RS-485总线型通讯系统应用

1  引言
在自动化控制领域,随着分布式控制系统的发展,在工业上的分布式控制系统中,经常需要采用串行通信来达到远程信息交换的目的。目前,用于串行通信的接口标准包括:RS-232、RS-422、RS-423和RS-485。RS-232是最早的串行接口标准,广泛应用在短距离、较低波特率串行通信中。其后发展起来的RS-422、RS-485是平衡传送的电气标准,比起RS-232非平衡的传送方式在电气指标上有了大幅度的提高。 RS-485串行接口的电气标准实际上是RS-422的变型,它属于七层OSI(Open System Interconnection,开放系统互连)模型物理层的协议标准。由于性能优异、结构简单、组网容易,RS-485总线标准得到了越来越广泛的应用。其互连方式如图1所示:

下面以经纬纺织机械股份有限公司榆次分公司开发的F1605型转杯纺纱机为例进行介绍。

2  RS-485总线型多站点硬件设计
F1605型转杯纺纱机分为车头、中段和车尾组成,中段又由若干节组成。而中段的每锭又要求单独控制,例如:每锭要求实现半自动接头、探纱、单锭计长、电子清纱等。根据此机器的特点采用分布式控制系统,传送数据采用主从站的方法。图2所示是用RS- 485构成的总线型网络系统,采用主从方式进行多机通信。主机采用人机界面。每个从机拥有自己固定的地址,由主机控制完成网上的每一次通信。当主机向网上发出某一从机的地址时,所有从机接收到该地址并与自己的地址相比较。如果相符,说明主机在呼叫自己,应发回应答信号,表示准备好开始接收后面的命令和数据;否则不予理睬,继续监听呼叫地址。主机收到从机的应答后,则开始一次通信。通信完毕,从机继续处于监听状态,等待呼叫。
实际使用时,因线缆长度、线径、网络分布、传 

输速率不同,通讯可靠性会受到影响。网络节点数与所选器件中RS-485芯片驱动能力和接收器的输入阻抗有关。考虑到此控制系统中网络节点数较多,整个网络超过50个节点,为保证通讯的可靠性和提高通讯效率按照个器件在系统中实现的不同功能、数据流量、实时性要求把各器件分布到两条总线上,而且所选器件中的RS-485芯片驱动能力均达到255点,通讯速率选9.6bps,离主站最远的节点不超过50m。

3  网络协议
为了能使具体的命令、数据在网络上正确地传输,在数据链路层必须提供一定的网络协议,保证在物理层的比特流出现错误时进行检测和校正,同时实现生成数据帧和命令帧的功能。然而,为保证数据传输质量,对每个字节进行校验的同时,应尽量减少特征字和校验字,而常用的数据包格式由引导码、长度码、地址码、命令码、数据、校验码、尾码组成,每个数据包长度达20~30字节,在RS-485系统中这显得又有些繁杂。由于Modbus协议是公开的通讯协议,而且被很多的工控产品生产厂家支持,该协议已广泛应用于水利、水文、电力等行业设备及系统的国际标准中,因此,本系统采用Modbus 协议作为此控制系统的网络协议。
在此控制中由于对PLC和变频器的通讯数据量小而且实时性要求不高,因此采用Modbus ASCII方式,而对单片机的数据通讯量较大且实时性要求高,因此采用Modbus RTU方式。

4  结束语
本文着重讨论了用RS-485构成网络系统的基本组网方法。由于RS-485具有性能优异、组网简单的优点,它在集中控制系统、分布式控制系统中的应用相当广泛。由于其硬件电路已比较成熟,设计中的问题主要集中在网络协议和服务软件的设计上。网络协议是保证通信畅通的关键,在一定程度上也影响着网络通信的可靠性,即它必须能够抵抗实际运作环境的干扰。另外通信只是整个系统中的一个部分,系统还必须完成诸如数据采集和控制的功能,服务软件要使主机和各从机协调一致地工作,尽量减小通信对其他工作的影响。这就要求通信占用尽量少的时间,以求达到整个系统的高效率。在通信数据量一定的情况下,采用较高的波特率虽然比较好,但高的波特率必定要降低传输距离,在实际应用中必须仔细衡量。

参考文献
[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] 邬宽明. 现场总线技术应用选编. 北京:航空航天大学出版社