Rs-485: підключення і управління

RS-485 являє собою стандарт, який був вперше прийнятий в Асоціації електронної промисловості. На сьогоднішній момент даний стандарт розглядає електричні характеристики різноманітних приймачів і передавачів, що використовуються в різних балансних цифрових системах.

Що він собою являє?

Серед фахівців RS-485 являє собою назва досить популярного інтерфейсу, який активно використовується в різних промислових АСУТП для з`єднання декількох контролерів, а також безлічі інших пристроїв між собою. Головною відмінністю даного інтерфейсу від не менш поширеного RS-232 є те, що він передбачає об`єднання одночасно декількох видів устаткування.

За допомогою RS-485 забезпечується швидкісний обмін інформацією між кількома пристроями через єдину двухпроводную лінію зв`язку в напівдуплексному режимі. Його досить широко використовують в сучасній промисловості в процесі формування АСУТП.

Дальність і швидкість

За допомогою даного стандарту досягається транслювання інформації на швидкості до 10 Мбіт / с, при цьому гранично можлива дальність буде безпосередньо залежати від того, з якою швидкістю транслюються дані. Таким чином, для забезпечення граничній швидкості дані можуть передаватися не далі ніж на 120 метрів, у той час як при швидкості 100 кбіт / с інформація транслюється більш ніж на 1200 метрів.

Кількість поєднуваних пристроїв

Кількість пристроїв, які може об`єднувати в собі інтерфейс RS-485, буде безпосередньо залежати від того, які в пристрої використовуються приемопередатчики. Кожен передавач розрахований на одночасне керування 32 стандартними приймачами, однак при цьому потрібно розуміти, що є приймачі, вхідний опір яких становить 50%, 25% або навіть ще меншу частину від стандартного, і у випадку використання такого обладнання загальна кількість пристроїв буде збільшуватися відповідно.

Рознімання та протоколи

Кабель RS-485 не нормує якийсь певний формат інформаційних кадрів або ж протокол обміну. У переважній більшості випадків для передачі даних впливають точно такі ж фрейми, які використовує RS-232, тобто біти даних, стоповий і стартовий біти, а також біт паритету у разі потреби.

Робота протоколів обміну в більшості сучасних систем здійснюється за принципом «ведучий-ведений», тобто якийсь пристрій в мережі є провідним і бере на себе ініціативу обміну посилкою запитів між усіма підлеглими пристроями, які відрізняються між собою по логічним адресами. Найбільш популярним протоколом на сьогоднішній день є Modbus RTU.

Варто відзначити, що кабель RS-485 не має також якогось певного типу з`єднувачів або ж распайки, тобто можуть зустрічатися клемні з`єднувачі, DB9 та інші.

Підключення

Найчастіше із застосуванням даного інтерфейсу зустрічається локальна мережа, яка об`єднує в собі одночасно кілька приемопередатчиков.

Здійснюючи підключення RS-485, потрібно грамотно поєднувати між собою сигнальні кола, звані зазвичай А і В. У даному випадку переполюсовка є не такою страшною, просто підключені пристрої не працюватимуть.

Корисні поради

Використовуючи інтерфейс RS-485, вам слід враховувати кілька особливостей його роботи:

• Найбільш оптимальна середу для передачі сигналу – це кабель на основі витої пари.
• Кінці кабелю в обов`язковому порядку потрібно заглушити за допомогою спеціалізованих термінальних резисторів.
• Мережа, в якій використовується стандартний або USB RS-485, повинна пролагал без будь-яких відгалужень по топології шини.
• Пристрої повинні бути підключені до кабелю проводами мінімально можливої довжини.

В даному випадку найбільш оптимальне рішення для того, щоб прокласти інтерфейс RS-485, – це кручена пара, так як вона відрізняється мінімально паразитним випромінюванням сигналу, а також відрізняється досить непоганим захистом від наведень. Якщо обладнання буде працювати в умовах дуже високих зовнішніх перешкод, краще використовувати кабелі з екранованої кручений парою, при цьому екран кабелю об`єднується з захисним заземленням.

Узгодження

За допомогою термінальних резисторів стандартний або USB RS-485 забезпечує повноцінне узгодження відкритого кінця кабелю з подальшою лінією, повністю виключаючи можливість відображення сигналу.

Номінальний опір резисторів є відповідним хвильовому опору кабелю і для тих кабелів, які грунтуються на кручений парі, в переважній більшості випадків становить приблизно 100-120 Ом. Приміром, досить популярний на сьогоднішній день кабель UTP-5, активно використовується в процесі прокладки Ethernet, має хвильовий опір 100 Ом. Для інших варіантів кабелю може використовуватися і який-небудь інший номінал.

Резистори у разі необхідності можуть запаюють на контактах кабельних роз`ємів вже в кінцевих пристроях. Рідко резистори встановлюються в самому пристрої, внаслідок чого для підключення резистора доводиться встановлювати перемички. В даному випадку, якщо здійснюється відключення пристрою, лінія повністю рассогласовивается. І для того щоб забезпечити нормальну роботу всієї решти системи, потрібно підключити погоджує заглушку.

Рівні сигналів

Порт RS-485 використовує балансних схему транслювання даних, тобто рівні напруги на сигнальних ланцюгах А і В будуть змінюватися в протифазі.

За допомогою датчика повинен забезпечуватися рівень сигналу 1.5 В при граничному навантаженні, а також не більше 6 В в тому випадку, якщо пристрій працює на холостому ходу. Рівень напруги вимірюється диференційно, кожен сигнальний провід щодо іншого.

Там, де знаходиться приймач, мінімальний рівень прийнятого сигналу в будь-якому випадку повинен знаходитися на рівні не менше 200 мВ.

Зсув

У тому випадку, якщо відсутній сигнал на сигнальних ланцюгах, відбувається незначне зміщення, яким забезпечується захист приймача від випадків помилкового спрацьовування.

Фахівці рекомендують здійснювати зсув трохи більше 200 мВ, так як дане значення є відповідним зоні недостовірності вхідного сигналу за стандартом. У даному випадку ланцюг А підтягується до позитивного полюса джерела, у той час як ланцюг В підтягується до загального.

Приклад

Відповідно з необхідним зсувом і напругою джерела живлення здійснюється розрахунок номіналів резисторів. Наприклад, якщо потрібно отримати зсув на рівні 250 мВ при використанні термінальних резисторів R_T = 120 Ом при тому, що джерело має напругу 12 В. Враховуючи, що в даному випадку два резистора включені паралельно один одному і при цьому абсолютно не беруть до уваги навантаження з боку приймача, струм зміщення становить 0.0042 А, в той час як загальний опір ланцюга зміщення становить 2 857 Ом. R_см в даному випадку буде становити приблизно 1 400 Ом, тому потрібно вибрати який-небудь найближчий номінал.

У якості прикладу візьмемо резистор 1.5 кОм, призначений для зміщення, а також зовнішній резистор на 12 вольт. Крім цього, в нашій системі присутній розв`язаний вихід блоку живлення контролера, що представляє собою провідне ланка в своєму сегменті ланцюга.

Звичайно, є маса інших варіантів реалізації зсуву, в яких використовується перетворювач RS-485 та інші елементи, але в кожному разі, здійснюючи розміщення ланцюгів зсуву, потрібно враховувати те, що вузол, який буде його забезпечувати, періодично буде вимикатися або навіть в кінцевому підсумку може бути повністю видалений з мережі.

Якщо присутній зсув, то в такому випадку потенціал ланцюга А на повністю холостому ходу є позитивним по відношенню до ланцюга В, що є орієнтиром, якщо буде підключатися новий пристрій до кабелю без маркування проводів.

Неправильна розводка і спотворення

Виконання зазначених вище рекомендацій дозволяє добитися нормальної передачі електричних сигналів в різні точки мережі, якщо в якості основи використовується протокол RS-485. Якщо буде не дотримано хоча б якесь із вимог, будуть виникати спотворення сигналу. Найбільш помітні спотворення починають з`являтися в тому випадку, якщо швидкість обміну даними перевищує 1 Мбіт / с, проте насправді навіть у разі менших швидкостей вкрай не рекомендується нехтувати зазначеними рекомендаціями, навіть якщо мережа «і так нормально працює».

Як програмувати?

У процесі програмування різних додатків, що працюють з пристроями, що використовують розгалужувач RS-485 та інші пристрої з даним інтерфейсом, потрібно враховувати кілька важливих моментів. Перерахуємо їх:

• Перед тим як буде починатися видача посилки, потрібно в обов`язковому порядку активувати передавач. Незважаючи на те що за інформацією певних джерел видача може здійснюватися відразу ж після включення, деякі експерти рекомендують спочатку витримати паузу, яка за часом буде дорівнює швидкості передачі одного фрейма. В даному випадку коректна програма прийому встигне повністю визначити помилки перехідного процесу, проведе процедуру нормалізації і підготується до подальшого прийому даних.
• Після того як буде виданий останній байт даних, також рекомендується витримати паузу перед тим, як відключати RS-485 пристрій. Зокрема, це пов`язано з тим, що в контролері послідовного порту найчастіше є присутнім одночасно два регістри, перший з яких є паралельним вхідним і призначається для прийому даних, в той час як другий є зсувними вихідним і використовується для послідовного виведення. Будь переривання з передачі контролером формуються у разі спустошення вхідного регістра, коли інформація вже була надана в зсувний регістр, але ще не була видана. Саме з цієї причини після того, як буде перервана трансляція, потрібно витримати певну паузу перед відключенням передавача, яка повинна бути за часом приблизно більше на 0.5 біта, ніж фрейм. Для здійснення більш точних розрахунків рекомендується детально вивчити технічну документацію використовуваного контролера послідовного порту.
• Так як передавач, приймач і, можливо, конвертер RS-485 підключена до єдиної лінії, власний приймач буде сприймати також передачу, здійснювану власним передавачем. Нерідко трапляється так, коли в системах, що характеризуються довільним доступом до лінії, дана особливість використовується в процесі перевірки відсутності зіткнення між двома передавачами. У стандартних системах, що працюють відповідно до принципу «ведучий-ведений», в процесі передачі рекомендується повністю закривати переривання від приймача.

Конфігурація формату «шина»

Даний інтерфейс передбачає можливість об`єднання пристроїв за форматом «шина», коли всі пристрої об`єднуються за допомогою єдиної пари проводів. В даному випадку лінія зв`язку в обов`язковому порядку повинна узгоджуватися кінцевими резисторами двох кінців.

Для забезпечення узгодження в даному випадку встановлюються резистори, що характеризуються опором 620 Ом. Вони встановлюються завжди на першому і останньому пристрої, підключеному до лінії. У переважній більшості сучасних пристроїв присутній також вбудоване согласующее опір, який у разі потреби можна включити в лінію за допомогою установки спеціальної перемички на плату приладу.

Так як у стані поставки перемички спочатку встановлені, потрібно спочатку зняти їх з усіх пристроїв, відповідно, крім першого і останнього, підключених до лінії. У перетворювачах-повторителях моделі С2000-ПІ для кожного окремого виходу согласующее опір включається за допомогою перемикача, в той час як пристрої С2000-КС, а також С2000-К характеризуються вбудованим согласующим опором, внаслідок чого перемичка, необхідна для його підключення, відсутня.

Для того щоб забезпечити більш довгу лінію зв`язку, рекомендується використовувати спеціалізовані повторювачі-ретранслятори, оснащені повністю автоматичним перемиканням напрямку передачі.

Конфігурація формату «зірка»

Будь відгалуження в лінії RS-485 є небажаними, тому що в даному випадку з`являється досить сильне спотворення сигналу, проте з практичної точки зору їх можна допустити в тому випадку, якщо присутня невелика довжина відгалуження. У даному випадку не потрібна установка согласующих резисторів на окремих відгалуженнях.

У розподільній системі RS-485, управління якою здійснюється з пульта, якщо останній і пристрої підключені до однієї лінії, але живляться від різних джерел, потрібно буде об`єднувати ланцюга 0 В всіх пристроїв і пульта для того, щоб забезпечити вирівнювання їх потенціалів. Якщо дана вимога не буде дотримана, то в такому випадку пульт може мати нестійку зв`язок з пристроями. Якщо буде використовуватися кабель з декількома крученими парами проводів, то в такому випадку для ланцюга вирівнювання потенціалів при необхідності може використовуватися повністю вільна пара. Крім усього іншого, передбачається також можливість застосування екранованої кручений пари в тому випадку, якщо відсутня заземлення екрана.

Що потрібно враховувати?

У переважній більшості струм, який проходить по дроту вирівнювання потенціалів, є досить маленьким, проте в тому випадку, якщо 0 В пристроїв або ж самих джерел живлення будуть підключатися до декількох локальним шинам заземлення, різниця потенціалів між різними ланцюгами 0 В може становити кілька одиниць, а в деяких випадках навіть десятків вольт, в той час як струм, що протікає по ланцюгу вирівнювання потенціалів, може бути досить значним. Саме це є частою причиною того, що присутнє нестійка зв`язок між пультом і пристроями, внаслідок чого вони навіть можуть виходити з ладу.

Саме з цієї причини потрібно виключити можливість заземлення ланцюга 0 В або ж, як максимум, заземлювати даний ланцюг в якійсь певній точці. Також потрібно враховувати можливість взаємозв`язку між 0 В і ланцюгом захисного заземлення, присутньої в тому обладнанні, яке використовується в системі ОПС.

На об`єктах, для яких характерна досить важка електромагнітна обстановка, передбачається можливість підключення даної мережі через кабель "екранована кручена пара". В даному випадку може бути присутнім менша гранична дальність, оскільки ємність кабелю є більш високою.