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    自動化RS-485采用半雙工工作方式,支持多點數據通信

    2021-06-16 12:23:47

    工業現場經常要采集多點數據,模擬信號或開關信號,一般用到RS485總線,RS-485采用半雙工工作方式,支持多點數據通信。RS-485總線網絡拓撲一般采用終端匹配的總線型結構。即采用一條總線將各個節點串接起來,不支持環形或星型網絡。


    RS485無具體的物理形狀,根據工程的實際情況而采用的接口,RS485采用差分信號負邏輯,+2V~+6V表示"0",- 6V~- 2V表示"1"。

    RS485有兩線制和四線制兩種接線,四線制只能實現點對點的通信方式,現很少采用,現在多采用的是兩線制接線方式,這種接線方式為總線式拓樸結構在同一總線上最多可以掛接32個結點。


    485總線的通訊距離可以達到1200米。根據485總線結構理論,在理想環境的前提下,485總線傳輸距離可以達到1200米。其條件是通訊線材優質達標,波特率為9600,只負載一臺485設備,才能使得通訊距離達到1200米,所以通常485總線實際的穩定的通訊距離往往達不到1200米。如果負載485設備多,線材阻抗不合乎標準,線徑過細,轉換器品質不良,設備防雷保護復雜和波特率的提高等等因素都會降低通訊距離。

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    在一般場合采用普通的雙絞線就可以,在要求比較高的環境下可以采用帶屏蔽層的同軸電纜。在使用RS485接口時,對于特定的傳輸線路,從RS485接口到負載其數據信號傳輸所允許的電纜長度與信號傳輸的波特率成反比,這個長度數據主要是受信號失真及噪聲等影響所影響。


    理論上RS485的最長傳輸距離能達到1200米,但在實際應用中傳輸的距離要比1200米短,具體能傳輸多遠視周圍環境而定。在傳輸過程中可以采用增加中繼的方法對信號進行放大,最多可以加八個中繼,也就是說理論上RS485的傳輸距離可以達到9.6公里。如果真需要長距離傳輸,可以采用光纖為傳播介質,收發兩端各加一個光電轉換器,多模光纖的傳輸距離是5~10公里,而采用單模光纖可達50公里的傳播距離。


    1、485總線應采用什么樣的通訊線?一條總線上可以掛接多少臺設備?

    必須采用RVSP屏蔽雙絞線。所用屏蔽雙絞線規格,與485通訊線的距離和掛接的設備數量有關,如下表所示。采用屏蔽雙絞線有助于減少和消除兩根485通信線之間產生的分布電容以及來自于通訊線周圍產生的共模干擾。

    有人說,485總線可以帶128臺設備進行通訊。

    其實蘭州自動化并不是所有485轉換器都能夠帶128臺設備的,要根據485轉換器內芯片的型號和485設備芯片的型號來判斷,只能按照指標較低的芯片來確定其負載能力。一般485芯片負載能力有三個級別――32臺、128臺和256臺。此外理論上的標稱往往實際上是達不到的,通訊距離越長、波特率越高、線徑越細、線材質量越差、轉換器品質越差、轉換器電能供應不足(無源轉換器)、防雷保護越強,這些都會降低真實負載數量。

    工程商大都習慣采用5類網線或超5類網線作為485通信線,這是錯誤的。這是因為:

    (1 普通網線沒有屏蔽層,不能防止共模干擾。

    (2)不能用線徑太細的網線,會導致傳輸距離降低和可掛接的設備減少,至少0.4mm平方或用標準的網線。

    (3)網絡線為單股的銅線,相比多芯線而言容易斷裂。


    2、為什么要接地

    485收發器在規定的共模電壓-7V至+12V之間時,才能正常工作。如果超出此范圍會影響通訊,嚴重的會損壞通訊接口。共模干擾會增大上述共模電壓。消除共模干擾的有效手段之一是將485通訊線的屏蔽層用作地線,將機具、電腦等網絡中的設備地連接在一起,并由一點可靠地接入大地。


    3、485通信線應如何走線

    通信線盡量遠離高壓電線、日光燈等干擾源,通信線不能與電源線等干擾源避開時通信線應與電源線垂直,不能平行,更不能捆扎在一起,并采用質量高的雙絞線走線。


    4、、為什么485總線要采用手拉手結構,而不能采用星形結構?

    星形結構會產生反射信號,從而影響到485通信??偩€到每個終端設備的分支線長度應盡量短,一般不要超出5米。分支線如果沒有接終端,會有反射信號,對通訊產生較強的干擾,應將其去掉,在RS485設備兩頭接有120Ω終端電阻。


    5、485總線上設備到設備之間可以有接點嗎?

    在同一個網絡系統中,使用同一種電纜,盡量減少線路中的接點。接點處確保焊接良好,包扎緊密,避免松動和氧化。保證一條單一的、連續的信號通道作為總線。


    6、什么叫共模干擾和差模干擾?如何消除通訊線上的干擾?

    485通信線由兩根雙絞的線組成,它是通過兩根通信線之間的電壓差的方式來傳遞信號,因此稱之為差分電壓傳輸。差模干擾在兩根信號線之間傳輸,屬于對稱性干擾。消除差模干擾的方法是在電路中增加一個偏值電阻(球機中的匹配電阻),并采用雙絞線;共模干擾是在信號線與地之間傳輸,屬于非對稱性干擾。消除共模干擾的方法包括:

    (1)采用屏蔽雙絞線并有效接地。

    (2)強電場的地方還要考慮采用鍍鋅管屏蔽。

    (3)布線時遠離高壓線,更不能將高壓電源線和信號線捆在一起走線。

    (4)采用線性穩壓電源或高品質的開關電源(紋波干擾小于50mV)。


    7、什么情況下在485總線上要增加終端電阻?

    一般情況下不需要增加終端電阻,只有在485通信距離超過300米的情況下,要在485通訊的開始端和結束端增加終端電阻。尤其是485總線上設備數量較少時。當設備數量較多時(如超過22臺)。一般不需增加終端電阻,因為終端電阻會降低485總線的負載能力,球機終端120Ω匹配電阻的連接方式如下:球機終端120Ω匹配電阻可通過在球機底盤上的撥碼開關撥碼來連接。球機出廠時,120Ω匹配電阻默認為未接入,可通過把撥碼開關的第10位撥到ON,把120Ω匹配電阻接入線路。反之,如果不接入120Ω匹配電阻,則把第10位撥到OFF即可。


    8、實際應用中的問題

    蘭州自動化在實際施工使用中用戶常采用星形連接方式,此時終端電阻必須連接在線路距離最遠的兩個設備上(如下圖,1#與15#設備),但是由于該連接方式不符合RS485工業標準的使用要求,因此在各設備線路距離較遠時,容易產生信號反射、抗干擾能力下降等問題,導致控制信號的可靠性下降。此時,出現的現象為球機完全不受控,或自行運轉無法停止等。







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