一、什么是RS485总线
工业现场经常要采集多点数据,模拟信号或开关信号,一般用到RS485总线,RS-485采用半双工工作方式,支持多点数据通信。RS-485总线网络拓扑一般采用终端匹配的总线型结构。即采用一条总线将各个节点串接起来,不支持环形或星型网络。
RS485无具体的物理形状,根据工程的实际情况而采用的接口,RS485采用差分信号负逻辑,+2V~+6V表示“0”,- 6V~- 2V表示“1”。
RS485有两线制和四线制两种接线,四线制只能实现点对点的通信方式,现很少采用,现在多采用的是两线制接线方式,这种接线方式为总线式拓朴结构在同一总线上Zui多可以挂接32个结点。
485总线的通讯距离可以达到1200米。
根据485总线结构理论,在理想环境的前提下,485总线传输距离可以达到1200米。其条件是通讯线材优质达标,波特率为9600,只负载一台485设备,才能使得通讯距离达到1200米,所以通常485总线实际的稳定的通讯距离往往达不到1200米。如果负载485设备多,线材阻抗不合乎标准,线径过细,转换器品质不良,设备防雷保护复杂和波特率的提高等等因素都会降低通讯距离。
二、RS485线缆
在一般场合采用普通的双绞线就可以,在要求比较高的环境下可以采用带屏蔽层的同轴电缆。在使用RS485接口时,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Zui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影响所影响。
理论上RS485的Zui长传输距离能达到1200米,但在实际应用中传输的距离要比1200米短,具体能传输多远视周围环境而定。在传输过程中可以采用增加中继的方法对信号进行放大,Zui多可以加八个中继,也就是说理论上RS485的Zui大传输距离可以达到9.6公里。如果真需要长距离传输,可以采用光纤为传播介质,收发两端各加一个光电转换器,多模光纤的传输距离是5~10公里,而采用单模光纤可达50公里的传播距离。
三、RS485布线安装注意事项
1、485总线应采用什么样的通讯线?一条总线上可以挂接多少台设备?
必须采用RVSP屏蔽双绞线。所用屏蔽双绞线规格,与485通讯线的距离和挂接的设备数量有关,如下表所示。采用屏蔽双绞线有助于减少和消除两根485通信线之间产生的分布电容以及来自于通讯线周围产生的共模干扰。
有人说,485总线可以带128台设备进行通讯。
其实并不是所有485转换器都能够带128台设备的,要根据485转换器内芯片的型号和485设备芯片的型号来判断,只能按照指标较低的芯片来确定其负载能力。一般485芯片负载能力有三个级别――32台、128台和256台。此外理论上的标称往往实际上是达不到的,通讯距离越长、波特率越高、线径越细、线材质量越差、转换器品质越差、转换器电能供应不足(无源转换器)、防雷保护越强,这些都会降低真实负载数量。
工程商大都习惯采用5类网线或超5类网线作为485通信线,这是错误的。这是因为:
(1 普通网线没有屏蔽层,不能防止共模干扰。
(2)不能用线径太细的网线,会导致传输距离降低和可挂接的设备减少,至少0.4mm平方或用标准的网线。
(3)网络线为单股的铜线,相比多芯线而言容易断裂。
2、为什么要接地
485收发器在规定的共模电压-7V至+12V之间时,才能正常工作。如果超出此范围会影响通讯,严重的会损坏通讯接口。共模干扰会增大上述共模电压。消除共模干扰的有效手段之一是将485通讯线的屏蔽层用作地线,将机具、电脑等网络中的设备地连接在一起,并由一点可靠地接入大地。
3、485通信线应如何走线
通信线尽量远离高压电线、日光灯等干扰源,通信线不能与电源线等干扰源避开时通信线应与电源线垂直,不能平行,更不能捆扎在一起,并采用质量高的双绞线走线。
4、、为什么485总线要采用手拉手结构,而不能采用星形结构?
星形结构会产生反射信号,从而影响到485通信。总线到每个终端设备的分支线长度应尽量短,一般不要超出5米。分支线如果没有接终端,会有反射信号,对通讯产生较强的干扰,应将其去掉,zuihao在RS485设备两头接有120Ω终端电阻。
拉手连接如图:
图一
星形连接如图:
图二
5、485总线上设备到设备之间可以有接点吗?
在同一个网络系统中,使用同一种电缆,尽量减少线路中的接点。接点处确保焊接良好,包扎紧密,避免松动和氧化。保证一条单一的、连续的信号通道作为总线。
6、什么叫共模干扰和差模干扰?如何消除通讯线上的干扰?
485通信线由两根双绞的线组成,它是通过两根通信线之间的电压差的方式来传递信号,因此称之为差分电压传输。差模干扰在两根信号线之间传输,属于对称性干扰。消除差模干扰的方法是在电路中增加一个偏值电阻(球机中的匹配电阻),并采用双绞线;共模干扰是在信号线与地之间传输,属于非对称性干扰。消除共模干扰的方法包括:
(1)采用屏蔽双绞线并有效接地。
(2)强电场的地方还要考虑采用镀锌管屏蔽。
(3)布线时远离高压线,更不能将高压电源线和信号线捆在一起走线。
(4)采用线性稳压电源或高品质的开关电源(纹波干扰小于50mV)。
7、什么情况下在485总线上要增加终端电阻?
一般情况下不需要增加终端电阻,只有在485通信距离超过300米的情况下,要在485通讯的开始端和结束端增加终端电阻。尤其是485总线上设备数量较少时。当设备数量较多时(如超过22台)。一般不需增加终端电阻,因为终端电阻会降低485总线的负载能力,球机终端120Ω匹配电阻的连接方式如下:球机终端120Ω匹配电阻可通过在球机底盘上的拨码开关拨码来连接,如下图所示。球机出厂时,120Ω匹配电阻默认为未接入,可通过把拨码开关的第10位拨到ON,把120Ω匹配电阻接入线路。反之,如果不接入120Ω匹配电阻,则把第10位拨到OFF即可。
图三
8、实际应用中的问题
实际施工使用中用户常采用星形连接方式,此时终端电阻必须连接在线路距离Zui远的两个设备上(如图四,1#与15#设备),但是由于该连接方式不符合RS485工业标准的使用要求,因此在各设备线路距离较远时,容易产生信号反射、抗干扰能力下降等问题,导致控制信号的可靠性下降。此时,出现的现象为球机完全不受控,或自行运转无法停止等。
图四
对于这种情况,建议采用增加一个RS485分配器。该产品可以有效地将星形连接转换为符合RS485工业标准所规定的连接方式,从而避免产生问题,提高通信可靠性,如图五所示。
图五
9、无中继Zui大传输距离推荐用线
(1)普通双绞屏蔽型电缆 STP-120Ω(for RS485 & CAN) one pair 20 AWG ,电缆外径7.7mm左右。适用于室内、管道及一般工业环境。使用时,屏蔽层一端接地!
(2) 普通双绞屏蔽型电缆 STP-120Ω(for RS485 & CAN) one pair 18 AWG ,电缆外径8.2mm左右。适用于室内、管道及一般工业环境。使用时,屏蔽层一端接地!
(3) 铠装双绞屏蔽型电缆 ASTP-120Ω(for RS485 & CAN) one pair 18 AWG ,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,Zui内层屏蔽一端接地
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