RS-485總線型通訊系統應用

在自動化控制領域，隨著分布式控制系統的發展，在工業上的分布式控制系統中，經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，廣泛應用在短距離、較低波特率串行通信中。其后發展起來的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，開放系統互連）模型物理層的協議標準。由于性能優異、結構簡單、組網容易，rs-485總線標準得到了越來越廣泛的應用。其互連方式如圖1所示:

下面以經緯紡織機械股份有限公司榆次分公司開發的f1605型轉杯紡紗機為例進行介紹。

2 rs-485總線型多站點硬件設計

f1605型轉杯紡紗機分為車頭、中段和車尾組成，中段又由若干節組成。而中段的每錠又要求單獨控制，例如:每錠要求實現半自動接頭、探紗、單錠計長、電子清紗等。根據此機器的特點采用分布式控制系統，傳送數據采用主從站的方法。圖2所示是用rs-485構成的總線型網絡系統，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，由主機控制完成網上的每一次通信。當主機向網上發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，應發回應答信號，表示準備好開始接收后面的命令和數據;否則不予理睬，繼續監聽呼叫地址。主機收到從機的應答后，則開始一次通信。通信完畢，從機繼續處于監聽狀態，等待呼叫。實際使用時，因線纜長度、線徑、網絡分布、傳輸速率不同，通訊可靠性會受到影響。網絡節點數與所選器件中rs-485芯片驅動能力和接收器的輸入阻抗有關?？紤]到此控制系統中網絡節點數較多，整個網絡超過50個節點，為保證通訊的可靠性和提高通訊效率按照個器件在系統中實現的不同功能、數據流量、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芯片驅動能力均達到255點，通訊速率選9.6bps，離主站最遠的節點不超過50m。

3 網絡協議

為了能使具體的命令、數據在網絡上正確地傳輸，在數據鏈路層必須提供一定的網絡協議，保證在物理層的比特流出現錯誤時進行檢測和校正，同時實現生成數據幀和命令幀的功能。然而，為保證數據傳輸質量，對每個字節進行校驗的同時，應盡量減少特征字和校驗字，而常用的數據包格式由引導碼、長度碼、地址碼、命令碼、數據、校驗碼、尾碼組成，每個數據包長度達20～30字節，在rs-485系統中這顯得又有些繁雜。由于modbus協議是公開的通訊協議，而且被很多的工控產品生產廠家支持，該協議已廣泛應用于水利、水文、電力等行業設備及系統的國際標準中，因此，本系統采用modbus協議作為此控制系統的網絡協議。

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

4 結束語

本文著重討論了用rs-485構成網絡系統的基本組網方法。由于rs-485具有性能優異、組網簡單的優點，它在集中控制系統、分布式控制系統中的應用相當廣泛。由于其硬件電路已比較成熟，設計中的問題主要集中在網絡協議和服務軟件的設計上。網絡協議是保證通信暢通的關鍵，在一定程度上也影響著網絡通信的可靠性，即它必須能夠抵抗實際運作環境的干擾。另外通信只是整個系統中的一個部分，系統還必須完成諸如數據采集和控制的功能，服務軟件要使主機和各從機協調一致地工作，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，以求達到整個系統的高效率。在通信數據量一定的情況下，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，在實際應用中必須仔細衡量。

參考文獻
[1] b&b electronics. rs-422 and rs-485 application note,1997
[2] modicom modbus protocol reference guide （pi-mbus-300 rev.j） june 1996
[3] 鄔寬明. 現場總線技術應用選編. 北京:航空航天大學出版社

作者簡介
龐宏綱（1972-） 男 工程師 工業自動化應用系統研發。