6GK7243-1EX01-0XE0产品信息

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1、概述
   随着数字技术的发展和计算机日益广泛的应用，现在一个系统往往由多台计算机组成，需要解决多站、远距离通信的问题。在要求通信距离为几十米到上千米时，广泛采用RS-485收发器。RS-485收发器采用平衡发送和差分接收，因此具有抑制共模干扰的能力，加上具有高的灵敏度，能检测低达200mV的电压，故传输信号能在千米以外得到恢复。使用RS-485总线，一对双绞线就能实现多站联网，构成分布式系统，设备简单、价格低廉、能进行长距离通信的优点使其得到了广泛的应用 PLC
2、RS-485总线的理论
     在自动化领域，随着分布式控制系统的发展，迫切需要一种总线能适合远距离的数字通信。在RS-422标准的基础上，EIA研究出了一种支持多节点、远距离和接收高灵敏度的RS-485总线标准。  PLC
RS-485标准采有用平衡式发送，差分式接收的数据收发器来驱动总线，具体规格要求：
· 的输入电阻RIN≥12kΩ 
· 驱动器能输出±7V的共模电压 

 

· 输入端的电容≤50pF 
· 在节点数为32个，配置了120Ω的终端电阻的情况下，驱动器至少还能输出电压1.5V（终端电阻的大小与所用双绞线的参数有关）  PLC资料网
· 的输入灵敏度为200mV（即（V+）-（V-）≥0.2V，表示信号"0"；（V+）-（V-）≤-0.2V，表示信号"1"） 
因为RS-485的远距离、多节点（32个）以及传输线的特性，使得EIA RS-485成为工业应用中的首选标准。基于此，RS-485的自动化领域的应用非常广泛，但是在实际工程中RS-485总线运用仍然存在着很多问题，影响了工程的质量，为工程施工带来了很多的不方便。 PLC
1、 阻抗不连续
  信号在传输过程中如果遇到阻抗突变，信号在这个地方就会引起反射，这种信号反射的原理，与光从一种媒质进入另一种媒质要引起反射是相似的。这种反射的方法，就是尽量保持传输线阻抗连续，实际工程中在电缆线的末端跨接一个与电缆的特性阻抗同样大小的终端电阻的原理就是为了减小信号反射。 PLC
 从理论析，在传输电缆的末端只要跨接了与电缆特性阻抗相匹配的终端电阻，就能有效的减少信号反射。但是，在实现应用中，由于传输电缆的特性阻抗与通讯波特率等应用环境有关，特性阻抗不可能与终端电阻完全相等，因此或多或少的信号反射还会存在。信号反射对的影响，归根结底是因为反射信号触发了输入端的比较器，使收到了错误的信号，导致CRC校验错误或整个数据帧错误。这种情况是无法改变的，只有尽量去避免它。 PLC资料网
2、RS-485接地问题
     仅仅用一对双绞线将各个接口的A、B端连接起来，而不对RS-485通信链路的信号接地，在某些情况下也可以工作，但给系统埋下了隐患。RS-485接口采用差分方式传输信号并不需要对于某个参照点来检测信号系统，只需检测两线之间的电位差就可以了。但应该注意的是收发器只有在共模电压不超出一定范围(-7V至+12V)的条件下才能正常工作。当共模电压超出此范围，就会影响通信的可靠直至损坏接口。如图1所示，当发送器A向B发送数据时，发送器A的输出共模电压为VOS，由于两个系统具有各自独立的接地系统存在着地电位差VGPD，那么输入端的共模电压就会达到VCM=VOS+VGPD。RS-485标准规定VOS≤3V，但VGPD可能会有很大幅度(十几伏甚至数十伏)，并可能伴有强干扰信号致使共模输入VCM超出正常围，在信号线上产生干扰电流轻则影响正常通信，重则损坏设备。 PLC资料网

3、RS-485的总线结构及传输距离
       RS-485支持半双工或全双工模式。网络拓扑一般采用终端匹配的总线型结构不支持环形或星形网络，最好采用一条总线将各个节点串接起来。从总线到每个节点的引出线长度应尽量短，以便使引出线中的反射信号对总线信号的影响最低。在使用RS485接口时，对于特定的传输线经，从发生器到负载其数据信号传输所允许的最大电缆长度是数据信号速率的函数，这个长度数据主要是受信号失真及噪声等影响所限制。当数据信号速率降低到90Kbit/S以下时，定最大允许的信号损失为6d时，则电缆长度被限制在1200M。实际上，在实用时是完全可以取得比它大的电缆长度。当使用不同线径的电缆。则取得的最大电缆长度是不相同的。

 

3方案设计
   以下以一个例子来说明RS-485的应用：
一个大学食堂有三层，有12台，每层楼有4台，他们是RS-485的接口，控制的电脑接RS-232接口,传统的解决方案是： PLC资料网

 采用这种老式布线结构存在以下几种缺陷。
 1>、RS-485总线受差分信号传输特点的限制总线长度一般在1200米左右，采用这种老式布线结构，可布线覆盖面积十分有限（一般为几百平方米）。有时为了拓宽传输距离不得不采用中继器。同时亦加大了布线过程中出现问题的可能性。 PLC资料网
 2>、一般大型考勤门禁系统都装有为数众多的门禁控制器，采用这种老式布线结构，所有门禁控制器共享同一根RS-485总线。当任一控制器RS-485端口短路，都会影响整个门禁系统的正常工作。在众多的门禁控制器中查找故障所在，不仅加大了工作量，也增加了维护成本。
 3>、由于RS-485总线布线比较复杂，在考勤门禁系统中绝大部分工程费用和时间都浪费在布线环节。而RS-485总线布线的复杂程度与总线的长短和设备的挂接数目有很大关系。特别在大型系统中显得由为突出。采用这种老式布线结构无疑加大了布线的难度。 PLC
 4>、由于地理环境的原因，在相距一定距离的设备之间总是存在地电位不平衡的问题。有时即使距离很近问题依然存在。这种环境造成的因素，在老式布线结构中很难综合解决。甚至造成整个系统无法启动。虽然通过处理地电位可暂时解决部分问题，但时隔不久同样问题又会再次出现。
针对上面出现的一些缺陷，兆越公司开发出一款新产品，它采用独特的等位分差隔离技术和的总线分割集中技术能有效解决工程布线中常见的地电位差异、阻抗匹配及雷击问题。用户可以轻易改善RS-485/RS-422总线结构，分割网段，提高通信可靠性。当雷击或者设备故障产生时，出现问题的网段将被隔离，以确保其他网段的正常工作。重新的解决方案如下： 
 
应用此方案可以有效的解决采用第一种方案存在的缺陷，它有如下几点好处：
 1>、采用星型结构连接RS-485总线，在有效利用接口的情况下布线覆盖面积大大提高（一般为几平方千米）。
 2>、有八个下位机端口，且每个端口都具有短路保护功能，并能工作在关断模式。对大型考勤门禁系统，通过分摊门禁控制器到八个端口不仅可以减少单个RS-485总线的负荷，同时有效的提高了整个系统的可靠性。当任一控制器RS-485端口短路，只会影响其所在RS-485总线系统，不会影响其他接口连接的RS-485系统的正常工作。 PLC
 3>、可以使得RS-485系统布线过程变的简单和快洁，从而有效的减少了工程的费用和时间。
 4>、各端口间存在3000V隔离。对于由环境问题带来的布线问题，只需把问题显著的区域用单独端口进行连接集中处理，将会有效的解决地电位带来的布线问题。
4、注意事项
  4．1 很多人往往都误认为RS-422串行接口是RS-485串行接口的全双工版本，实际上，它们在电器特性上存在着不少差异，共模电压范围和输入电阻不同使得该两个标准适用于不同的应用领域。RS-485串行接口的驱动器可用于RS-422串行接口的应用中，因为RS-485串行接口满足所有的RS-422串行接口性能参数，反之则不能成立。对于RS-485串行接口的驱动器，共模电压的输出范围是-7V和+12V之间；对于RS-422串行接口的驱动器，该项性能指标仅有±7V。RS-422串行接口的最小输入电阻是4KΩ；而RS-485串行接口的最小输入电阻则是12KΩ。
4．2 RS-485总线在实际工程中总是出现一些接线的问题，注意，在接传输线时一定要用同样的双绞线或者同样的电缆，有些人一段使用双绞线，由于双绞线长度不够或者在中间接上一段电话线或者是其他的线，这样阻抗就不连续，产生很大的反射信号，通信的是不能正常进行的。
5、结束语

RS-485总线，具有高噪声抑制、宽共模范围、长传输距离、冲突保护等特性，但还需要考虑合理的应用和网络布局、连续的信号通道、周全的保护措施等，在设计之初就应有总体规划。随着光纤通信和以太网技术的发展，RS-485总线的距离会更远

现场总线是2O世纪80年代中期发展起来的，到目前为止已有几十种现场总线标准。2000年年初，国际电工委员会以投票形式选出了12种国际
现场总线标准，其中就有PROFIBUS。PROFIBUS是一种国际化的、开放的、不依赖于设备生产商的现场总线标准，广泛应用于工业自动化，它是以德国西门子公司为主的十几家德国公司和科研机构共同开发设计的一种基于过程控制的现场总线技术。PROFIBUS根据应用特点分为以下3个兼容版本，即Profibus，FMS、Profibus．DP和Profibus PA。Profibus-DP是一种经过优化的高速、廉价的通信连接，专为自动控制系统和设备级分散I／O之间通信而设计，可取代24V或0—20 mA并行信号线，也可用于分布式控制系统的高速，其传输速率可达12 Mbit／s，一般构成单主站系统⋯ 。
1 PROFIBUS-DP规范
1996年7月2 日，PROFIBUS被欧洲CENELE65 CX批准为欧洲标准EN50170V．2。因此，PROFIBUS-DP规范已经不作修改地被包含在EN50170中，并以PROFIBUS用户组织制定的行规和导则作为补充 j。PROF1BUS-DP规范包括物理层、数据链路层和用户层。PROFIBUS-DP的协议结构是根据ISO7498国际标准化开放式互联网络(OSI)作为参考模型，它使用了第1、2层和用户层，隐去了第3—7层，这样确保了快速

和有效地进行，直接数据链路映像(DDLM)适用于外设间的高速，使用户接口易于进入第2层。具体结构如表1所示
 
1．1 物理层
DP物理层规范主要描述介质和信号特征，论及“第0层”和第1层(即ISO／OSI层次模型中的物理介质和物理层PHY)。
1．1．1 PHY协议规范
PHY协议规范定义串行现场总线的功能、电气和机械特性，其中串行现场总线是为自动化系统现场的应用而设计的。此规范的目的是花最小的成
本使多家制造商生产的现场设备互连，并将它们集成为一个分散的控制系统，且确保实现通信。通常，这称之为“开放系统互连(OSI)”。DP物理层
属于类型1，是根据EIA标准RS-485制定的，采用NRZ位编码与EIA RS-485信号相结合的技术，它不包含本质安全的要求。类型1规范描述平衡的
总线传输。DP物理层定义传输介质以适应不同的应用，它包括长度、拓扑、总线接口、站点数和从9．6 1 500 kbi~s可变的速率等。DP还
规定了不同的物理层，以适应各种应用的需要。
字串7 PLC

1．1．2 PHY服务定义
PHY服务定义包括PHY数据服务的简要描述，这些服务由PHY层提供给FDE层。它支持接收和传输位(FDL符号)，这些位是UART字符的元素，每个FDL符号持续1个位时间tⅢT。PHY数据服务包括2个服务原语，其中：请求原语(PHY—DATA．request)是由FDL控制器用于请求1个服务；指示原语(PHY—DATA．indication)是用来向FDL控制器指示1个接收。
1．2 数据链路层
这一层主要描述FDL的协议规范和管理(FMA)服务 。
1．2．1 FDL协议规范
PROFIBUS—DP系统采用由混合介质存取方式实现的控制介质存取：对应于令牌传递原理的分散方式是以对应于主从原理的集中方式为基础的。在
令牌传递原理中，接站地址的升序用令牌帧将令牌从一个主站传送到另一个主站(只有一个主站的DP系统例外)，为了封闭逻辑令牌环，具有最高地址
的站要传送令牌给具有最低地址的站。在主从原理中，只有获得令牌的主站有权主动向其他站申请操作，其他站只有响应权，从站只能被动地听从主站的安排和支配。另外，报文的交换以循环方式进行。用户数据可以在主动帧(发送)中和回答帧(回答)中传输。应答帧不包含任何用户数据。传输运
字串5 PLC

行方式规定报文循环的时间顺序，分四种类型：令牌处理；非循环的请求或发送／请求操作；循环的发送／请求操作，轮询；站的登记。
1．2．2 FDL服务定义
FDL服务通过第2层向用户提供。FMA1／2服务通过与第1层和第2层有关的管理(FMA1／2)实现，无论对控制器的实现，还是对硬件、固件或软
件接口的实现均未作规定。FDL服务与物理层类似，数据链路层的服务原语也分为请求原语(FDL—DATA．request)和指示原语(FDL—DATA．indica．tion)。数据链路层在交互作用过程中，使用服务原语来实现服务。为了请求一个服务，用户使用一个请求原语；在一个服务完成时，或在有循环重复服务的情况下每一个发送／请求循环之后，将一个确认原语返回给用户。如果在远程站发生意外的事件，则用一个指示原语告知远程用户。
1．3 管理 (FMA1／2)
第1层和第2层管理(FMA1／2)组织FMA1／2用户与PHY和FDL中的逻辑功能之间的错误处理，并且完成第2层子层特定的总线参数的设定和第1层PHY的设定，或撤消FLC子层和LLI子层之间的服务访问点的管理。FMA1／2功能分为本地功能和远程功能。本地功能是：第1、层复位；参数的读取和设定；链路服务存取点(LSAP)的，组态和解除；事件和错误报文；版本标识；确定LSAP组态。远程功能是：版本识别；请求LSAP组态；确定活动表。FMA1／2的作用好像本地FMA1／2用户和第1、第2层之间的协调者。 字串2
从以上协议结构可以看出，每层内部和层与层之间都存在着相互作用的接口，每个数据就是通过各个接口在各层各部分之间的作用进行传输的。
PHY用户与PHY的接口就是“第0层”传输介质与第1层物理层的接口，该接口描述不限制或不约束在现场总线实体中的实现。FDL用户与FDL的
接口描述了提供给FDL用户的服务，这些服务是可选的，用它们的服务原语和相关参数实现。现场总线管理层FMA1／2用户与其接口描述了
提供给FMA1／2用户的管理服务(FMA1／2=现场总线层1和层2的管理)以及相关的服务原语和参数。PHY层和FDL层之间接口的物理特性没有特殊规

定。经验表明，至少下列3个信号是必须的：传输数据(TXD)，接收数据(RXD)和发送器启用(请求发送，RTS)。PHY与FMA1／2的接口描述PHY层对FMA1／2提供的服务：PHY复位、设定值、读值、事件(可选)。FDL与FMA1／2的接口描述了在FDL对FMA1／2提供的服务中，只有FDL故障与FMA1／2对其用户的FMA1／2事件不同，其余类似。
1．4 用户层
在OSI模型基础上增加的用户层规定了标准的功能模块、对象字典和设备描述，供用户组成所需要的应用程序，并实现网络管理和系统管理。DP
规范的用户层包括功能和行规，主要是针对DP用户而专门设计的。 字串6
随着DP技术的不断完善，用户所要求的DP应用领域也在不断扩展。原有的DP规范中所定义的DP基本功能已经不能满足各种应用领域的特殊需求，所以也带动了DP功能的扩展。原有的DP基本功能包括：循环的数据交换、站诊断、模块诊断和特点通道的诊断；扩展的功能包括：依据过程自动化的需求而增加的功能、非循环数据通信(用于参数赋值、操作、智能现场设备的可视化和报警处理等)，还有根据驱动技术的需求而增加的同步从站通信和从站对从站通信等功能。
DP行规定义：DP行规等于DP子集(协议规范EN50170中的DP规范)加DP应用专用的定义(设备要求、应用需求)，内容包括：．对操作和装配机器的行规；对编码器的行规；各种速度驱动器的行规；操作员控制和过程监视行规 PLC资料网
2 PROFIBUS-DP控制系统
PROFIBUS-DP系统采取混合总线访问协议：主站间的逻辑令牌环；主从站间的主从协议。前者一般用于DP多主站系统中，而后者既可用于多主
系统，也可用于单主系统。多主系统是由若干个单主系统组成的，其系统结构如图1所示，图中每个主站都可以和下面的若干个从站构成单主系统。
 
3 结束语．
研究现场总线协议规范是为了更深入地了解现场总线技术的本质，从而更好地开发总线产品。虽然DP是PROFIBUS现场总线中发展最早、最快的
技术，而且国内外相关的主从站产品开发的较多，但大都只应用于局部场合，很多产品还没有通过技术认证和测试，DP网络也没有完全应用到控制系统中。只有从本质上把握DP规范，在实践中不断总结经验、完善规范，才能开发出具有DP功能的智能型DP产品。希望本文能给大家带来一点启发
和帮助，为PR0FIBus-DP协议研究和产品开发做出贡献

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