Последовательные интерфейсы по стандартам RS232C и RS485



В качестве примера рассмотрим применение весьма распространенных в контроллерном программном управлении и в УЧПУ физических последовательных интерфейсов по стандартам RS232C и RS485 (RS – Recommended Standard). Эти стандарты были разработаны американской ассоциацией EIA (Electronics Industries Alliance). Основное назначение интерфейса RS232C – обеспечение связи УВМ с управляемым объектом по методу PtP (Point-to-Point –точка-точка). По стандарту RS232С функционирует COM – порт(Communication Port) персонального компьютера. Поскольку RS232C является радиальным интерфейсом типа PtP , то понятие адреса в нем отсутствует. Об основных функциях системы передачи по стандарту RS232C дает представление описание сигналов данного интерфейса, приведенное в таблице 2.2.

 

Таблица 2.2. Назначение основных сигналов интерфейса RS232C

Обозначение Назначение
SG(Signal Ground) Сигнальная земля
TD(Transmitted Data) Данные, передаваемые в оконечное устройство
RD(Received Data) Данные, принимаемые от оконечного устройства
DTR(Data Terminal Ready) Готовность контроллера к обмену данными
DSR(Data Set Ready) Готовность оконечного устройства к обмену данными
RTS(Request To Send) Запрос передачи данных
CTS(Clear To Send) Готовность регистра оконечного устройства

 

Согласно таблице 2.2 информация передается через интерфейс RS232C в оконечное устройство в виде импульсов напряжения между проводами TD и SG , а в обратном направлении – по проводу RD относительно того же SG. Таким образом, обеспечивается возможность реализации дуплексного режима связи, т.е. одновременной передачи информации в обоих направлениях. Уровень логического нуля передающего устройства TD стандартизируется в пределах от +5В до +12В, а уровень логической единицы – от -12В до -5В. Соответственно уровни потенциала приемного сигнала RD должны находиться в пределах ±(3÷12)В. Повышенные уровни напряжений сигналов RS232C (а также RS485) способствуют повышенной помехозащищенности цеховых систем автоматизации, использующих эти интерфейсы.

Обмен информацией в интерфейсе RS232C начинается с установление сигнала DTR=1, означающем готовность контроллера интерфейса к обмену данными. Если в ответ оконечное устройство также объявит о готовности к обмену данными путем установки DSR=1, то передача данных в оконечное устройство будет осуществляться при наличии сигналов RTS=1и CTS=1 одновременно. Процесс передачи информации проходит либо в асинхронном, либо в синхронном режиме. В асинхронном режиме обмен информацией производится побайтно. Для синхронизации передающего узла интерфейса с приемной частью, в поток информации вставляют стартовый бит перед передачей каждого байта информации, а в конце каждого байта вставляют стоповый бит. Стартовый бит соответствует уровню логического нуля, а стоповый бит – уровню логической единицы. В течение всего времени паузы пока не начнется передача нового байта информации, на линии передачи поддерживается состояние логической единицы. В синхронном режиме оформление кадра информации (побайтно или в иной форме) и его адресация производятся на канальном уровне обмена информацией.

Максимальное быстродействие RS232C соответствует скорости передачи 115,2 кбит/с при длине линии связи до 15 м, поскольку его линии связи несимметричны. Если необходимо вести обмен информацией способом последовательной передачи данных по одной и той же линии между несколькими устройствами (многоточечный режим), то время использования этой линии для передачи данных должно быть поделено между всеми устройствами, ведущими передачу. Для сохранения той же средней скорости передачи за цикл обмена данными между всеми устройствами, что и при работе в одноточечном режиме, скорость обмена данными при работе в многоточечном режиме должна быть повышена пропорционально количеству устройств, подключенных к линии передачи. Это может быть достигнуто путем перехода от однопроводной несимметричной линии к двухпроводной симметричной линии связи.

Задача обеспечения многоточечного режима обмена данными и повышение скорости передачи решается с помощью интерфейса RS485, включаемого на выходе интерфейса RS232С через согласующее устройство (адаптер). Типичная двухпроводная информационная сеть, построенная на базе интерфейса RS485, приведена на рис. 2.3. Основой каждого интерфейсного узла RS485 является пара электронных преобразовательных устройств: G и R. Одно из них (G) преобразует несимметричное входное напряжение в симметричное линейное напряжение между точками А и В на его выходе. Устройство G является передатчиком сигналов TD, которые поступают на вход G с выхода интерфейса RS232С. Единичному логическому сигналу на выходе АВ соответствует отрицательное напряжение в точке А по отношению к точке В (UАВ), а нулевому сигналу – положительное напряжение UАВ. Таким образом, передача информации осуществляется разнополярными импульсами напряжения одной и той же амплитуды, что облегчает реализацию гальванической развязки. Устройство R является приемником, оно преобразует симметричный дифференциальный сигнал UАВ, поступающий с линии связи, в несимметричный выходной сигнал RD. В целом симметричная дифференциальная система связи, на которой построена информационная сеть рис. 2.3, реализуется с помощью трех проводов: связных проводов А и В и общего провода SG (сигнальная земля). Такая трехпроводная система связи позволяет создать помехоустойчивую скоростную магистраль со скоростью передачи до 10 Мбит/с при длине линии связи до 15 м и не менее 90кбит/с при длине линии связи до 1200 м. На такой линии связи может быть подключено до 32 приемо-передающих узлов.

Рис.2.3. Типичная двухпроводная многоточечная информационная сеть на базе интерфейса RS485

 

У обоих концов линии связи должны быть подключены согласующие резисторы величиной 120 Ом. Подключение таких резисторов в промежуточных точках подсоединения адаптеров RS485 не требуется.

Все передатчики информационной сети рис. 2.3 передают информацию в одну и ту же информационную магистраль, так что когда один передатчик передает данные, остальные должны быть отключены. Чтобы это стало возможным, все передатчики G (как и приемные устройства R) реализованы в виде схем с тремя возможными состояниями выходов: логическая единица, логический ноль и отключенное состояние. Каждое из устройств G включено при сигнале запроса передачи RTS=1, а работающее с ним в паре в составе интерфейса RS485 приемное устройство R при этом отключено (см. рис.2.3). При RTS=0 передатчик G интерфейса RS485 оказывается отключенным, а приемник R соответственно включенным. Поскольку в двухпроводной информационной системе, построенной на интерфейсе RS485, включенным может быть только один передатчик, все остальные узлы информационной сети будут работать в режиме приема. Те из них, кому адресованы передаваемые данные, будут их принимать через приемные устройства R. Последние преобразуют данные, пришедшие в виде симметричных импульсов напряжения UАВ, в несимметричные сигналы RD, которые через адаптер попадают на интерфейс RS 232С или в приемный регистр исполнительного устройства, управляемого от УВМ. Любое исполнительное устройство может передавать через передатчик G запрошенные данные в УВМ. Возможен вариант четырехпроводной сети, но она может работать только в режиме ведущий(master) – ведомый (slave). При этом все приемники ведомых узлов подсоединяются только к передатчику ведущего узла, а все передатчики ведомых узлов подсоединены только к приемнику ведущего узла. Такая схема повышает надежность информационной сети, построенной по принципу ведущий – ведомый, но и удорожает её.

Локальные сети АСУТП обычно построены по схеме ведущий – ведомый и употребляют интерфейс RS485. В качестве примера рассмотрим двухпроводную информационную сеть, состоящую из ведущей УВМ и ведомых устройств. УВМ через адаптер RS232/RS485 связана с ведомыми оконечными устройствами, количество которых превышает 32 (рис.2.4). В этом случае увеличение количества подключаемых оконечных устройств типа УСО и интеллектуальных датчиков достигается за счет использования повторителя. Повторитель (repeater) системы RS485 является двухпроводным двухсторонним устройством, которое передает данные, генерируемые в информационной сети, в обе стороны с одновременным восстановлением исходной амплитуды импульсов передаваемых данных. С его вторичной стороны может быть подключено еще 31 оконечное устройство.

Рис. 2.4. Информационная сеть RS485 по схеме ведущий-ведомый

 

Локальная сеть, построенная на базе интерфейса RS485, аналогично приведенной на рис.2.4, может быть присоединена к УВМ и через интерфейс USB, но с адаптером USB/RS485. Интерфейс USB отличается повышенными скоростями передачи (до 12Мбит/с при длине связного сегмента до 5 м), а также малогабаритными надежными разъемами.

 


Дата добавления: 2018-04-04; просмотров: 302;