RS-485總線型通訊系統(tǒng)應(yīng)用

1 引言

在自動化控制領(lǐng)域，隨著分布式控制系統(tǒng)的發(fā)展，在工業(yè)上的分布式控制系統(tǒng)中，經(jīng)常需要采用串行通信來達到遠程信息交換的目的。目前，用于串行通信的接口標準包括:rs-232、rs-422、rs-423和rs-485。rs-232是最早的串行接口標準，廣泛應(yīng)用在短距離、較低波特率串行通信中。其后發(fā)展起來的rs-422、rs-485是平衡傳送的電氣標準，比起rs-232非平衡的傳送方式在電氣指標上有了大幅度的提高。rs-485串行接口的電氣標準實際上是rs-422的變型，它屬于七層osi（open system interconnection，開放系統(tǒng)互連）模型物理層的協(xié)議標準。由于性能優(yōu)異、結(jié)構(gòu)簡單、組網(wǎng)容易，rs-485總線標準得到了越來越廣泛的應(yīng)用。其互連方式如圖1所示:

下面以經(jīng)緯紡織機械股份有限公司榆次分公司開發(fā)的f1605型轉(zhuǎn)杯紡紗機為例進行介紹。

2 rs-485總線型多站點硬件設(shè)計

f1605型轉(zhuǎn)杯紡紗機分為車頭、中段和車尾組成，中段又由若干節(jié)組成。而中段的每錠又要求單獨控制，例如:每錠要求實現(xiàn)半自動接頭、探紗、單錠計長、電子清紗等。根據(jù)此機器的特點采用分布式控制系統(tǒng)，傳送數(shù)據(jù)采用主從站的方法。圖2所示是用rs-485構(gòu)成的總線型網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，采用主從方式進行多機通信。主機采用人機界面。每個從機擁有自己固定的地址，由主機控制完成網(wǎng)上的每一次通信。當主機向網(wǎng)上發(fā)出某一從機的地址時，所有從機接收到該地址并與自己的地址相比較。如果相符，說明主機在呼叫自己，應(yīng)發(fā)回應(yīng)答信號，表示準備好開始接收后面的命令和數(shù)據(jù);否則不予理睬，繼續(xù)監(jiān)聽呼叫地址。主機收到從機的應(yīng)答后，則開始一次通信。通信完畢，從機繼續(xù)處于監(jiān)聽狀態(tài)，等待呼叫。實際使用時，因線纜長度、線徑、網(wǎng)絡(luò)分布、傳輸速率不同，通訊可靠性會受到影響。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)與所選器件中rs-485芯片驅(qū)動能力和接收器的輸入阻抗有關(guān)?？紤]到此控制系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)較多，整個網(wǎng)絡(luò)超過50個節(jié)點，為保證通訊的可靠性和提高通訊效率按照個器件在系統(tǒng)中實現(xiàn)的不同功能、數(shù)據(jù)流量、實時性要求把各器件分布到兩條總線上，而且所選器件中的rs-485芯片驅(qū)動能力均達到255點，通訊速率選9.6bps，離主站最遠的節(jié)點不超過50m。

3 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

為了能使具體的命令、數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)上正確地傳輸，在數(shù)據(jù)鏈路層必須提供一定的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，保證在物理層的比特流出現(xiàn)錯誤時進行檢測和校正，同時實現(xiàn)生成數(shù)據(jù)幀和命令幀的功能。然而，為保證數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量，對每個字節(jié)進行校驗的同時，應(yīng)盡量減少特征字和校驗字，而常用的數(shù)據(jù)包格式由引導(dǎo)碼、長度碼、地址碼、命令碼、數(shù)據(jù)、校驗碼、尾碼組成，每個數(shù)據(jù)包長度達20～30字節(jié)，在rs-485系統(tǒng)中這顯得又有些繁雜。由于modbus協(xié)議是公開的通訊協(xié)議，而且被很多的工控產(chǎn)品生產(chǎn)廠家支持，該協(xié)議已廣泛應(yīng)用于水利、水文、電力等行業(yè)設(shè)備及系統(tǒng)的國際標準中，因此，本系統(tǒng)采用modbus協(xié)議作為此控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。

在此控制中由于對plc和變頻器的通訊數(shù)據(jù)量小而且實時性要求不高，因此采用modbus ascii方式，而對單片機的數(shù)據(jù)通訊量較大且實時性要求高,因此采用modbus rtu方式。

4 結(jié)束語

本文著重討論了用rs-485構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的基本組網(wǎng)方法。由于rs-485具有性能優(yōu)異、組網(wǎng)簡單的優(yōu)點，它在集中控制系統(tǒng)、分布式控制系統(tǒng)中的應(yīng)用相當廣泛。由于其硬件電路已比較成熟，設(shè)計中的問題主要集中在網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和服務(wù)軟件的設(shè)計上。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是保證通信暢通的關(guān)鍵，在一定程度上也影響著網(wǎng)絡(luò)通信的可靠性，即它必須能夠抵抗實際運作環(huán)境的干擾。另外通信只是整個系統(tǒng)中的一個部分，系統(tǒng)還必須完成諸如數(shù)據(jù)采集和控制的功能，服務(wù)軟件要使主機和各從機協(xié)調(diào)一致地工作，盡量減小通信對其他工作的影響。這就要求通信占用盡量少的時間，以求達到整個系統(tǒng)的高效率。在通信數(shù)據(jù)量一定的情況下，采用較高的波特率雖然比較好，但高的波特率必定要降低傳輸距離，在實際應(yīng)用中必須仔細衡量。

參考文獻
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