智能儀表RS485簡介

雙華智能溫度儀表是隨著80年代初單片機(jī)技術(shù)的成熟而發(fā)展起來的，現(xiàn)在世界儀表市場基本被智能儀表所壟斷。究其原因就是企業(yè)信息化的需要，企業(yè)在儀表選型時(shí)其中的一個(gè)必要條件就是要具有聯(lián)網(wǎng)通信接口。zui初是數(shù)據(jù)模擬信號輸出簡單過程量，后來儀表接口是RS232接口，這種接口可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)的通信方式，但這種方式不能實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)功能。隨后出現(xiàn)的RS485解決了這個(gè)問題。下面我們就簡單介紹一下RS485。

  智能溫度儀表RS485接口

         RS485采用差分信號負(fù)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(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)的通信方式，現(xiàn)很少采用，現(xiàn)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(jié)構(gòu)在同一總線上zui多可以掛接32個(gè)結(jié)點(diǎn)。在RS485通信網(wǎng)絡(luò)中一般采用的是主從通信方式，即一個(gè)主機(jī)帶多個(gè)從機(jī)。很多情況下，連接RS-485通信鏈路時(shí)只是簡單地用一對雙絞線將各個(gè)接口的“A"、“B"端連接起來。而忽略了信號地的連接，這種連接方法在許多場合是能正常工作的，但卻埋下了很大的隱患，這有二個(gè)原因：(1)共模干擾問題： RS-485接口采用差分方式傳輸信號方式，并不需要相對于某個(gè)參照點(diǎn)來檢測信號，系統(tǒng)只需檢測兩線之間的電位差就可以了。但人們往往忽視了收發(fā)器有一定的共模電壓范圍，RS-485收發(fā)器共模電壓范圍為-7～+12V，只有滿足上述條件，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)才能正常工作。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)線路中共模電壓超出此范圍時(shí)就會影響通信的穩(wěn)定可靠，甚至損壞接口。(2)EMI問題：發(fā)送驅(qū)動器輸出信號中的共模部分需要一個(gè)返回通路，如沒有一個(gè)低阻的返回通道(信號地)，就會以輻射的形式返回源端，整個(gè)總線就會像一個(gè)巨大的天線向外輻射電磁波。

     智能溫度儀表由于PC機(jī)默認(rèn)的只帶有RS232接口，有兩種方法可以得到PC上位機(jī)的RS485電路：(1)通過RS232/RS485轉(zhuǎn)換電路將PC機(jī)串口RS232信號轉(zhuǎn)換成RS485信號，對于情況比較復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境是選用防浪涌帶隔離珊的產(chǎn)品。(2)通過PCI多串口卡，可以直接選用輸出信號為RS485類型的擴(kuò)展卡。

RS485電纜

       智能溫度儀表 在一般場合采用普通的雙絞線就可以，在要求比較高的環(huán)境下可以采用帶屏蔽層的同軸電纜。在使用RS485接口時(shí)，對于特定的傳輸線路，從RS485接口到負(fù)載其數(shù)據(jù)信號傳輸所允許的zui大電纜長度與信號傳輸?shù)牟ㄌ芈食煞幢?，這個(gè)長度數(shù)據(jù)主要是受信號失真及噪聲等影響所影響。理論上RS485的zui長傳輸距離能達(dá)到1200米，但在實(shí)際應(yīng)用中傳輸?shù)木嚯x要比1200米短，具體能傳輸多遠(yuǎn)視周圍環(huán)境而定。在傳輸過程中可以采用增加中繼的方法對信號進(jìn)行放大，zui多可以加八個(gè)中繼，也就是說理論上RS485的zui大傳輸距離可以達(dá)到9.6公理。如果真需要長距離傳輸，可以采用光纖為傳播介質(zhì)，收發(fā)兩端各加一個(gè)光電轉(zhuǎn)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(dá)50公里的傳播距離。

 RS485布網(wǎng)

     智能溫度儀表網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟话悴捎媒K端匹配的總線型結(jié)構(gòu)，不支持環(huán)形或星形網(wǎng)絡(luò)。在構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)時(shí)，應(yīng)注意如下幾點(diǎn)：

      (1)采用一條雙絞線電纜作總線，將各個(gè)節(jié)點(diǎn)串接起來，從總線到每個(gè)節(jié)點(diǎn)的引出線長度應(yīng)盡量短，以便使引出線中的反射信號對總線信號的影響zui低。有些網(wǎng)絡(luò)連接盡管不正確，在短距離、低速率仍可能正常工作，但隨著通信距離的延長或通信速率的提高，其不良影響會越來越嚴(yán)重，主要原因是信號在各支路末端反射后與原信號疊加，會造成信號質(zhì)量下降。

       (2)應(yīng)注意總線特性阻抗的連續(xù)性，在阻抗不連續(xù)點(diǎn)就會發(fā)生信號的反射。下列幾種情況易產(chǎn)生這種不連續(xù)性：總線的不同區(qū)段采用了不同電纜，或某一段總線上有過多收發(fā)器緊靠在一起安裝，再者是過長的分支線引出到總線。

     總之，應(yīng)該提供一條單一、連續(xù)的信號通道作為總線。

    在RS485組網(wǎng)過程中另一個(gè)需要主意的問題是終端負(fù)載電阻問題，在設(shè)備少距離短的情況下不加終端負(fù)載電阻整個(gè)網(wǎng)絡(luò)能很好的工作但隨著距離的增加性能將降低。理論上，在每個(gè)接收數(shù)據(jù)信號的中點(diǎn)進(jìn)行采樣時(shí)，只要反射信號在開始采樣時(shí)衰減到足夠低就可以不考慮匹配。但這在實(shí)際上難以掌握，美國MAXIM公司有篇文章提到一條經(jīng)驗(yàn)性的原則可以用來判斷在什么樣的數(shù)據(jù)速率和電纜長度時(shí)需要進(jìn)行匹配：當(dāng)信號的轉(zhuǎn)換時(shí)間(上升或下降時(shí)間)超過電信號沿總線單向傳輸所需時(shí)間的3倍以上時(shí)就可以不加匹配。

      智能溫度儀表一般終端匹配采用終端電阻方法， RS-485應(yīng)在總線電纜的開始和末端都并接終端電阻。終接電阻在RS-485網(wǎng)絡(luò)中取120Ω。相當(dāng)于電纜特性阻抗的電阻，因?yàn)榇蠖鄶?shù)雙絞線電纜特性阻抗大約在100～120Ω。這種匹配方法簡單有效，但有一個(gè)缺點(diǎn)，匹配電阻要消耗較大功率，對于功耗限制比較嚴(yán)格的系統(tǒng)不太適合。另外一種比較省電的匹配方式是RC匹配。利用一只電容C隔斷直流成分可以節(jié)省大部分功率。但電容C的取值是個(gè)難點(diǎn)，需要在功耗和匹配質(zhì)量間進(jìn)行折衷。 還有一種采用二極管的匹配方法，這種方案雖未實(shí)現(xiàn)真正的“匹配"，但它利用二極管的鉗位作用能迅速削弱反射信號，達(dá)到改善信號質(zhì)量的目的，節(jié)能*。

        zui近兩年一些公司基于部分企業(yè)信息化的實(shí)施已完成，工廠中已經(jīng)鋪設(shè)了延伸到車間每個(gè)辦公室、控制室的局域網(wǎng)的現(xiàn)狀，推出了串口服務(wù)器來取代多串口卡，這主要是利用企業(yè)已有的局域網(wǎng)資源減少線路投資，節(jié)約成本，相當(dāng)于通過tcp/ip把多串口卡放在了現(xiàn)場。

 RS485和其它總線網(wǎng)絡(luò)的區(qū)別：

   我們把工業(yè)網(wǎng)絡(luò)歸結(jié)為三類：RS485網(wǎng)絡(luò)、HART網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)。

 HART網(wǎng)絡(luò)：HART是由現(xiàn)在的艾默生提出一個(gè)過度性總線標(biāo)準(zhǔn)，他主要是在4~20毫安電流信號上面疊加數(shù)字信號，物理層采用BELL202頻移鍵控技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)部分智能儀表的功能，但此協(xié)議不是一個(gè)真正意義上開放的標(biāo)準(zhǔn)，要加入他的基金會才能拿到協(xié)議，加入基金會要一部分的費(fèi)用。技術(shù)主要被國外幾家大公司壟斷，近兩年國內(nèi)也有公司再做，但還沒有達(dá)到國外公司的水平?，F(xiàn)在有很大一部分的智能儀表都帶有HART圓卡，都具備HART通訊功能。但從國內(nèi)來看還沒有真正利用其這部分功能，zui多只是利用手操器對其進(jìn)行參數(shù)設(shè)定，沒有發(fā)揮出HART智能儀表應(yīng)有的功能，沒有聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行設(shè)備監(jiān)控。從長遠(yuǎn)來看由于HART通信速率低組網(wǎng)困難等原因，HART儀表的采購量會程下滑趨勢，但由于HART儀表已經(jīng)有十多年的歷史現(xiàn)在在裝數(shù)量非常的大，對于一些系統(tǒng)集成商來說還有很大的可利用空間。

    現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)：現(xiàn)場總線技術(shù)是當(dāng)今自動化領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展熱點(diǎn)之一，被譽(yù)為自動化領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)，它的出現(xiàn)標(biāo)志著自動化控制技術(shù)又一個(gè)新時(shí)代的開始?，F(xiàn)場總線是連接設(shè)置在控制現(xiàn)場的儀表與設(shè)置在控制室內(nèi)的控制設(shè)備的數(shù)字化、串行、多站通信的網(wǎng)絡(luò)。其關(guān)鍵標(biāo)志是能支持雙向、多節(jié)點(diǎn)、總線式的全數(shù)字通信?，F(xiàn)場總線技術(shù)近年來成為上自動化和儀器儀表發(fā)展的熱點(diǎn)，它的出現(xiàn)是傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了革命性的變化，是自控系統(tǒng)朝著智能化、數(shù)字化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化、分散化的方向邁進(jìn)，形成新型的網(wǎng)絡(luò)集成式全分布式控制系統(tǒng)---現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS(Fieldbus Control System)。但是現(xiàn)在的現(xiàn)場總線的各種標(biāo)準(zhǔn)并行存在并且都有自己的生存領(lǐng)域，還沒有形成真正統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，關(guān)鍵是看不到什么時(shí)候能形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，技術(shù)也不夠成熟。另外現(xiàn)場總線的儀表種類還比較少可供選擇的余地小，價(jià)格也偏高，從zui終用戶的角度看大多還處于觀望狀態(tài)，都想等到技術(shù)成熟之后在考慮，現(xiàn)在實(shí)施的少。

        RS485網(wǎng)絡(luò)：RS485/MODBUS是現(xiàn)在流行的一種布網(wǎng)方式，其特點(diǎn)是實(shí)施簡單方便 ，而且現(xiàn)在支持RS485的儀表又特多，特別是在油品行業(yè)RS485/MODBUS簡直是一統(tǒng)天下，現(xiàn)在的儀表商也紛紛轉(zhuǎn)而支持RS485/MODBUS，原因很簡單，象原來的 HART儀表想買一個(gè)轉(zhuǎn)換口非常困難 而且價(jià)格昂貴，RS485的轉(zhuǎn)換接口就便宜的多而且種類繁多。至少在低端市場RS485/MODBUS還將是zui主要的組網(wǎng)方式，近兩三年內(nèi)不會改變。

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