Com port rs 485

RS-485
Стандарт EIA/TIA-485 (RS-485)
Физическая среда Витая пара
Сетевая топология Точка-точка, Multi-dropped,
Максимальное количество устройств 32—256 устройств Максимальное расстояние 1200 метров Режим передачи Дифференциальный сигнал (балансный) Максимальная скорость передачи 0,1—10 Мбит/с Напряжение -7 В до +12 В (1, MARK) (A-B) +200 мВ Сигналы Tx+/Rx+, Tx-/Rx- Тип разъема Не специфицирован

RS-485 (англ. Recommended Standard 485 ), EIA-485 (англ. Electronic Industries Alliance-485 ) — стандарт физического уровня для асинхронного интерфейса. Название стандарта: ANSI TIA/EIA-485-A:1998 Electrical Characteristics of Generators and Receivers for Use in Balanced Digital Multipoint Systems. Регламентирует электрические параметры полудуплексной многоточечной дифференциальной линии связи типа «общая шина».

Стандарт приобрел большую популярность и стал основой для создания целого семейства промышленных сетей, широко используемых в промышленной автоматизации.

Стандарт RS-485 совместно разработан двумя ассоциациями: Ассоциацией электронной промышленности (EIA — Electronic Industries Association) и Ассоциацией промышленности средств связи (TIA — Telecommunications Industry Association). Ранее EIA маркировала все свои стандарты префиксом «RS» (англ. Recommended Standard — Рекомендованный стандарт). Многие инженеры продолжают использовать это обозначение, однако EIA/TIA официально заменил «RS» на «EIA/TIA» с целью облегчить идентификацию происхождения своих стандартов.

Содержание

Технические характеристики интерфейса RS-485 [ править | править код ]

В стандарте RS-485 для передачи и приёма данных используется одна витая пара проводов, иногда сопровождаемая экранирующей оплеткой или общим проводом.

Передача данных осуществляется с помощью дифференциальных сигналов. Разница напряжений между проводниками одной полярности означает логическую единицу, разница другой полярности — ноль.

Стандарт RS-485 оговаривает только электрические и временные характеристики интерфейса. Стандарт RS-485 не оговаривает:

  • параметры качества сигнала (допустимый уровень искажений, отражения в длинных линиях);
  • типы соединителей и кабелей;
  • гальваническую развязку линии связи;
  • протокол обмена.

Электрические и временные характеристики интерфейса RS-485

  • До 32 приёмопередатчиков в одном сегменте сети.
  • Максимальная длина одного сегмента сети: 1200 метров.
  • В один момент активным может быть только один передатчик.
  • Максимальное количество узлов в сети — 256 с учётом магистральных усилителей.
  • Характеристика скорость обмена/длина линии связи [1] :
  • 62,5 кбит/с 1200 м (одна витая пара),
  • 375 кбит/с 500 м (одна витая пара),
  • 500 кбит/с,
  • 1000 кбит/с,
  • 2400 кбит/с 100 м (две витых пары),
  • 10 000 кбит/с 10 м.

Тип приёмопередатчиков — дифференциальный, потенциальный. Изменение входных и выходных напряжений на линиях A и B: Ua (Ub) от −7 В до −12 В (+7 В до +12 В).

Требования, предъявляемые к выходному каскаду:

  • выходной каскад представляет собой источник напряжения с малым выходным сопротивлением, |Uвых|=1,5:5,0 В (не 6,0 В);
  • состояние логической «1»: Ua Ub (гистерезис 200 мВ) — SPACE, ON (производители микросхем — драйверов, часто выбирают намного меньшие значения, гистерезис от 10 мВ [2][3] );
  • выходной каскад должен выдерживать режим короткого замыкания, иметь максимальный выходной ток 250 мА, скорость нарастания выходного сигнала 1,2 В/мкс и схему ограничения выходной мощности.

Требования, предъявляемые к входному каскаду:

  • входной каскад представляет собой дифференциальный вход с высоким входным сопротивлением и пороговой характеристикой от −200 мВ до +200 мВ;
  • допустимый диапазон входных напряжений Uag (Ubg) относительно земли (GND) от −7 В до +12 В;
  • входной сигнал представлен дифференциальным напряжением (Ui +0,2 В и более);
  • уровни состояния приёмника входного каскада — см. состояния передатчика выходного каскада.

Сигналы [ править | править код ]

Стандарт определяет следующие линии для передачи сигнала:

  • A — неинвертирующая
  • B — инвертирующая
  • C — необязательная общая линия (ноль)
  • VA > VB соответствует логическому «0» и называется «активным» (ON) состоянием шины;
  • VA[5] .

Большинство производителей придерживается стандарта и использует обозначение «A» для неинвертирующей линии. То есть, высокий уровень сигнала на входе передатчика соответствует состоянию VA > VB на шине RS-485; также VA > VB соответствует высокому уровню сигнала на выходе приёмника [4] .

Необходимо обратить внимание, что «неактивное» состояние линии от «активного», в контексте, обозначенном в стандарте (соотв. передача лог. 0 и 1), не отличаются электрически, помимо полярности — то есть, не являются эквивалентом «занятости» или «свободности» линии. Оба состояния активно передают в линию соответствующий символ. Для отключения передатчика в нём всегда имеется отдельный вход — при его отключении выходы переходят в высокоимпедансное состояние, допуская работу в этой линии других передатчиков. Таким образом, «активное» и «неактивное» состояния сами по себе не являются индикатором чего-либо, помимо передаваемого бита. Протокол передачи, использующий относительное кодирование, допускает инверсию передаваемых данных, а значит перемену проводов в паре местами без каких-либо последствий. При этом, однако, на практике гораздо чаще используется не абстрактный или создаваемый разработчиком протокол обмена, а отражение протокола RS232 в его логической части на аппаратный уровень RS485 — так как производятся промышленные преобразователи соответствующего типа, что позволяет не разрабатывать свой логический протокол. Здесь полярность подключения принципиальна в связи с тем, что RS232 использует определённое толкование передаваемых символов и не допускает их инверсии.

Согласование и смещение [ править | править код ]

При большой длине линии связи возникают эффекты длинных линий. Причина этому — распределённые индуктивные и ёмкостные свойства кабеля. Как следствие, сигнал, переданный в линию одним из узлов, начинает искажаться по мере распространения в линии, возникают сложные резонансные явления. Поскольку на практике кабель на всей длине имеет одинаковую конструкцию и, следовательно, одинаковые распределенные параметры погонной ёмкости и индуктивности, то это свойство кабеля характеризуют специальным параметром — волновым сопротивлением. Не вдаваясь в теоретические подробности, можно сказать, что в кабеле, на приёмном конце которого подключен резистор с сопротивлением, равным волновому сопротивлению кабеля, резонансные явления значительно ослабляются. Называется такой резистор терминатором. Для сетей RS485 они ставятся на каждой оконечности длинной линии (поскольку обе стороны могут быть приёмными). Волновое сопротивление наиболее распространенных витых пар CAT5 составляет 100 Ом [6] . Другие витые пары могут иметь волновое сопротивление 150 Ом и выше. Плоские ленточные кабели до 300 Ом. [7] [8]

На практике номинал этого резистора может выбираться и бóльшего номинала, чем волновое сопротивление кабеля, поскольку омическое сопротивление того же кабеля может оказаться настолько велико, что амплитуда сигнала на приёмной стороне окажется слишком мала для устойчивого приёма. В этом случае ищут компромисс между резонансными и амплитудными искажениями сигнала, уменьшая скорость интерфейса и увеличивая номинал терминатора [9] [10] [11] . На скоростях 9600 бит/с и ниже волновые, резонансные явления в масштабах, способных ухудшить качество связи, не проявляются, и вопроса согласования линии не возникает. Даже более того, при низких скоростях передачи (менее 9600 бит/с) терминальный резистор не улучшает, а ухудшает надежность передачи (существенно для длинных линий связи) [12] .

Ещё один источник искажения формы сигналов при передаче через витую пару — разная скорость распространения высокочастотного и низкочастотного сигнала (высокочастотная составляющая распространяется по витой паре несколько быстрее), что приводит к искажению формы сигнала при высоких скоростях передачи [13] .

Помехи в линии связи зависят не только от длины, терминаторов и качества самой витой пары. Важно, чтобы линия связи последовательно обходила все приёмопередатчики (топология общей шины). Витая пара не должна иметь длинных отводов — отрезков кабеля для соединения с очередным узлом, кроме случая использования повторителей интерфейса, или при низких скоростях передачи, менее 9600 бит/с.

В момент отсутствия активного передатчика на шине уровень сигнала в линиях не определен. Для предотвращения ситуации, когда разница между входами A и B меньше 200мВ (неопределённое состояние), иногда применяется смещение с помощью резисторов или специальной схемы. Если состояние линий не определено, то приёмники могут принимать сигнал помехи. Некоторые протоколы предусматривают передачу служебных последовательностей для стабилизации приёмников и уверенного начала приёма.

Для соединения АРМ с системой счетчиков необходимо производить переход от стандарта канала RS485 в стандарт RS232. Для этого необходимо наличие между концентратором сети RS485 и операторским АРМом соответствующего преобразователя. Рассмотрим две модели преобразователей: Овен АС3-М-220 и VSCOM SER-COMi-M.

Рассмотрим подробнее преобразователь серии Овен АС3-М. [11]

Интерфейс стандарта EIA RS 232C предназначен для последовательной связи двух устройств. Он является общепринятым и широко используется в аппаратных комплексах с подсоединением внешнего оборудования к персональному компьютеру (ПК). Интерфейс RS232C предусматривает использование «несимметричных» передатчиков и приемников, при этом передача данных осуществляется с помощью «несимметричного» сигнала по двум линиям — ТхD и RxD, а амплитуда сигнала измеряется относительно линии GND («нуля») (рисунок 2.5). Логической единице соответствует диапазон значений амплитуды сигнала (напряжения) от -12 до -3 В, логическому нулю — от +3 до +12 В. Диапазон от -3 до +3 В соответствует зоне нечувствительности, определяющей гистерезис приемника. Несимметричность сигнала обуславливает низкую помехозащищенность данного интерфейса, особенно при промышленных помехах. Наличие линий приема (RxD) и передачи (TxD) данных позволяет поддерживать полнодуплексную передачу информации, т.е. одновременно информация может как передаваться, так и приниматься. На рисунке 2.5 показана типовая схема объединения интерфейсов RS232 и RS485 при организации промышленной сети.

Рисунок 2.5 Типовая схема промышленной сети RS485

Для управления потоком данных наиболее широко используется аппаратный способ управления. Для корректной передачи данных необходимо, чтобы приемник находился в состоянии готовности к приему информации. При аппаратном способе управления используется сигнал RTS/CTS, который позволяет остановить передачу данных, если приемник не готов к их приему. Аппаратное управление потоком данных обеспечивает самую быструю реакцию передатчика на состояние приемника. При проектировании промышленных систем автоматизации наибольшее распространение получили информационные сети, основанные на интерфейсе стандарта EIA RS 485. В отличие от RS232, этот интерфейс предусматривает передачу данных с помощью «симметричного» (дифференциального) сигнала по двум линиям (А и В) (см. рисунок 2.5) и использование дополнительной линии для выравнивания потенциалов заземления устройств, объединенных в сеть стандарта RS485. Логический уровень сигнала определяется разностью напряжений на линиях (А — В), при этом логической единице соответствует диапазон значений напряжения от +0,2 до +5 В, а логическому нулю — диапазон значений от -0,2 до -5 В. Диапазон от -0,2 до +0,2 В соответствует зоне нечувствительности приемника. При использовании данного интерфейса максимальная длина линии связи между крайними устройствами может составлять до 1200 м. При этом в максимально удаленных друг от друга точках сети рекомендуется устанавливать оконечные согласующие резисторы (терминаторы), позволяющие компенсировать волновое сопротивление кабеля и минимизировать амплитуду отраженного сигнала.

Оба указанных интерфейса поддерживают асинхронный режим передачи. Данные посылаются блоками (кадрами), формат которых представлен на рисунке 2.6 Передача каждого кадра начинается со старт/бита, сигнализирующего приемнику о начале передачи, за которым следуют биты данных и бит четности. Завершает посылку стоп/бит, гарантирующий паузу между посылками. Для асинхронного режима принят ряд стандартных скоростей обмена: 50, 75, 110, 150, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600, 115200 бит/с. Количество бит данных может составлять 5, 6, 7 или 8 (5/ и 6/битные форматы распространены незначительно). Количество стоп/бит может составлять 1, 1,5 или 2 («полтора бита» означает только длительность стопового интервала).

Рисунок 2.6 Формат кадра данных

Прибор предназначен для взаимного электрического преобразования сигналов интерфейсов RS232 и RS485, обеспечивает гальваническую изоляцию входов между собой и от питающей сети. Прибор автоматически определяет направление передачи данных, что позволяет исключить необходимость в дополнительном аппаратном управлении обменом данными по линии RTS и значительно снизить временные интервалы (тайм/ауты) между кадрами данных. При этом в качестве ведущего (мастера) может выступать устройство как с интерфейсом RS232, так и с интерфейсом RS485. Прибор поддерживает любые протоколы данных, физическая реализация которых основана на интерфейсах RS232 и RS485. Прибор позволяет подключать к промышленной информационной сети RS485 устройство с интерфейсом RS232, такое как персональный компьютер, считыватель штрих/кодов, электронные весы и т.д. Основные технические характеристики представлены в таблице 2.12.[11]

Основные технические характеристики

  • — переменное (для АС3/М/220)
  • — постоянное (для АС3/М/024)

PDF версия (672,68 Кб)

Продолжение тестирования преобразователей фирмы MOXA. В данном тестировании использовались преобразователи с увеличенным быстродействием NPort 5130 и NPort 5150.

Возможна работа системы "Орион" по ЛВС ethernet с использованием устройств передачи данных NPort 5130 и 5150 фирмы Моха Technologies Co (далее NPort). В качестве опросчика системы были использованы С2000М v.2.03 и АРМ «Орион» выпуск 7.5.1.

Конфигурация NPORT’ов (режим работы, настройки серийного порта, IP адрес) осуществляется по ЛВС с помощью специальной программы «NPort Administrator», входящей в состав ПО.

Для осуществления передачи сообщений по ЛВС использовалось следующее оборудование:

  1. устройства передачи данных NPORT (один подключается со стороны опрашивающего устройства, другие — со стороны веток приборов);
  2. ЛВС с одним коммутатором;
  3. компьютер Pentium IV – 2.40 Ghz / Ram 512Mb с Microsoft Windows XP SP2 с установленным АРМ «Орион» КД выпуск 7.5.1;
  4. приборы системы «Орион».

Трансляция с использованием MOXA NPort 5130

Характеристики NPort5130
Системные
Процессор 16-бит
Память 512КБ
Сетевые
Ethernet 100Base-TX (10/100 Mbps)
Серийный порт
Интерфейс RS-485
Разъем male DB9
Скорость от 50 бит/с до 921,6 Кбит/с
Режимы работы виртуальный COM порт
TCP сервер
TCP клиент
передача дейтограмм UDP
точка-точка
Фирма Моха Technologies Co.,(Тайвань)

* Примечание: соответствие выводов прибора с принятым обозначением приведены в таблице.

обозначение выводов на преобразователе обозначение вывода на приборах НВП «Болид»
D + A
D – B
GND

ВАРИАНТЫ ПОДКЛЮЧЕНИЙ NPort 5130

1. Виртуальный COM порт

Компьютер с АРМ «Орион»/АРМ «Орион Про» и NPort 5130 подключаются к локальной сети. На выходе NPort 5130 RS-485 далее к приборам.

Для работы данной схемы необходимо на внутренней плате преобразователя MOXA Nport 5130 выставить джампер JP3.

Для конфигурирования NPort 5130 необходимо подключить его к ПК и запустить программу NPort Administrator.

После чего нажать на кнопку «Search», в результате справа будут отображены все найденные приборы.

Примечание: заводской IP адрес приборов 192.168.127.254, если прибор не находится в программе конфигурирования, то необходимо изменить сетевой адрес ПК на 192.168.127.XXX.

Далее необходимо выбрать конфигурируемый NPort и нажать кнопку «Configure», в результате будет считана текущая конфигурация NPort 5130:

После чего необходимо перейти на вкладку «Network» и настроить IP адрес. Для этого необходимо отметить флаг «Modify» и ввести значение адреса в поле «IP Address».

Далее необходимо перейти на вкладку «Serial», выбрать Nport из списка, отметить опцию «Modify» и нажать на кнопку «Settings». В появившемся окне необходимо задать следующие параметры интерфейса RS-485:

После настройки интерфейса RS-485 необходимо нажать на кнопку «OK» и перейти на вкладку «Operating Mode», выбрать Nport из списка, отметить опцию «Modify» и нажать на кнопку «Settings». В появившемся окне для параметра «Operating Mode» (режим работы) необходимо выставить «Real COM mode».

Далее необходимо нажать кнопку «OK» в подтверждение настроек режима работы. После чего записать конфигурацию в Nport 5130, нажав кнопку «OK» окна Cofiguration.

После чего выбрать в списке «Function» параметр «COM Mapping» и нажать на кнопку «Add». В появившемся окне необходимо выбрать Nport 5130 и нажать кнопку «OK». В результате в списке «COM Mapping» появится новая запись с информацией о подключенном устройстве:

Далее необходимо выбрать запись из списка и нажать на кнопку «Configure», в появившемся окне необходимо настроить следующие параметры.

На вкладке «Basic Settings»:

COM Number – номер виртуального COM порта.

На вкладке «Advanced Settings»:

Tx mode – Hi-Performance;

Fast Flush – включен.

На вкладке «Serial Parameters»:

Baud Rate – 9600;

Flow Control – None;

После чего необходимо нажать кнопку «OK» диалогового окна «COM Port Settings» и кнопку «Apply» программы конфигурировании.

Примечание: при данной схеме подключения возможно использовать только одно устройство Nport для каждого номера виртуального COM – порта.

Для АРМ «Орион»/АРМ «Орион Про» необходимо задать используемый номер COM порта в Администраторе базы данных.

При данных настройках качество обменов 100%, скорость составляет 27-28 обменов в секунду.

При использовании сильно загруженной сети Ethernet возможно ухудшение связи между ПК и приборами. Возможное решение этой проблемы – увеличение параметра «Таймаут ожидания запроса» до 70 мсек в программе Settings (http://bolid.ru/production/orion/po-orion/rssettings.html) на вкладках Общие RS и PORT[n], где n – номер используемого COM-порта.

2. Сетевой контроллер АРМ «Орион»/АРМ «Орион Про» подключается к пульту C2000М, один луч RS-485 к приборам, а другой к NPort 5130, далее в Ethernet, потом NPort 5130 на выходе RS-485 далее приборы.

Для работы данной схемы необходимо на внутренней плате преобразователя MOXA Nport 5130 выставить джампер JP3.

Конфигурирование IP адреса и параметров интерфейса RS-485 для всех используемых NPort 5130 описаны в предыдущем варианте подключения. После чего необходимо настроить режим работы (на вкладке «Operating Mode»).

Настройки Nport 5130, подключенного к пульту:

Примечание: заданный адрес 192.168.11.255 – широковещательный адрес для сети 192.168.11. Если используется другая адресация в сети, то необходимо ввести адрес используемой Ethernet сети и в качестве узла задать 255. Если количество удаленных точек не более 2-3, для локализации трафика возможно указывать IP-адреса удаленных Nport’ов.

Настройки Nport 5130, подключенного к приборам:

Примечание: заданный адрес 192.168.11.1 –IP адрес Nport 5130, подключенного к пульту С2000. Если к пульту подключен Nport 5130 с другим адресом, то необходимо ввести используемый IP адрес.

В зависимости от загруженности сети и ее протяженности возможны два варианта настроек для NPort 5130 и АРМ «Орион»/АРМ «Орион Про» (или пульта С2000М):

Настройки большая загрузка сети малая загрузка сети

NPort 5130


[an error occurred while processing the directive]
Карта сайта