8.2 分布式测控网络技术(二).ppt

国家级精品课程计算机控制技术,主讲教师：丁军航 副教授,青岛大学,第31讲第8章 分布式测控网络技术（二）,8.2.1 RS-232/RS-422/RS-485串行通信总线,8.2.2 RS-485总线测控网络,8.2.3 RS-485总线测控网络设计举例,8.2 基于串行总线的测控网络技术,（1）平衡和不平衡传输方式不平衡方式是用单线传输信号，以地线作为信号的回路，接收器是用单线输入信号的；平衡方式是用双绞线传输信号，信号在双绞线中自成回路不通过地线，接收器是用双端差动方式输入信号的。在不平衡方式中，信号线上所感应到的干扰和地线上的干扰将迭加后影响到接收信号；而在平衡方式中，双绞线上所感应的干扰相互抵消，地线上的干扰又不影响接收端。因此平衡传输方式在抗干扰方面有较良好的性能，并适合较远距离的数据传输。,8.2.1 RS-232/RS-422/RS-485串行通信总线,8.2.1 RS-232/RS-422/RS-485串行通信总线,（2）RS-232,RS-232-C是美国电子工业协会EIA（Electronic Industry Association）制定的一种串行物理接口标准。RS是英文“推荐标准”的缩写，232为标识号，C表示修改次数。目前RS-232是PC机与通信工业中应用最广泛的一种串行接口。RS-232被定义为一种在低速率串行通讯中增加通讯距离的单端标准。RS-232采取不平衡传输方式，即所谓单端通讯。,8.2.1 RS-232/RS-422/RS-485串行通信总线,RS-232物理连接特性,RS-232-C接口连接器一般使用型号为DB-9插头座，通常插头在DCE端，孔插座在DTE端。PC 机的RS-232为9芯针插座。一些设备与PC机连接的RS-232接口，因为不使用对方的传送控制信号,因而工业控制的RS-232口一般只使用三条接口线,即发送数据TXD、接收数据RXD和信号地GND。RS-232传输线采用屏蔽双绞线。,8.2.1 RS-232/RS-422/RS-485串行通信总线,8.2.1 RS-232/RS-422/RS-485串行通信总线,RS-232 电气标准-（1）电气信号基准,8.2.1 RS-232/RS-422/RS-485串行通信总线,RS-232电气标准接口的电气特性,典型的RS-232信号在正负电平之间摆动，在发送数据时，发送端驱动器输出正电平在+5+15V，负电平在-5-15V电平。接收器典型的工作电平在+3+12V与-3-12V。由于发送电平与接收电平的差仅为2V至3V左右，所以其共模抑制能力差，再加上双绞线上的分布电容，其传送距离最大为约15米，最高速率为20kb/s。RS-232是为点对点（即只用一对收、发设备）通讯而设计的，其驱动器负载为37k。所以RS-232适合本地设备之间的通信。,8.2.1 RS-232/RS-422/RS-485串行通信总线,RS-232电气转换标准接口,RS-232-C电平与TTL/CMOS电平不兼容，故两者连接时，必须进行电平转换。,以MC1488/MC1489作为收/发转换,8.2.1 RS-232/RS-422/RS-485串行通信总线,RS-422和RS-485与RS-232不一样，数据信号采用差分传输方式，也称作平衡传输，它使用一对双绞线，将其中一线定义为A，另一线定义为B。通常情况下，发送驱动器A、B之间的正电平在+2+6V，是一个逻辑状态，负电平在-26V，是另一个逻辑状态。另有一个信号地C，在RS-485中还有“使能”端，而在RS-422中这是可用可不用的。“使能”端是用于控制发送驱动器与传输线的切断与连接。当“使能”端起作用时，发送驱动器处于高阻状态，称作“第三态”，即它是有别于逻辑“1”与“0”的第三态。,8.2.1 RS-232/RS-422/RS-485串行通信总线,(3)RS-422A/RS-485,接收器也作与发送端相对的规定，收、发端通过平衡双绞线将AA与BB对应相连，当在收端AB之间有大于+200mV的电平时，输出正逻辑电平，小于-200mV时，输出负逻辑电平。接收器接收平衡线上的电平范围通常在200mV至6V之间。,8.2.1 RS-232/RS-422/RS-485串行通信总线,RS-422电气规定 RS-422标准全称是“平衡电压数字接口电路的电气特性”，它定义了接口电路的特性。图4是其DB9连接器引脚定义。图5是典型的RS-422四线接口。实际上还有一根信号地线，共5根线。,8.2.1 RS-232/RS-422/RS-485串行通信总线,允许在相同传输线上连接多个接收节点，最多可接10个节点。即一个主设备（Master），其余为从设备（Salve），从设备之间不能通信，所以RS-422支持点对多的双向通信。接收器输入阻抗为4k，故发端最大负载能力是104k+100（终端电阻）。RS-422四线接口由于采用单独的发送和接收通道，因此不必控制数据方向，各装置之间任何必须的信号交换均可以按软件方式（XON/XOFF握手）或硬件方式（一对单独的双绞线）实现。,8.2.1 RS-232/RS-422/RS-485串行通信总线,RS-422的最大传输距离为4000英尺（约1219米），最大传输速率为10Mb/s。其平衡双绞线的长度与传输速率成反比，在100kb/s速率以下，才可能达到最大传输距离。只有在很短的距离下才能获得最高速率传输。一般100米长的双绞线上所能获得的最大传输速率仅为1Mb/s。RS-422需要一个终接电阻，要求其阻值约等于传输电缆的特性阻抗。在矩距离传输时可不需终接电阻，即一般在300米以下不需终接电阻。终接电阻接在传输电缆的最远端。,8.2.1 RS-232/RS-422/RS-485串行通信总线,RS-485电气规定 由于RS-485是从RS-422基础上发展而来的，所以RS-485许多电气规定与RS-422相仿。如都采用平衡传输方式、都需要在传输线上接终接电阻等。RS-485可以采用二线与四线方式，二线制可实现真正的多点双向通信。而采用四线连接时，与RS-422一样只能实现点对多的通信，即只能有一个主（Master）设备，其余为从设备，但它比RS-422有改进，无论四线还是二线连接方式总线上可多接到32个设备。,8.2.1 RS-232/RS-422/RS-485串行通信总线,RS-485与RS-422一样，其最大传输距离约为1219米，最大传输速率为10Mb/s。平衡双绞线的长度与传输速率成反比，在100kb/s速率以下，才可能使用规定最长的电缆长度。只有在很短的距离下才能获得最高速率传输。一般100米长双绞线最大传输速率仅为1Mb/s。RS-485需要2个终接电阻，其阻值要求等于传输电缆的特性阻抗。在矩距离传输时可不需终接电阻，即一般在300米以下不需终接电阻。终接电阻接在传输总线的两端。,8.2.1 RS-232/RS-422/RS-485串行通信总线,RS-485物理连接特性-简单特点,RS-485接口组成的半双工网络，一般是两线制，多采用屏蔽双绞线传输。这种接线方式为总线式拓扑结构在同一总线上最多可以挂接32个结点。在RS-485通信网络中一般采用的是主从通信方式，即一个主机带多个从机。很多情况下，连接RS-485通信链路时只是简单地用一对双绞线将各个接口的“A”、“B”端连接起来。RS-485接口连接器采用DB-9的9芯插头座，与智能终端RS-485接口采用DB-9（孔），与键盘连接的键盘接口RS485采用DB-9（针）。,8.2.1 RS-232/RS-422/RS-485串行通信总线,RS-485-接口获取,由于PC机默认的只带有RS-232接口或USB接口，有两种方法可以得到PC上位机的RS-485电路：（1）通过RS-232（USB）/RS-485转换模块，将PC机串口RS-232信号转换成RS-485信号，对于情况比较复杂的工业环境最好是选用防浪涌带隔离栅的产品。（2）通过PCI多串口卡，可以直接选用输出信号为RS-485类型的扩展卡。,8.2.1 RS-232/RS-422/RS-485串行通信总线,PCI-1612是一款兼容PCI 2.1总线规格的4端口RS-232/422/485 PCI通信卡。提供了4个RS-232/422/485端口(PCI-1612)、可选浪涌保护。,8.2.1 RS-232/RS-422/RS-485串行通信总线,板卡方式,模块方式,ADAM-4520/4522隔离转换器能够将RS-232信号透明转换为RS-422和RS-485信号。您无须改动PC上的任何硬件及软件。ADAM-4520能够帮您轻松地建立起一套基于PC硬件的、工业级远程通讯系统。它能够将通讯距离再延长1200米（4000英尺），或再增加32个连接节点。,8.2.1 RS-232/RS-422/RS-485串行通信总线,8.2.1 RS-232/RS-422/RS-485串行通信总线,采用RS-422A，实现两点之间远程通讯时，其连接方式如图所示,8.2.1 RS-232/RS-422/RS-485串行通信总线,采用RS-485进行两点之间远程通讯时的连接电路如图所示,RS-485用于多点互连时非常方便，可以省掉许多信号线。应用RS-485可以联网构成分布式系统，其允许最多并联32台驱动器和32台接收器。当前自动控制系统中常用的网络的物理层，如现场总线CAN、Profibus、INTERBUS-S以及ARCNet的物理层都是基于RS-485的总线进行总结和研究。,8.2.1 RS-232/RS-422/RS-485串行通信总线,（4）应用-RS-485多点互连,（4）应用-RS-485多点互连,8.2.1 RS-232/RS-422/RS-485串行通信总线,RS-485的连接方式 在RS-485网络中各节点的物理接线中应杜绝T型接线方式，应采用“手拉手”的连接方式。,1,2,n,8.2.1 RS-232/RS-422/RS-485串行通信总线,8.2.1 RS-232/RS-422/RS-485串行通信总线,8.2.1 RS-232/RS-422/RS-485串行通信总线,485布线可以任意布设成星型接线与树形接线。485布线规范是必须要手拉手的布线，一旦没有借助485集线器和485中继器直接布设成星型连接和树形连接，很容易造成信号反射导致总线不稳定。,8.2.1 RS-232/RS-422/RS-485串行通信总线,基于RS-485的分布式测控系统基本结构图,8.2.2 RS-485总线测控网络设计,由于PC或IPC一般只配有传统的RS-232C接口，为了在实际应用中把处于远距离的两台或多台带有RS-485接口的模块连接起来，进行通讯或组成分布式系统，不能直接应用RS-232C连接，需要使用RS-232/RS-485转换环节（如ADAM-4520模块）来解决。应用RS-485联网构成的主从式数据采集控制系统，其结构如图所示。,8.2.2 RS-485总线测控网络设计,1.ADAM模块远程通信计算机与ADAM4000模块之间的数据交换有三个步骤。1）设备要求传送数据时，计算机会传送一个字符串过去。此字符串的第一个字符是前导符，在前导符之后的是地址，地址之后是要设备解读的命令或数据。2）当设备收到要求字符串，并经判读确定后，便会送出计算机所要求的数据。数据被送出时会在其之前加上前导符与地址。3）计算机收到设备传送回来的字符串后，进行检查，当检查完成后，回送一个确定的字符串给设备，以说明计算机已成功收到字符串；而若传送失败，计算机也在此回送的字符串中要求设备重发数据。,8.2.2 RS-485总线测控网络设计,计算机与ADAM4000模块之间的数据交换的三个步骤,8.2.2 RS-485总线测控网络设计,2.通信协议两种通信协议，其一是通过使用特定的字符来执行通信控制功能，称之为面向字符的数据通信协议；其二是通过定义各字段长度、位置及作用来实现通信控制功能，所以称之为面向位流(比特)的数据通信协议，如高速数据链路控制协议HDLC(High Level Data Link Control。后者比前者的通信效率高，适用于通信数据量较大的工业控制网络或DCS系统。面向字符协议具有简单明了的特点，又有比较长的使用历史及广泛的应用范围，所以对于通信速率要求不高，采用主从结构的中小型工业控制网络，使用面向字符协议具有一定优势。目前，工业微机、调节仪表、中小型PLC和智能远程I/O子系统等标准化的工业控制设备都支持或部分支持面向字符协议。,8.2.2 RS-485总线测控网络设计,3.通信实现方法计算机与具有串行通信接口的设备实现通信的方法有三种：第一种是直接端口访问，实时性强，但界面编写麻烦，需要了解底层硬件的详细信息，不支持windows 2000及以上操作系统，实际工程中一般不采用；第二种是调用MSCOMM控件，编程方便，具有更完善的发送和接收功能；第三种是调用WINDOWS API 函数,使用WINDOWS 提供的通信函数编写应用程序，要求对WINDOWS API 函数有深入了解，编程较难，但程序可移植性强。,8.2.2 RS-485总线测控网络设计,通过计算机读取两块ADAM-4017共16个通道的模拟量输入值，输入模拟量信号为15V，量程为0200，模块返回值为工程量(电压值)，使用COMl和ADAM-4017通讯，结果存放在数组通道l中。使用TC2.0编程语言，采用直接端口访问方式实现计算机与模块的数据通信。,8.2.3 RS-485总线测控网络设计举例,假设模块已经按题意要求配置好和接好现场输入信号，则其编程步骤如下：初始化COMl，8位数据、无校验、1位停止位，9600bps；以ASCII码形式发送命令“#AAN(cr)”；读返回结果的起始标志“”；读返回数据，直到收到结束标志；拼装数据，返回结果。程序清单，见课本p268.,8.2.2 RS-485总线测控网络设计,本讲课程结束！,