Разъем rs 485 для чего использовать
Что такое RS-485 и зачем используется интерфейс
Передача информации между устройствами осуществляется с помощью специального протокола или интерфейса. Иногда требуется передавать данные на расстояние до нескольких километров. Одним из самых популярных интерфейсов для передачи информации, является RS-485.
Что такое RS-485?
Стандарт RS-485 подразумевает отправку данных одного или нескольких устройств на главный терминал. Хороши примером работы такой системы будет получение информации от микропроцессорных терминалов. Они подключены между собой и к главному диспетчеру.
Все данные передаются в режиме реального времени. В случае поломки или срабатывания защиты, на главный компьютер поступает соответствующие сообщение. Тогда, оператор может увидеть на каком именно терминале произошла неполадка и быстро ее устранить.
Кроме того, на главном компьютере отображаются характеристики всех терминалов. К ним относится температура, производительность. Также можно увидеть, какие именно девайсы включены или отключены.
Этот интерфейс связи необходим для обработки команд. Так, оператор совершает определенные действия, которые стандарт преобразовывает в машинный язык. После этого все команды передаются на указанный терминал и происходит обратное преобразование.
Интерфейс RS-485 допускает до 32 приемопередатчиков на один сегмент сети. Длина может достигать 1200 метров. Максимальное количество узлов составляет 256. Для лучшей передачи данных нужно использовать витую пару.
Принцип связи между устройствами
Компоненты сети соединяются двумя проводами, используя балансный (дифференциальный) метод подключения. При таком способе сигнал передается по двум проводам. Если один из проводников обозначить буквой «A», а второй «B», то информация будет передаваться по A в исходном виде, а по B —в инвертированном. Если на проводе A максимальное значение, то на B — минимальное.
Поэтому всегда существует разность значений напряжения между проводами A и B. Итоговая информация считывается в точке приема по этому показателю.
Благодаря дифференциальному способу передачи, достигается высокая помехоустойчивость к электромагнитным помехам. Так как витая пора состоит из двух проводников сигнала, расположенных близко к друг другу, то любая наводка действует практически одинаково на них. Если произошло изменение амплитуды на проводе A, то настолько же изменился инвертированный сигнал на B.
Но значение имеет не величина напряжения относительно земли на одном из проводов, а разность потенциалов между ними, которая не изменится, и полезная информация не исказится.
В рассматриваемом стандарте большая разность потенциалов позволяет передавать управляющие сигналы на длинные расстояния. В RS-482 максимальная длина линии достигает 1200 метров при скорости обмена данными около 100 кбит/с.
Описание интерфейса
Стандарт имеет несколько основных характеристик. Обмен данными происходит в полудуплексном режиме. При этом используется одна двухпроводная линия связи. Интерфейс применяется в промышленности во время создания автоматизированной системы управления технологическими процессами (АСУ ТП).
Количество подключаемых устройств
Значение данной характеристики вычисляется из расчета количества оборудования на одну линию связи. Здесь число может варьироваться в зависимости от сопротивления приемника. В одной линии связи может присутствовать до 32 устройств. Приемник может иметь входное сопротивление 1/2, 1/4, 1/8. От этого числа зависит и конечное количество устройств. Так, его можно увеличить в 2, 4 или 8 раз.
Расстояние и скорость
Максимальное расстояние подключаемых устройств зависит от скорости передачи информации. Это необходимо учитывать перед подключением. Так, при скорости 10 Мб/с расстояние будет составлять 120 метров. При скорости 100 Мб/с можно размещать оборудование на расстоянии до 1200 метров.
Протоколы передачи и разъемы
Для передачи информации используются стандартные фреймы:
Принцип действия протоколов обмена системы состоит в «ведущий-ведомый». Главное устройство инициирует и контролирует передачу данных между остальными.
Стандартом не предусмотрено обозначение типа соединителей. Это же относится и к распайке. Так, можно встретить различные соединители, например, DB9 или клеммные.
Порядок обмена данными по RS-485
Несколько устройств подключаются между собой с помощью цепочки кабелей. Для обмена информации необходим специальный протокол. Чаще всего используется Modbas.
Например, есть несколько устройств, которые собирают информацию. Раз в месяц они должны передать все данные в центральный компьютер. Для этого главное устройство оформляет запрос. Каждый терминал имеет свой порядковый номер. Эти цифры будут идти первыми в запросе. Если команда не совпадает с номером терминала, то он будет его игнорировать.
Следующие цифры в запросе отвечают за действие, которое должно произвести устройство. Например, передача информации. Таким образом, команда дойдет до нужного терминала и будет выполнена нужная операция.
В некоторых случаях запрос не доходит до устройства. Происходит сбой на линии или помехи. Для исключения помех используется контрольная сумма. Это некий набор цифр, который присутствует в запросе. Также, он есть и на самом оборудовании. Таким образом можно проверить, достигла ли команда конечной цели.
Требования к кабельным соединениям
При подключении интерфейса RS-485 нужно соблюдать некоторые требования. Требуется две пары кабелей «витая пара». Однако, для обмена информации достаточно и одной. Вторая пара используется в качестве резерва.
Чтобы уменьшить помехи, необходимо экранировать кабели. Экраны следует соединить по всей длине линии. Заземлять провод нужно только в одном месте. В противном случае возникнут наводки, из-за разницы потенциала в двух точках. Они пройдут по всей длине экрана.
С самим подключением кабелей проблем возникнуть не должно. Однако, программная часть соединения устройств гораздо сложнее. Здесь лучше доверить работу профессионалам.
Распиновка RS-485
Наиболее часто для соединения устройств в стандарте RS-485 используется разъем DB-9, мама (F) или папа (M).
Схема контактов выглядит так:
Разъем DB-25 также используется в соединениях RS-485:
Соответствие между DB-9 и DB-25:
Маркировка обозначает следующее:
Для стандарта используются 3 контакта в разъеме:
Схемы подключений
Интерфейс RS-485 может работать в режиме полного дуплекса или полудуплекса. В первом случае устройство может одновременно передавать и получать данные. Полудуплекс подразумевает только одно из действий.
Режим полного дуплекса предполагает наличие 4 контактов. Он имеет следующую схему подключения:
Схема подключения полудуплексного RS 485 с 2 контактами:
Правильная разводка сетей
На первом рисунке находится один трансмиттер и один ресивер. Установлены терминаторы.
На следующем рисунке обозначены 1 передатчик и несколько приемников. Ответвления к ресиверам короткие.
Сложная схема с несколькими приемопередатчиками. Также нужно подключать их к сети короткими проводами.
Неправильные подключения
На рисунке изображена сеть без согласующего резистора. Такое подключение искажает сигнал.
На следующем изображении есть терминаторы, но один расположен неверно, не в конце сети.
Далее показана цепь с длинными ответвлениями, что тоже расстраивает всю систему.
RS-232 и RS-485
Интерфейс RS-232 состоит из передатчика и приемника сигнала. Данный стандарт применяются в небольших сетях. Его главным недостатком является плохая помехоустойчивость. Все дело в том, что данные формируются относительно земли. Это приводит к частым сбоям и потере информации.
Часто RS-232 используется для временного подключения. С его помощью можно настроить начальную конфигурацию или исправить возникшие ошибки.
Данный интерфейс имеет полудуплексный режим связи. Вход приемника соединяется с выходом передатчика. Прием и передача может осуществляться в одно и то же время.
В целом, если обобщить, отличаются 2 интерфейса по следующим параметрам:
Интерфейс RS 485: описание
Определение понятия
Вам будет интересно: GeForce GT 720M: обзор, характеристики и отзывы
Вам будет интересно: Что значит включить WMM?
Однако потом корпорация заменила данный префикс на EIA/TIA, чтобы стало возможным легко идентифицировать создателей стандарта. Но все же многие инженеры предпочитают использовать в работе, технических статьях прежнюю маркировку RS.
Описание интерфейса
Чтобы разобраться с преобразователем интерфейса RS 485/RS 232 (последний мы кратко представим в заключении статьи), нужно знать основные параметры. Разберем самые главные:
Технохарактеристики интерфейса
Что важно знать о разветвителе интерфейса RS 485? Сам стандарт формирует только электрические и временные его (интерфейса) характеристики. При этом стандарт не будет оговаривать следующее:
Особенности временные и электрические
Приведем важные для инженеров характеристики популярного промышленного интерфейса RS 485:
Характеристики по скорости обмена данными, определяющей длину всей линии:
Важное примечание для интерфейса RS 485. Стандарт оговаривает только следующие скорости: 62,5 Кбит/сек, 2400 Кбит/сек, 375 Кбит/сек. На всех иных (более 500 Кбит/сек) рекомендовано использование витых пар с экраном.
Теперь перейдем к требованиям, установленным для выходного каскада. Он должен представлять собой источник напряжения, имеющий малое сопротивление: |U вых|=1,5:5,0 В (не меньше 1,5 В и не больше 6,0 В). Отсюда выходит следующее:
Вам будет интересно: G-сенсор в видеорегистраторе: что это такое?
Характеристики сигнала
Повествуя о подключении RS 485, приведем и эту информацию. Для передачи сигнала стандартом определяются следующие линии:
Согласно стандарту, также определяется следующее:
Здесь при описании состояний шины будет применяться инверсная логика. А логика однополярных сигналов на выходе приемника и входе передатчика не будет определяться.
Но при этом большинство производителей все же придерживаются предписаний стандарта. Неинвертирующая линия обозначается символом А. Соответственно, высокий сигнальный уровень на входе передатчика станет соответствовать состоянию VA> VB на шине. Также неравенство будет тождественно высокому уровню сигнала, наблюдаемого на выходе приемника.
Смещение и согласование
Что важно знать в продолжение темы о разветвителе RS 485 еще? Предлагаем вам затронуть также информацию о помехах, которые могут возникнуть в линии связи.
И вот что важно знать об искажениях. При большой продолжительности линии связи часто появляются эффекты длинных линий. Корень проблемы кроется в распределенных индуктивных и емкостных свойствах кабелей. Что выходит в итоге? Сигнал, переданный в линию каким-либо из узлов, начинает искажаться по продолжительности распространения в ней (линии). Появляются сложные резонансные явления.
Так как кабель на своей длине отличается одинаковой конструкцией, одинаковыми распределенными параметрами погонной индуктивности и емкости, данное свойство будет характеризоваться специальным параметром. Это волновое сопротивление.
На практике номинал резистора выбирают и большего значения, нежели волновое сопротивление, так как омическое сопротивление кабеля порой становится настолько большим, что сигнальная амплитуда на приемной стороне становится слишком малой для устойчивого приема. Тут находят равновесие между резонансными и амплитудными искажениями, повышая номинал терминатора и снижая скорость интерфейса.
Чтобы не было помех, линия связи должна последовательно обходить все передатчики. И еще важный момент. У витой пары не должно быть длинных отводов (участков-отрезов кабеля для подсоединения к узлу). Исключение: использование повторителей интерфейса, низкие скорости передачи данных (менее 9600 бит/с).
Если активный передатчик отсутствует, то уровень сигнала в линиях не определяется. Чтобы предотвратить ситуацию, когда разница между выходами В и А менее 200 мВ (неопределенное состояние), можно применить смещение с помощью специальной схемы или резисторов. Приемники станут принимать сигнал помехи в том случае, если состояние линий не определено. Для их стабилизации, качественного начала приема порой применяются передачи служебных последовательностей.
Особенности подключения
Кроме преобразователей RS 485, хочется подробнее остановиться на подключении. На основе этого интерфейса конструируется локальная сеть, объединяющая в себе несколько приемопередатчиков.
При подключении рекомендуется иметь в виду следующие рекомендации специалистов:
Примеры использования
Вам будет интересно: Замена бензонасоса своими руками: пошаговая инструкция, особенности и рекомендации
Преобразователи RS 485 распространены в промышленной сфере. Рассмотрим также сетевые протоколы, использующие данный стандарт:
На основе RS 485 построены следующие промышленные сети:
Рекомендации по программированию
Сфера применения преобразователя интерфейса RS 485 широка. В данном пункте мы подробнее остановимся на программировании тех приложений для контроллеров, что для связи используют данный интерфейс:
Отличия интерфейсов RS 232, 422, 485
Давайте сравним эти популярные стандарты. Объединяет интерфейсы RS 232, RS 485, RS 422 то, что они используются для передачи цифровой информации. При этом 232 более известен как СОМ-порт компьютера. А другие два распространены в промышленной среде для соединения между собой различного оборудования.
Различия RS 232, RS 485 возможно отследить, представив техническую характеристику этих интерфейсов. Начнем с 232:
Теперь в сравнении RS 232, RS 485, RS 422 следующий интерфейс. Это 422:
Сравниваются между собой преобразователи RS 232, RS 485. Приведем краткую характеристику последнего интерфейса, главного в нашем рассказе:
Вот и все, что мы хотели рассказать об интерфейсе RS 485, широко применяемом сегодня в промышленности для передачи информации между устройствами, аппаратурой. По каким-то характеристикам он схож с родственными стандартами, по каким-то (подключение, передача данных, устранение помех) существенно отличается от них.
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.
Что такое RS-485
RS-485 — это стандарт физического уровня. Что это означает? Он определяет следующие параметры общения устройств:
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.
301,599 просмотров всего, 338 просмотров сегодня