RS» на «EIA/TIA» с целью облегчить идентификацию происхождения своих стандартов.

Стандарт определяет следующие линии для передачи сигнала:

C — необязательная общая линия (ноль)

Несмотря на недвусмысленное определение, иногда возникает путаница, по поводу того какие обозначения («A» или «B») следует использовать для инвертирующей и неинвертирующей линии. Для того, чтобы избежать этой путаницы часто используются альтернативные обозначения, например: «+» / «-«

Сеть, построенная на интерфейсе RS-485, представляет собой приемопередатчики, соединенные при помощи витой пары — двух скрученных проводов.

В основе интерфейса RS-485 лежит принцип дифференциальной (балансной) передачи данных. Суть его заключается в передаче одного сигнала по двум проводам. Причем по одному проводу (условно A) идет оригинальный сигнал, а по другому (условно B) — его инверсная копия. Другими словами, если на одном проводе «1», то на другом «0» и наоборот. Таким образом, между двумя проводами витой пары всегда есть разность потенциалов: при «1» она положительна, при «0» — отрицательна.

Именно этой разностью потенциалов и передается сигнал.

RS-485 — полудуплексный интерфейс. Прием и передача идут по одной паре проводов с разделением по времени. В сети может быть много передатчиков, так как они могут отключаются в режиме приема.

Несмотря на то, что интерфейс RS-485 двухпроводной, существует его четырех проводная реализация.

При этом интерфейс не становится полнодуплексным, он также является полудуплексным.

Четырехпроводная версия выделяет задающий узел (master), передатчик которого работает на приемники всех остальных.

Передатчик зада­ющего узла всегда активен — переход в третье состояние ему не нужен.

Передат­чики остальных ведомых (slave) узлов должны иметь тристабильные выходы, они объединяются на общей шине с приемником ведущего узла. В двухпроводной версии все узлы равноправны.

Сеть построенная на базе RS-485 поддерживает по стандарту до 32 устройств «единичной нагрузки»

На рынке широко представлены устройства с другими значениями «нагрузки» — 1/2(т.е. уже 64 устройства), 1/4 (128 устройств) от единичной нагрузки.

При построении таких линий, возникает достаточно много сложностей, поэтому необходимо обладать должными знаниями для их проектирования.

2. Интерфейс RS-422

Последовательный дифференциальный интерфейс RS-422 (Recommended Standard 422) по своим особенностям очень походит на другой интерфейс передачи данных в сети — RS-485.

Они могут электрически совмещаться между собой, но всё же есть ряд существенных отличий.

RS-422 является полностью дуплексным интерфейсом (full duplex), поэтому передача данных может одновременно осуществлять в обоих направлениях. Например, подтверждение приёма пакетов данных происходит одновременно с приёмом последующих пакетов.

Дуплексность обеспечивается за счёт того, что используется одновременно два приёмопередатчика, один из которых работает на приём, другой — на передачу.

В то время как RS-485 применяется для организации сети со множеством абонентов, RS-422 используется обычно для налаживания передачи данных между двумя устройствами на длинных дистанциях.

Это обуславливается тем, что RS-422 поддерживает создание только одномастерных сетей, в которых в качестве передатчика может выступать только одно устройство, а остальные способны лишь принимать сигнал.

Максимальная дальность действия интерфейса RS-422 точно такая же, как и у RS-485, и составляет 1200 метров.

Интерфейс RS -422 используется гораздо реже, чем RS -485 и, как правило, не для создания сети, а для соединения двух устройств на большом расстоянии.

Каждый передатчик RS -422 может быть нагружен на 10 приемников.

2.1. Подключение интерфейса счетчика Альфа A1800 с полнодуплексным интерфейсом к модему RX.

Данные счетчики подключаются к модему RX по 4-х проводному интерфейсу RS422. Но не смотря на то, что в документации на этот счетчик, интерфейс называется 4-х проводной RS485, на самом деле это RS422.

Читайте также  Как делается проводка под натяжные потолки?

Полнодуплексным типом интерфейса комплектовались счетчики до 2008 года. На данный момент практически все данные счетчики полудуплексные, но для точности лучше уточнить у поставщика или производителя.

3. Особенности

Несмотря на схожесть интерфейсов RS-485 и RS-422 они не совместимы друг с другом.

Нельзя к прибору с одним типом интерфейса подключать устройства или приборы с другим типом интерфейса.

Удобная, надежная передача данных с RS-422 и RS-485

В данной статье представлено введение в интерфейсы RS-422 и RS-485 и объясняется, почему вы можете захотеть использовать их в своих проектах.

Связанная информация

  • Зачем и как использовать дифференциальную передачу сигналов
  • Технология двойной буферизации UART, дружественная к прерываниям

Большинство из нас знакомы с RS-232 – надежным, но неудобным стандартом, который навсегда связан с нашими воспоминаниями обо всё более устаревающем последовательном порте на компьютере. Вы можете быть менее знакомы с RS-422 и RS-485, которые действительно (как следует из названия) связаны с RS-232.

Однако не делайте ошибку, полагая, что эти более новые стандарты разделяют с ним характеристики, которые делают RS-232 настолько несовместимым с современными электронными системами. RS-422 и RS-485 являются основными улучшениями в теме RS-232; и тот, и другой может быть хорошим выбором для вашего следующего канала цифровой связи.

Во-первых, RS-422 или RS-485

Эти два стандарта обычно группируются вместе потому, что у них очень много общего. Но они, конечно, не идентичны, а устройства RS-422 и RS-485 не являются полностью взаимозаменяемыми. Во-первых, я расскажу о значительных различиях между этими двумя стандартами. Затем, в остальной части статьи, мы сможем сделать упрощение, ссылаясь к ним как «RS-422/485».

Оба стандарта (и RS-422, и RS-485) позволяют использовать несколько устройств на шине (т.е. вы не ограничены одним передатчиком и одним приемником). Однако RS-422 может использоваться только для многоабонентской шины, т.е. дифференциальная пара может иметь несколько приемников, но только один передатчик.

С RS-422 и одной дифференциальной парой вы получаете одностороннюю передачу (от ведущего к ведомым). Если ведомый должен иметь возможность отвечать мастеру, вам понадобится другая дифференциальная пара (и эта пара также будет иметь только один активный передатчик).

Максимальное количество приемников на двухпроводной шине RS-422 равно 10 (ну, вроде. смотрите ниже обсуждение «единичных нагрузок»).

С другой стороны, с RS-485 вы можете иметь реальную многоточечную систему, где «точка» вместо «абонента» означает, что одна дифференциальная пара может поддерживать несколько передатчиков, а также несколько приемников.

Эта шина RS-485 обеспечивает двунаправленную связь, но она полудуплексная. Если вы хотите получить полный дуплекс, вам понадобится вторая дифференциальная пара.

RS-485 также увеличивает емкость шины до 32 устройств.

(На самом деле, это не так просто – стандарт указывает максимум 32 «единичные нагрузки», но вы можете подключить гораздо больше 32 устройств, используя микросхемы RS-485, которые представляют собой на шине лишь малую долю единичной нагрузки. Это немного сложно, и честно говоря, это тот момент, когда я начинаю терять интерес. Но если вы более упорны, чем я, то можете прочитать подробности здесь.)

Полностью укомплектованная шина RS-485 представляет собой высокопроизводительный интерфейс. В дополнение к преимуществам, рассмотренным далее в этой статье, вы можете иметь множество приемопередатчиков, которые используют одни и те же два провода, а любое устройство на шине может отправлять данные на любое другое устройство на шине.

Другим важным моментом является то, что RS-485 является важным расширением RS-422. Другими словами, RS-485 добавляет и улучшает функциональность, но не конфликтует ни с чем в стандарте RS-422. Таким образом, устройство RS-485 может использоваться в сети RS-422, но устройства RS-422 не обязательно совместимы с существующей сетью RS-485.

Основы

RS-422/485 представляет собой четырех- или двухпроводный, полнодуплексный или полудуплексный, дифференциальный, среднескоростной последовательный интерфейс, который поддерживает многоабонентскую (RS-422) или многоточечную (RS-485) архитектуру шины. Вот некоторые комментарии к этим характеристикам:

  • Вы не можете передавать и получать одновременно по одной и той же дифференциальной паре, поэтому двухпроводная версия ограничена полудуплексом. Полнодуплексная работа возможна, когда шина включает в себя две дифференциальные пары.
  • Хотя базовый приемопередатчик RS-422/485 не ограничивает вас конкретным форматом последовательных данных, очевидным выбором здесь является UART (универсальный асинхронный приемник/передатчик), потому что в основном мы работаем с одной дифференциальной парой между передатчиком и приемником – у нас нет дополнительных линий для сигнала выбора ведомого (как в SPI) или для тактового сигнала (как в I2C).
  • Информация передается через симметричные дифференциальные сигналы. Таким образом, RS-422/485 обеспечивает все преимущества, связанные с повышенной помехоустойчивостью, уменьшенной генерацией ЭМП (электромагнитных помех), более низким энергопотреблением, более высокой скоростью. Здесь вы можете подробнее о дифференциальной передаче сигналов. Выходной дифференциальный сигнал, генерируемый передатчиком RS-422/485 от Maxim Integrated.
  • Возможно, «средняя скорость» – это слишком щедрое заявление в эту эпоху USB соединений 5 гигабит/секунду. Но на самом деле, вы не можете указать одну максимальную скорость передачи данных для RS-422/485, потому что на ограничение скорости, при котором связь становится ненадежной, влияют параметры системы.
    • Основной фактор здесь – это длина кабеля; в этом примечании к применению от Texas Instruments говорится, что скорость передачи данных, умноженная на длину кабеля в метрах, должна быть не более 108. Таким образом, согласно этому правилу, шина с очень коротким кабелем может обрабатывать скорость 100 Мбит/с; но это примечание к применению от Maxim указывает, что обоснованный верхний предел составляет примерно 50 Мбит/с. Но опять же, Intersil и Linear Technology продают приемопередатчики RS-422/485, рекламируемые со скоростью 100 Мбит/с, поэтому справедливо предположить, что эта скорость передачи данных возможна, если у вас есть и правильные микросхемы, и благоприятные условия шины.

Мне это нравится

Характеристики RS-422/485 – большие длины кабелей, устойчивость к шуму и т.д. – делают его отличным выбором для промышленного применения. Однако часть моей задачи в данной статье – продемонстрировать, что RS-422/485 является хорошим выбором для многих электронных и электромеханических систем, даже если вам не нужны все функциональные возможности, которые он предлагает. Мой благосклонный взгляд на RS-422/485 основан, прежде всего, на трех соображениях: простота проектирования, отличная поддержка в технических описаниях микросхем и в примечаниях к применению, устойчивость к шуму.

Будь проще

Несмотря на многолетний опыт работы с различными протоколами последовательной связи, UART по-прежнему остается моим любимым. Он прост и надежен, он требует минимальных взаимосвязей, и я не удивлюсь, если обнаружу, что он поддерживается каждым микроконтроллером на рынке. Он может быть немного примитивен, но вы всегда можете написать прошивку для реализации любого управления потоком данным, идентификации устройства или проверки ошибок в вашем конкретном приложении.

В любом случае, я хочу сказать, что мне нравится использовать UART каждый раз, когда я могу, и RS-422/485 – отличный физический уровень для связи UART.

Поддержка со стороны экспертов

RS-422/485 включить в ваш проект просто: практически всё, что вам нужно, это микросхема конвертера/приемопередатчика, а их выбор велик. Эти устройства преобразуют типовые логические сигналы в дифференциальные сигналы RS-422/485, а также обрабатывают остальные докучливые детали, необходимые для обеспечения соответствия стандарту RS-422/485. И если вы не уверены в том, как точно спроектировать вашу конкретную шину связи, вы найдете множество рекомендаций в примечаниях к применению и в технических описаниях.

Проблемы с шумом не ограничиваются промышленными установками и авиационным оборудованием. Источники шума повсюду, и всегда полезно добавлять в ваши проекты устойчивости, особенно если у вас есть что-то вроде бесколлекторного двигателя постоянного тока прямо рядом с вашей платой. RS-422/485, в сочетании с некоторыми экранированными кабелями с витой парой, является эффективным, но относительно безболезненным способом проектирования помехоустойчивости в любой электронной системе.

Заключение

Я надеюсь, эта статья дала вам четкое представление о том, что такое RS-422/485, и почему он может быть хорошим интерфейсом связи для вашей следующей системы. В следующей статье я расскажу об электрических характеристиках и подробностях RS-422/485.

Что такое Modbus и RS-485 — максимально просто

Изучая оборудование систем Умный Дом мы постоянно сталкиваемся с упоминанием протокола Modbus и порта RS-485.

Например, у контроллера EasyHomePLC есть два порта RS-485 и два порта RS-232, у контроллера Wiren Board есть два порта RS-485, у контроллера Beckhoff CX-8080 есть порт RS-485 и порт RS-232. У различного оборудования есть возможность управления по протоколу Modbus: кондиционеры, вентустановки, модули ввода-вывода. А ещё программное обеспечение EasyHome связывается с контроллером по протоколу Modbus TCP. Что всё это означает? Значит ли это, что если у контроллера есть интерфейс Modbus, и у устройства есть такой интерфейс, они сразу заработают вместе? Многие так считают, но это неверно. Объясню максимально просто и понятно.

Читайте также  Как бесплатно смотреть аналоговый нтв+

Что такое RS-485

RS-485 — это стандарт физического уровня. Что это означает? Он определяет следующие параметры общения устройств:

  • связь кабелем «витая пара» по двум жилам
  • максимальная длина кабеля 1200 метров
  • дискретные сигналы (либо 1, либо 0)
  • если напряжение жилы А больше напряжения жилы В более, чем на 200 милливольт, то сигнал считается единицей. Если наоборот, то нулем
  • скорость общения может быть до 1 мегабита в секунду по одной витой паре и до 10 мегабит по двум витым парам
  • максимальный ток в шине 250 миллиампер
  • напряжение от -7 до +12 вольт постоянного тока
  • в один момент времени может передавать информацию только одно устройство в сети

То есть, стандарт подразумевает, что на 2-проводную шину (одну витую пару) можно подключить множество устройств. Он не описывает никакой язык общения оборудования.

Что такое RS-232

Другой стандарт, тоже по кабелю «витая пара». Не буду перечислять все параметры стандарта, он используется достаточно мало сейчас. В частности, все помнят мышки, которые подключались к компьютеру через широкий COM-порт, вот это как раз была связь по RS-232. К контроллерам EasyHomePLC и Beckhoff подключается GSM модем для приёма и отправки смс как раз через порт RS-232. Длина кабеля совсем небольшая.

Существуют переходники с RS-232 на RS-485 и обратно. Мы получаем возможность подключить на порт RS-232 что-то, что подключается по RS-485 или сделать длинную линию связи для устройств RS-232, поставив в начале линии переходник на 485, а в конце обратно.

Что такое Modbus

Переходим к более интересной вещи. Modbus — это уже протокол. Он определяет правила общения устройств. Например, он говорит, что одно устройство должно быть ведущим (master), а остальные ведомыми (slave). Ведущее посылает в шину связи сообщение определённого формата, в котором либо указан адрес нужного slave устройства, либо сообщение предназначено для всех устройств. Устройство slave, на которое отправлено сообщение, может ответить мастеру. Протокол регламентирует формат сообщения, его длину, возможные значения элементов сообщения. Есть также контрольная сумма, которая нужна для проверки того, что сообщение дошло неискажённым.

Но протокол Modbus не регламентирует, какими могут быть сами команды и какая среда передачи данных используется. Есть Modbus serial — это работа по RS-485 или RS-232, то есть, по одной перевитой паре кабелей. Есть Modbus TCP — это работа в компьютерной сети TCP/IP, где у каждого устройства есть IP адрес и порт.

Можно привести аналогию с человеческим общением. Среда передачи данных — это обычно звук. Стандарт подразумевает, что есть минимальная громкость и максимальная громкость, и громкость речи находится в этом диапазоне. Можно говорить по очереди, а можно одновременно. Есть некий диапазон скоростей передачи звуков, который может использоваться. Есть также диапазон частот звуков. Есть максимальное расстояние, на которое можно передавать звук. А можно общаться не звуком, а световыми вспышками, текстом, хлопками в ладоши или жестами. На каждый способ общения есть некий набор правил. Вот что определяет стандарт.

Протокол общения — это ещё не язык, нет. Протокол даёт нам такие понятия как то, что сообщение состоит из слов, разделяемых тишиной. Слова состоят из слогов. А ещё то, что в начале общения надо здороваться, а в конце прощаться. Говорить может только один в один момент времени. Как-то так.

И вот мы подошли к главному вопросу. У нас контроллер имеет порт (он же разъём, он же шлюз) RS-485 и в него программно заложена возможность общения по Modbus. Также у нас есть кондиционер, у которого также есть физический разъём RS-485 и в паспорте указана возможность работы по Modbus. Что это для нас значит? Это значит, что устройства теоретически могут работать совместно.
Как люди, имеющие возможность говорить, теоретически могут общаться. Для нас такая возможность подразумевает полноценное управление и контроль обратной связи. Но заставить их работать вместе не так просто. Нужно в контроллере написать драйвер для работы именно с этим устройством. Для этого в инструкции к устройству надо найти карту регистров, то есть, описание возможных команд устройства. Вот пример некоторых регистров для вентмашины:

[Request0]
Direction=read
Type=bit
Baudrate=115200
Address=1
Period=100
var0=3800#bool#SCo_Зима/

Мест
var2=3802#bool#SCo_Таймер
var3=3803#bool#SCo_Блокировка
var4=3804#bool#SCo_Пуск/

Пуск/Стоп var6=3806#bool#SCoРежимR2 var7=3807#bool#SCoРежимR3 var8=3808#bool#SCoРежимR4 var9=3809#bool#SCoРежимR5 var10=380a#bool#SCoРежим_R6

Чем сложнее устройство, тем вариантов команд больше. В вентмашине или кондиционере их может быть до сотни. Также по протоколу RS-485 мы можем общаться с инфракрасными приёмопередатчиками, генераторами, конвекторами, электрокарнизами, кондиционерами, термостатами, датчиками и различными элементами расширения контроллера на DIN рейку: модулями входов и выходов, диммерами.

Написать драйвер связи теоретически несложно, но это большая работа. Нужно предусмотреть нюансы работы техники, придумать удобный интерфейс управления и получения обратной связи, прописать в драйвере возможные коды ошибок. После подключения реального устройства может потребоваться доналадка, если не всё было учтено в инструкции или в драйвере. Стоимость этой работы может быть достаточно высокой, поэтому стоит обращать внимание на то, какие драйверы уже присутствуют в программном обеспечении, прилагаемом к контроллеру.

Например, в программном обеспечении EasyHome есть поддержка ИК-передатчиков ICPDas и Insyte, модулей связи с кондиционерами Mitsubishi и Daikin, конвекторов Varmann, счётчиков электричества Delta, блоков расширения Овен, Razumdom, Bolid, вентмашин Komfovent и ещё много чего. Нужно смотреть конкретные поддерживаемые модели, у разных моделей разные спецификации команд.

Есть устройства с поддержкой Modbus TCP, там нужно, чтобы оно было включено в локальную сеть, отдельный порт RS-485 контроллера не нужен.

К системам на Z-Wave напрямую ничего по Modbus не подключить, там нет такой возможности. Только используя промежуточный контроллер, который поддерживает и Modbus, и Z-Wave, например, Wiren Board.

Есть важная особенность работы устройств по Modbus. У Modbus есть устройство-мастер (это контроллер) и устройство-слейв (то, что к нему подключается). Слейв не может сам инициировать передачу данных, поэтому мастер постоянно опрашивает все подключенные к нему слейвы на предмет их состояния. Если у нас датчик подключен к дискретному входу устройства Овен МВ, то при изменении состояния датчика меняется состояние входа, но модуль не может сразу же сообщить об этом контроллеру, так как не может сам инициировать связь. Нужно дождаться, пока контроллер опросит этот модуль, тогда модуль отправит ему в ответ своё состояние и контроллер поймёт, что датчик изменил состояние и что-то сделает.

Что произойдёт, если на вход Овен МВ пришёл сигнал о сработке датчика, а потом датчик изменил состояние на первоначальное, а контроллер не успел его опросить? В программе модуля МВ есть счётчики количества сработок каждого входа, вот их-то контроллер и считывает, и видит, что было изменение.

Скорость опроса модулей контроллером ограничена, поэтому контроллер не мгновенно узнаёт о событии, это зависит от того, какая скорость опроса, насколько она оптимизирована, и сколько модулей расширения подключено к контроллеру. Если у нас очень много модулей, которых контроллер по очереди опрашивает, то весь цикл опроса занимает некоторое время, пока очередь нужного нам модуля не подойдёт, об изменении состояния мы не узнаем. А потом контроллер должен будет отправить нужную команду соответствующему модулю реле для изменения его состояния. У EasyHomePLC при количестве модулей расширения не более 5 максимальная задержка отрабатывания события не превышает 1.5 секунды, что достаточно быстро. Зависит от того, что опрашивалось в момент изменения состояния входа. У контроллеров Beckhoff связь между модулями расширения происходит по собственному протоколу связи, там независимо от количества модулей всё отрабатывает мгновенно.

Версии Modbus — TCP и RTU

Ещё раз обозначим разницу между версиями связи по ModBus.

Modbus RTU, он же Modbus Serial — работа по RS-485 или RS-232. Подключение устройств по витой паре, где контроллер мастер, а остальные устройства — слейвы, которые не могут сами инициировать связь. Самый распространённый вариант связи.

Modbus TCP или Modbus TCP/IP — общение устройств происходит по обычной компьютерной сети TCP/IP, включающей работу через интернет и через Wi-Fi. То есть, возможна связь между устройствами на любом расстоянии, когда оба подключены к интернет.

Есть ещё несколько разновидностей: Modbus RTU/IP (отличается от TCP наличием контрольной суммы), Modbus over UDP, Modbus Plus (собственный протокол фирмы Schneider Electric, в сети могут быть несколько мастеров).

Ещё небольшая статья про работу устройств по протоколу Modbus в системах Умный Дом: RS-485 Modbus в системах Умного Дома.

266,405 просмотров всего, 326 просмотров сегодня

Организация взаимодействия двух Master-устройств в сети RS-485

На действующем автоматизированном производстве регулярно встречаются ситуации, когда в уже существующую систему, содержащую Master-устройство, требуется добавить еще один Master. Направление информации в две системы бывает актуальным, например, при необходимости получения данных от электросчетчиков в системе учета сетевой организации и собственной системе мониторинга, при опросе приборов с протоколом Modbus для двух АСУ ТП и в ряде других случаев. Традиционно данную проблему решают приборы учета с двумя интерфейсами, а в случае с использованием промышленных датчиков — установка программируемого контроллера, передающего данные в две системы. Это легче реализовать, если система создается «с нуля». Но для уже работающих систем автоматизации такое изменение становится нетривиальной задачей, решение которой требует больших временных и финансовых вложений.

Рис. 1. Пример модуляции сигнала в линии RS-485

Для соединения в промышленности различного оборудования и опроса цифровых устройств чаще всего используется интерфейс RS-485. Это двунаправленный полудуплексный стандарт последовательной передачи данных, который не регламентирует протокол обмена, а затрагивает только физический уровень взаимодействия (электрические и временные характеристики интерфейса). RS-485 основывается на принципе дифференциальной передачи данных, т. е. когда сигнал на проводе A всегда равен своей инверсной копии на проводе B (рис. 1). Разность потенциалов является носителем информации. Такой способ передачи данных обеспечивает хорошую помехо­устойчивость — за счет того, что помеха на одном из участков линии, как правило, одинаково воздействует на оба провода. Максимальная длина сегмента линии RS-485 может достигать 1200 м (при скорости передачи до 62,5 кбит/с).

Реализация модуляции сигналов, представленная на рис. 1, предусматривает возможность использования множества приемопередатчиков данных, но сама передача данных может осуществляться в определенный момент только одним устройством. Как правило, роль ведущего устройства (Master), отправляющего запросы всем ведомым (Slave), заранее строго определена. Master поочередно инициализирует информационный обмен с ведомыми устройствами, которые самостоятельно этого сделать не могут. Иногда реализуются более сложные схемы, предусматривающие функционирование двух и более Master-устройств, когда с какой-то периодичностью они «договариваются» между собой, кто из них инициализирует опрос. Тем не менее, наиболее часто применяемый в промышленности протокол Modbus, а также большинство проприетарных протоколов приборов учета не имеют такой возможности и рассчитаны только на одно Master-устройство.

Для решения задачи по организации взаимодействия двух Master-устройств в сетях RS-485 вне зависимости от протокола обмена компания «Энергокруг» разработала маршрутизатор сети DevLink-M1 (рис. 2).

Рис. 2. Пример организации взаимодействия двух Master-устройств в сети RS-485 с помощью маршрутизатора DevLink-M1

По умолчанию DevLink-М1 в состоянии покоя «прослушивает» все интерфейсные линии, ожидая начала передачи данных от любого из подключенных устройств. Как только она начинается, маршрутизатор переходит в монопольный режим, соединяя активное опрашивающее устройство и шину RS-485 с ведомыми устройствами, а второе Master-устройство оказывается отключенным от шины. При этом анализируется направление передачи данных: после завершения передачи запроса DevLink-М1 еще какое-то время удерживает линию в монопольном режиме, ожидая ответа от клиентского устройства. После получения ответа тот передается инициализировавшему запрос Master-устройству, а маршрутизатор переводит линию в состояние покоя. В случае если ответ от клиентского устройства за отведенное время не приходит, маршрутизатор возвращается к состоянию «по умолчанию».

Помимо основных режимов работы, предусмотрен аварийный режим на случай отключения питания DevLink-М1. В данном режиме информация передается напрямую с интерфейса Primary Master к опрашиваемым устройствам. Второй Master оказывается в отключенном состоянии. При подаче питания маршрутизатор немедленно переключается в режим прослушивания линий.

Маршрутизатор интерфейсов выполнен на основе надежной элементной базы (средняя наработка на отказ составляет не менее 100 000 ч), способен работать при температурах –40…+70 °С. Устройство разработано и выпускается в России.

Среди успешных решений, созданных с использованием маршрутизатора интерфейсов DevLink-M1, можно привести такие разноплановые примеры, как:

  • опрос расходомеров из локальной и удаленной системы (АО «Газпром»);
  • система телеметрии на кораблях, опрос контроллера телеметрии двумя клиентами (АРМ оператора и контроллер системы автоматизации, г. Находка);
  • опрос теплосчетчика АРМ диспетчера магазина и АРМ поставщика услуг в магазинах «Леруа Мерлен»;
  • резервная схема опроса уровнемеров для нужд ООО «ЛУКОЙЛ-ИНФОРМ» (филиал в г. Когалым).

Таким образом, DevLink-M1 позволяет решить задачу организации взаимодействия двух Master-устройств для сетей RS-485 с минимальными издержками.

Интерфейс RS-485

Ранее широко распространенный интерфейс RS-232, кроме стандартности разъемов и сигналов, имеет жестко заданный алгоритм обмена и сетку стандартных скоростей, его функциональные возможности также весьма ограничены. Протокол RS-485 является стандартом интерфейса физического уровня и разработан в соответствии с требованиями современных технологий передачи данных. поддерживает многоточечные соединения, использует симметричную линию связи и дифференциальные сигналы, обеспечивая создание сетей с количеством узлов до 32 (для стандартного входного сопротивления 12 кОм) и передачу на расстояние до 1200 м. Использование повторителей RS-485 позволяет увеличить расстояние передачи еще на 1200 м или добавить еще 32 узла. поддерживает полудуплексную связь при топологии «общая шина» (рис. 3.1).

Алгоритм управления интерфейсом должен исключать одновременную работу двух передатчиков. Дифференциальные сигналы, формируемые передатчиком в симметричной линии связи (витой паре), могут быть амплитудой от ±1,5 В до ±5 В с синфазной составляющей для приемников от -7 В до +12В. В примере (рис. 3.2) показаны уровни сигнала в проводниках линии связи при передаче двоичной последовательности 1011101.

Рис. 3.2. Сигналы в линии связи

Уровни сигналов на порядок выше, чем в LVDS (единицы В). Это требует соответствующего повышения мощности приемопередатчиков и ограничивает на меньшем уровне максимальную скорость передачи сигналов. Как уже указывалось, протокол RS-485 не определяет алгоритмы взаимодействия при передаче данных. Это позволяет применять этот интерфейс как универсальное средство физического уровня в существующих телекоммуникационных технологиях. Применение определенных алгоритмов управления передачей данных может накладывать какие-либо дополнительные ограничения на параметры интерфейса. Например, управление доступом к общей линии связи (алгоритм «Token bus») для предотвращения одновременной работы нескольких передатчиков требует следующего ограничения скорости: максимальная длина сегмента в зависимости от скорости: скорость передачи (кбит/с) 9,6-187,5 500 1500 12000 длина сегмента (м) 1000 400 200 100

Так как многие устройства поддерживают логическую организацию интерфейса UART, для использования RS-485 выпускают ИС преобразователей интерфейса, например МАХ1480/МАХ1490. Это позволяет существенно расширить возможности стандартного интерфейса UART микроконтроллеров, не изменяя его логическую организацию. Пример структуры сообщения для такого применения интерфейса приведен на рис. 3.3.

Отсутствие ограничений на логическую организацию в RS-485 позволяет также использовать его с любыми протоколами канального уровня. Например, в комплексе средств SIMATIC NET (Siemens) RS-485 – это реализация физического уровня для протоколов AS и PROFIBUS.

Рис. 3.3. UART-кадр в интерфейсе RS-485

часто используется при создании современных локальных сетей различного назначения. Микросхемы интерфейса RS-485 выпускают многие фирмы мира. Однако несомненным лидером в разработке и выпуске новых микросхем драйверов является известная фирма MAXIM. В настоящее время фирма выпускает более 80 типов микросхем драйверов интерфейса RS-485/422. Версия интерфейса RS-422 использует такие же сигналы и средства их обработки, но предполагает передачу и прием сигналов по раздельным линиям связи и, следовательно, полный дуплексный режим обмена данными. Такая организация интерфейса предполагает либо структуру точка-точка, либо многоточечную структуру с единственным управляющим узлом.

Все микросхемы драйверов можно условно разделить на 4 группы: микросхемы с питанием +5 В, микросхемы с расширенным диапазоном питания от 3 до 5.5 В, низковольтные микросхемы с питанием 3.3 В и микросхемы со встроенной оптической изоляцией. Основные технические характеристики этих групп микросхем приведены в табл. 3.1 – 3.4 [www.rtcs.ru]. В табл. 3.1 приведены микросхемы драйверов интерфейса RS-485/422 с питанием +5 В

В табл. 3.1 – 3.4 приняты следующие обозначения: в колонке «Состояние RxD»: P — обозначает, что управляющий вход приемника переключает его либо в открытое состояние, либо переводит его в режим энергосбережения, O — означает, что управляющий вход только включает/выключает приемник; в колонке «Режим»: H — означает полудуплексный режим, т.е. интерфейс RS-485, F — обозначает полный дуплексный режим, т.е. интерфейс RS- 422.