485集线器在总线型数据采集系统的应用分析
工业现场使用的智能仪表是随着80年代初单片机技术的成熟而发展起来的,现在世界仪表市场基本被智能仪表所垄断。究其原因就是企业信息化的需要,企业在仪表选型时其中的一个必要条件就是要具有联网通信功能。(485通讯、以太网通讯、光仟通讯等等)
RS485网络:RS485/MODBUS是现在流行的一种布网方式,其特点是实施简单方便 ,而且现在支持RS485的仪表又特多,特别是在油品行业RS485/MODBUS简直是一统天下,现在的仪表商也纷纷转而支持RS485/MODBUS,原因很简单,象原来的 HART仪表想买一个转换口非常困难 而且价格昂贵,RS485的转换接口就便宜的多而且种类繁多。至少在低端市场RS485/MODBUS还将是zui主要的组网方式,近两三年内不会改变。
zui初是数据模拟信号输出简单过程量,后来仪表接口是RS232接口,这种接口可以实现点对点的通信方式,但这种方式不能实现联网功能。随后出现的RS485解决了这个问题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。
在RS485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。而忽略了信号地的连接,这种连接方法在许多场合是能正常工作的,但却埋下了很大的隐患,
这有二个原因:
(1)共模干扰问题: RS-485接口采用差分方式传输信号方式,并不需要相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。但人们往往忽视了收发器有一定的共模电压范围,RS-485收发器共模电压范围为-7~+12V,只有满足上述条件,整个网络才能正常工作。当网络线路中共模电压超出此范围时就会影响通信的稳定可靠,甚至损坏接口。
(2)EMI问题:发送驱动器输出信号中的共模部分需要一个返回通路,如没有一个低阻的返回通道(信号地),就会以辐射的形式返回源端,整个总线就会像一个巨大的天线向外辐射电磁波
现有的网络拓扑结构一般采用终端匹配120欧姆电阻的手牵手总线型结构,不支持环形或星形网络。在构建网络时,请注意如下几点:
(1)采用一条双绞线电缆作总线,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zui低。有些网络连接尽管不正确,在短距离、低速率仍可能正常工作,但随着通信距离的延长或通信速率的提高,其不良影响会越来越严重,主要原因是信号在各支路末端反射后与原信号叠加,会造成信号质量下降。
(2)应注意总线特性阻抗的连续性,在阻抗不连续点就会发生信号的反射。如下列几种情况易产生这种不连续性:总线的不同区段采用了不同电缆,或某一段总线上有过多收发器紧靠在一起安装,再者是过长的分支线引出到总线。
在工业现场数据采集系统项目中,随着自动化程度的提高和系统组网的需求,项目管理部门要求有主从两个监控中心可以查看,控制整个数据采集终端设备。并且要求在每个监控中心可以通过主机控制采集终端设备对整个工业现场设备进行监控,还要求可以通过服务器将工业现场采集终端设备的数据保存下来。所以就必须要求要多个数据采集设备可以并存于一个控制系统中。
工程商在施工过程中发现,如果将所有的采集终端设备简单地并联接在一个485总线上,由于各个主控设备存在电位差及485总线产生信号反射等原因,导致整个数据采集系统瘫痪从而不能使用,工程商采用深圳市天地华杰科技有限公司的485总线分割器,将多个主控的设备的485线连接到485共享器的输入端口,通过其共享到一个485输出端口上,由于485共享器输入端口之间有光电隔离,并且采用独立驱动的方式,从而可以有效的解决电位差及信号反射问题。从而使得多个数据采集终端设备主机共存于一个控制系统中。
SWT4485G | 4路RS-485拖4口RS-485光隔交换机 | 隔离5V供电 | |
HUB4485G | 1路RS-485拖4口RS-485光隔集线器 | 隔离5V供电 | |
HUB8485G | 光隔RS-485/232转8路RS-485集线转换器(新!) | 隔离5V供电 |
HUB4485G(RS485光隔集线器1拖4或8)是一款专为解决复杂电磁场环境下RS-485大系统要求而设计的RS-485总线分割集中器(HUB)。为了保证数据通讯的安全可靠,RS-485口端采用光电隔离技术,防止雷击浪涌引入转换板及设备,内置的光电隔离器及600W浪涌保护电路,能够提供2500V的隔离电压,可以有效地抑制闪电(Lighting)和ESD,同时可以有效的防止雷击和共地干扰,供电采用外接开关电源供电,安全可靠,非常适合户外工程应用。
RS-485工作模式采用的判别电路能够自动感知数据流方向,并且自动的切换使能控制电路,轻松解决RS-485收发转换时延问题。RS-485接口传输距离大于1200米、性能稳定。广泛用于高速公路收费系统,道路监控系统及电力采集系统中,是一款性能,价格优良的数据接口转换产品。
HUB4485G(RS485光隔集线器1拖4或8)提供星型RS-485总线连接。各端口都具有短路、开路保护。光电隔离2500V,用户可以轻易改善RS-485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,以确保其他网段的可靠性,有效缩短了网络的维护时间。合理的利用HUB4485G(RS485光隔集线器1拖4或8)可以助您设计出*的高可靠的RS-485系统。
要实现RS-485的星形组网(如图6),必须采用RS-485的集线器(HUB)。首先介绍波仕的RS-485光隔1拖4口HUB(型号HUB4485G)用于组成RS-485星形网。HUB4485G还实现RS-485的上、下位机之间的光电隔离。
SWT4485G | 4路RS-485拖4口RS-485光隔交换机 | 隔离5V供电 | |
HUB4485G | 1路RS-485拖4口RS-485光隔集线器 | 隔离5V供电 | |
HUB8485G | 光隔RS-485/232转8路RS-485集线转换器(新!) | 隔离5V供电 |
SWT4485G型 |
HUB8485G型 |
HUB8485G是将一路RS-232或者RS-485转换为8 路RS-485 的光隔集线转换器。是新一代改进的产品,采用超高密度集成电路工艺,体积大为减小。是世界上zui小的8路RS485 HUB。HUB8485G即可以作为RS-485 光隔1拖8口HUB,也可以作为1路RS-232转8路RS-485 光隔转换器,都可用于增加RS-485信号的总驱动能力(带负载能力增加8 倍),或用于RS-485 组成星形网。
二、安装及性能
HUB8485G 有1 个上位机RS-232 /RS-485口和8 个下位机RS-485 口。HUB8485G 的下位机侧可以分别接8 个RS-485 口。HUB8485G 支持zui高通信速率保证9600bps 以上、实际可达28.8Kbps 。HUB8485G 同时具有吸收浪涌电流的抗雷击保护功能。由于HUB8485G *波仕零延时智能收发转换技术,所以确保适合所有半双工通信软件。当8 个下位机RS-485 口中有1个、2个甚至7个RS-485 短路或者烧坏时,HUB8485G 的上位机RS-232或RS-485 仍然可以与剩余的正常的RS-485 下位机通信。使用HUB8485G 组网后,保证某一个或多个节点损坏后不影响其它节点的正常通信! HUB8485G 的各个下位机RS-485 口(0 号、1 号、……、7 号)功能是*一样的、可以互换。HUB8485G 的上位机的RS-232是一个标准的DB-9插头、可以直接外插或通过延长线接标准的计算机的DB-9 针RS-232 口。HUB8485G 的上位机的RS-485是接线端子,注意上位机RS-485的地线同电源的GND是一样的。HUB8485G需要加两个相互隔离的5V电源。
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