发布时间:2023-04-05 点此:24次
rs485一般采用双绞线电缆。
智能仪表随着80年代初单片机技术的成熟而发展起来,世界仪表市场基本被智能仪表所垄断,这归结于企业信息化的需要,而企业在仪表选型时其中的一个必要条件就是要具有联网通信接口。
最初是数据模拟信号输出简单过程量,后来仪表接口是RS232接口,这种接口可以实现点对点的通信方式,但这种方式不能实现联网功能,随后出现的RS485解决了这个问题。
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网络拓扑一般采用终端匹配的总线型结构。在构建网络时,应注意如下几点:
(1)采用一条双绞线电缆作总线,将各个节点串接起来,从总线到每个节点的引出线长度应尽量短,以便使引出线中的反射信号对总线信号的影响最低。有些网络连接尽管不正确,在短距离、低速率仍可能正常工作,但随着通信距离的延长或通信速率的提高,其不良影响会越来越严重,主要原因是信号在各支路末端反射后与原信号叠加,会造成信号质量下降。
(2)应注意总线特性阻抗的连续性,在阻抗不连续点就会发生信号的反射。
下列几种情况易产生这种不连续性:总线的不同区段采用了不同电缆,或某一段总线上有过多收发器紧靠在一起安装,再者是过长的分支线引出到总线。总之,应该提供一条单一、连续的信号通道作为总线。
采用差分信号。RS485采用两根通信线,通常用A和B或者D+和D-来表示。
逻辑“1”以两线之间的电压差为+(0.2~6)V表示,逻辑“0”以两线间的电压差为-(0.2~6)V来表示,是一种典型的差分通信。
现场的485接线采用4线制接线,手拉手布线。但这种方式带来一个问题,即在远传时必须使用隔离。增加了成本,下图是必须隔离的原因
近几年出现的二总线技术POWERBUS,两根线解决通讯供电问题,原理上解决了产生灌电流的问题,且布线支持任意拓扑,简单高效。
本设计指南讨论如何设计RS-485接口电路。文中讨论了平衡传输线标准的必要性,并给出了一个过程控制设计例子。
文中还分标题讨论了线路负载、信号衰减、失效保护和电流隔离。
1、为什么需要平衡传输线标准
本文的重点在于工业最广泛使用的平衡传输线标准:ANSI/TIA/EIA-485-A(以下简称485)。在回顾一些485标准的关键方面后,通过一个工厂自动化例子,介绍实际项目中如何实施差分传输结构。
远距离、高噪声环境下,计算机组件和外设之间的数据传输通常是困难的,如果有可能的话,尽量使用单端驱动器和接收器。对于这种需要远距离通讯的系统,推荐使用平衡数字电压接口。
485是一个平衡(差分)数字传输线接口,是为了改善TIA/EIA-232(以下简称232)的局限性而开发出来的。485具有以下特性:
通讯速率高 – 可达到50M bits/s
通讯距离远 – 可达到1200米(注:100Kbps情况下)
差分传输 – 较小的噪声辐射
多驱动器和接收器
在实际应用中,如果两个或更多计算机之间需要价格低廉、连接可靠的数据通讯,都可以使用485驱动器、接收器或收发器。一个典型的例子是销售终端机和中心计算机之间使用485传输信息。
使用双绞线传输平衡信号具有较低的噪声耦合,加上485具有很宽的共模电压范围,所以485允许高达50M bit/s的速率通讯,或者在低速情况下具有数千米通讯距离。
由于485用途广泛,越来越多的标准委员会将485标准作为它们通讯标准的物理层规范。包括ANSI的SCSI(小型计算机系统接口)、Profibus标准、DIN测量总线以及中国的的多功能电能表通讯协议标准DL/T645。
平衡传输线标准485于1983年开发,用于主机与外设之间的数据、时钟或控制线的数据传输接口。标准仅规定了电气层,其它的像协议、时序、串行或并行数据以及链接器全部由设计者或更高层协议定义。
最初,485标准被定义为是对TIA/EIA-422标准(以下简称422)的灵活性方面升级。
鉴于422仅是单工通讯(注:422使用两对差分通讯线,发送使用一对,接收使用一对,所以数据在一条线上是单向传输的),485允许在一对信号线上有多个驱动器和接收器,有利于半双工通讯(见图1)。和422一样,485没有规定最大电缆长度,但是在使用24-AWG电缆、100kbps条件下,可以传输1.2km;485同样没有限制最大信号速率,而是由上升时间和位时间的比率限制,这和232相似。在大多数情况下,因为传输线效应和外界噪声影响,电缆长度比驱动器更能限制信号速率。
2、系统设计注意事项
2.1线负载
在485标准中,线负载要考虑线路终端和传输线上的负载。
是否对传输线终端匹配取决于系统设计,也受传输线长度和信号速率的影响(一般情况下,低速短距离可以不进行终端匹配)。
2.1.1 传输线终端匹配
可以将传输线划分为两种模型:分布式参数模型[1]和集总参数模型[2]。测试传输线属于哪种模型取决于信号的渡越(上升/下降)时间tt与驱动器输出到线缆末端的传播时间tpd。
如果2tpd≥tt/5,则传输线必须按照分布式参数模型处理,并且必须处理好传输线终端匹配;其它情况下,传输线看作节点参数模型,这时传输线终端匹配不是必须的。
注1:分布式参数模型 - 电路中的电压和电流是时间的函数而且与器件的几何尺寸和空间位置有关。
注2:集总参数模型 - 电路中任意两个端点间的电压和流入任一器件端点的电流完全确定,与器件的几何尺寸和空间位置无关。
2.1.2单位负载概念
挂接在同一485通讯总线上的驱动器和接收器,其最大数量取决于它们的负载特性。驱动器和接收器的负载都是相对单位负载而衡量的。
485标准规定一根传输总线上最多可以挂接32个单位负载。
单位负载定义为:在12V共模电压环境中,允许通过稳态负载1mA电流,或者是在-7V共模电压环境中,允许通过稳态负载0.8mA电流。单位负载可能由驱动器、接收器和失效保护电阻组成,但不包括AC终端匹配电阻。
图2给出了SN75LBC176A收发器单位负载计算的例子。因为这款设备将驱动器和接收器集成到一起构成了收发器(即驱动器输出和接收器输入连接到了同一根总线上),因此很难分别获取驱动器泄漏电流和接收器输入电流。为了便于计算,将接收器输入阻抗看作12 kΩ并给收发器1mA电流。
这可以代表一个单位负载,一根传输总线上允许32个这样的负载。
只要接收器的输入阻抗大于12kΩ,那么可以在一根传输总线上使用多于32个这样的收发器。
2.2信号衰减和失真
一个有用的常识是:在最大信号速率(单位:Hz)通讯的条件下,允许信号衰减-6dB。一般情况下,电缆供应商会提供信号衰减图表。
图3所示的曲线显示了24-AWG电缆衰减和频率的关系。
RS485电缆有两种,均为双绞线电缆。
两种电缆如下:
1、双绞线电缆:STP-120Ω(用于RS485 & CAN)一对18AWG)
2、铠装型双绞屏蔽电缆:ASTP-120Ω(用于RS485 & CAN)一对18AWG)。
RS485是一个定义平衡数字多点系统中的驱动器和接收器的电气特性的标准,该标准由电信行业协会和电子工业联盟定义。
使用该标准的数字通信网络能在远距离条件下以及电子噪声大的环境下有效传输信号。RS-485使得廉价本地网络以及多支路通信链路的配置成为可能。
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RS485接口通讯线的使用原则:
对于特定的传输线路,从RS485接口到负载其数据信号传输所允许的最大电缆长度与信号传输的波特率成反比,这个长度数据主要是受信号失真及噪声等因素所影响。
理论上,通信速率在100Kbps及以下时,RS485的最长传输距离可达1200米,但在实际应用中传输的距离也因芯片及电缆的传输特性而有所差异。
在传输过程中可以采用增加中继的方法对信号进行放大,最多可以加八个中继,也就是说理论上RS485的最大传输距离可以达到10.8公里。
首先满足阻抗(Z0=120Ω)匹配,然后根据具体的通信速率、传输距离、布线环境、敷设方式配置不同的型号规格。很多人用RVVPS、RVVP、RVSP、KVVP等聚氯乙烯绝缘介质的电缆传输数字信号,这是错误的!按照字母解释:RVV——铜芯导体聚氯乙烯绝缘及护套软电缆无屏蔽。
RVVPS——铜芯导体聚氯乙烯绝缘及护套铜丝编织总屏蔽软电缆。
RVSP——铜芯导体聚氯乙烯绝缘绞型铜丝编织屏蔽电线无护套。总所周知:虽然价格低廉,但聚氯乙烯PVC却系高衰减材料。加上电缆这类电缆本身仅考虑了电阻、耐压、载流量等一次参数,所以,若按照传输线方程来考虑,这些是不能满足通信要求的。低速、短距离或许可以,但高速、长线、多节点总线通信时,则很难胜任,此时应采用阻抗匹配的现场总线电缆。
现场总线电缆是按照传输线方程来设计的,具有特性阻抗、衰减值等二次参数要求的传输元件。※通用型现场总线系列电缆(专利号:201020559128.9谨防假冒)特性阻抗为120Ω的双绞屏蔽电缆广泛用于RS485/422、CANBUS等总线,该系列电缆规格很多,请提供电缆的敷设环境、通信速率、最大无中继传输距离等参数,我们将依照具体情况推荐最适当的产品。一般推荐如下:非铠装双绞屏蔽型电缆STP-120Ω(forRS485&CAN)onepair20AWG,电缆外径7.7mm左右,蓝色护套。
适用于室内、管道及一般工业环境。使用时,屏蔽层一端接地!非铠装双绞屏蔽型电缆STP-120Ω(forRS485&CAN)onepair18AWG,电缆外径8.2mm左右,灰色护套。适用于室内、管道及一般工业环境。
使用时,屏蔽层一端接地!铠装型双绞屏蔽电缆ASTP-120Ω(forRS485&CAN)onepair18AWG,电缆外径12.3mm左右,黑色护套。可用于干扰严重、鼠害频繁以及有防雷、防爆要求的场所。使用时,建议铠装层两端接地,最内层屏蔽一端接地!变频器、动力电缆、变压器、大功率电机等往往伴随着低频干扰,而这种干扰是用高导电率材料做屏蔽层的电缆无法解决的,包括原装的进口电缆。
只有用高导磁率材料(如钢带、钢丝)做的屏蔽层才能有效抑制低频干扰。最常用的方法就是给电缆套上钢管或直接采用高导磁率材料制成的铠装型电缆——ASTP-120Ω(forRS485&CAN)onepair18AWG,电缆外径12.3mm左右。可用于干扰严重、鼠害频繁以及有防雷、防爆要求的场所。使用时,建议铠装层两端接地,最内层屏蔽一端接地!户外敷设电缆防雷很重要!雷电的等效干扰频率在100k左右,也属于低频干扰。
《GB50057-94建筑物防雷设计规范》第6.3.1条:......在需要保护的空间内,当采用屏蔽电缆时其屏蔽层应至少在两端并宜在防雷区交界处做等电位连接,当系统要求只在一端做等电位连接时,应采用两层屏蔽,外层屏蔽按前述要求处理。《GB50217-2007电缆设计规范》也有类似的表述,搜索“工业自动化系列综合电缆解决方案”可查。
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