RS485通讯协议

RS485通讯协议（精选八篇）

RS485通讯协议 篇1

随着对工控产品联网和通信能力要求的提高,RS-485通信因为成本低廉,越来越多的设备,如各种仪表、变频器基本上都带有RS-485接口。而具有RS-485接口设备的通信协议随设备不同而不同,协议间的区别造成不同的产品即使协议电气标准相同通信也很困难。

CJI系列可编程序控制器(PLC)是OMRON公司新近推出的C系列PLC,因其体积小,功能强大,在工业现场应用广泛。CJI系列PLC支持协议宏编程软件CX-Protocol,通过简单地创建与已连接设备的协议相匹配的协议宏较好地解决了上述通信困难。本文采用RS-485总线将强制间歇式沥青混合料搅拌设备冷骨料供给中的6台变频器与1台PLC进行联网,利用在CX-Protocol上开发的协议宏的18个通信序列,实现用单台PLC对6台变频器的通信、实时控制[1]。

2 系统硬件配置

强制间歇式沥青混合料搅拌设备是将冷骨料加热、筛分后,按一定比例投放到搅拌锅中,并加入相应矿粉、添加剂、沥青,混合搅拌均匀后,生产出成品沥青混合料。强制间歇式沥青混合料搅拌设备是沥青路面施工的主要配套设备。LBQ4000型强制间歇式沥青混合料搅拌设备的冷骨料供给由6台3 K W给料机组成,采用6台变频器分别控制其转速,从而控制冷骨料供给的速度和比例。

冷骨料供给控制系统组成如图1所示。PLC为OMRON公司CJ1M系列PLC,CPU为CPU12-ENT,电源模块为PD025,通信单元为CJ1W-SCU41。变频器为艾默生公司的EV1000-4T0037G,触摸屏为OMRON公司NS10-TV00B。触摸屏、PLC装在操作间内,变频器装在配电间内,二者通过屏蔽双绞线连接。

CJ1W-SCU41为串行通信单元,可以在CJ1系列PLC的CPU或扩展机架安装多达16个单元(包括所有其它CPU总线单元),很适合需要安装多串行端口的系统。每个CJ1W-SCU41提供两个串口,分别为RS422/485和RS232C,可以为每个端口单独规定协议宏、Host Link通信、1:N NT链接、串行网关或无协议模式。

3 控制原理及软件编程

协议宏是一种通讯协议,使用CX-Protocol编程软件,只需要定义参数(类似“组态”),就能很简单的实现与具有RS422/485和RS232C端口的设备通信。如图1所示,将PLC串行通信单元CJ1W-SCU41的RS485串口与6台变频器的RS485接口连接后,在CX-Protocol编程软件中创建18个通信序列(分别为1-6#变频器开机、关机、读写频率),将通信序列下载到PLC的通信单元中进行注册。然后利用CX-Programmer软件中编写PLC梯形图程序,使用协议宏指令(PMCR)调用在通信单元中已注册的通信序列,从而实现PLC与变频器的RS485通信。[1]限于篇幅,下面仅介绍1#变频器的通信参数设置和协议宏的创建、注册、调用过程,其它变频器与此相仿。

3.1 变频器通信参数设置

EV1000系列变频器提供的RS-485接口通讯为异步、半双工,默认的数据格式为8-N-1,波特率最高为38400 BPS,通信时,变频器为从机,PLC或上位机为主机,为主从式点对点通信[2]。用从机键盘设置变频器的本机地址、波特率、数据格式,具体通信参数设置见表1。

3.2 变频器通信协议介绍

3.2.1 协议格式

协议格式见表2、表3

“设定数据区”和“运行数据区”在具体协议帧中可能不存在,协议命令列表中标注为“无”。协议的有效字符集为:~、0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F及十六进制数0DH。有效命令帧长为14或18字节,响应帧中也有个别情况为10字节,例如:无效命令或数据超限时,相应帧长为10字节。

3.2.2 格式解释

协议中数据格式为ASCII格式,其中帧头为“~”(即16进制7E),帧尾为16进制0D,校验和为帧校验,计算方法为“从机地址”到“运行(或设定)数据”全部字节的ASCII码值的累加和。

3.2.3 协议命令列表

在冷骨料供给控制系统中,主要实现变频器远程开机、停机、设定和监控运行频率,具体涉及的协议命令见表4。

3.3 创建协议宏

3.3.1 通信单元设置

在通信单元上,对串口1(422/485口)进行设置,将终端电阻打到OFF,选择2线式。在PLC编程软件CX-Programmer的I/0设置表中对Port1进行设定,选择Protocol Marco,对Port2进行设定,选择NT Link(1:N)。

3.3.2 新建工程

在CX-Protocol新建工程,设备类型为CJ1M,设定为CPU12,在工程“New Protocol List”创建“CS/CJ”型协议宏。

3.3.3 新建发送、接收信息

新建发送、接受信息,在创建的过程中,只需要按照通信协议格式定义参数即可,无需编程。

例如在1#关机发送信息编辑画面(如图2所示)中,编辑信息名称,填入“帧头”、“帧尾”、“校验码”“地址”参数,数据参数在“Message Editor”进行编辑(如图3所示)。

创建完的1#变频器的开机、关机、读写频率发送信息如图2所示,与此相仿创建1#变频器的开机、关机、读写频率接收信息(如图4所示)。

3.3.4 新建序列

在协议宏下创建变频器的各通信序列(Sequence),如图5所示。在序列的发送、接受信息中引用已创建的发送、接受信息,比如1开机序列,发送信息为“1开机”,接收信息为“1开机收”。

3.4 注册协议宏

在CX-Protocol软件中,PLC在线后,会显示出SCU通信单元(如图6所示),将创建的协议宏下载到通信单元中进行注册。

3.5 调用通信序列

在欧姆龙CX-Programmer软件中编写PLC梯形图程序,使用协议宏指令(PMCR)调用在通信单元中已注册的通信序列。

1#变频器开机调用协议宏的PLC梯形图程序如图7所示。协议宏指令PMCR控制字1的含义为通信逻辑端口为7、物理端口为1、通信单元地址为1 1,PMCR控制字2的含义为调用的协议宏通信序列号为0(1#变频器开)。A202.07为通信端口允许标志,只要通信逻辑端口允许通信,该标志置ON,此时执行PMCR指令,1534.15为协议宏执行标志,执行PMCR指令时置ON,通讯序列完成时置OFF。执行PMCR指令的同时将81.08置OFF,完成1#变频器启动。1#变频器的关机、读写频率的PLC梯形图程序与此相仿[3]。

3.6 变频器操作的人机界面

触摸屏作为人机界面,具有直观、灵活、可靠、操作简便等优点。触摸屏与PLC之间通过通信单元串口2(RS232C)按照NT Link(1:N)协议进行通信。在触摸屏上完成6台给料机的启动、停止、写频率操作,并可以监控6台变频器的当前运行频率。实际运行触摸屏操作界面如图8所示。图中1#变频器运行、设定频率为10Hz,4#变频器运行、设定频率为20Hz,5#变频器运行、设定频率为30Hz,其中2#、3#、6#变频器没有启动,故运行频率均为0Hz。

4 结束语

用协议宏以类似“组态”方式,无需编写特殊的通信程序,就能比较简单地实现与不同公司具有RS422/485和RS232C端口的设备通信,减少了通信程序编写和调试工作量,同时也使通信可靠性得到提高。采用RS-485通信后,PLC和变频器可以分开布置(极大地减少了变频器对控制系统的电磁干扰),而且PLC和变频器之间的现场布线也大为简化,变频器和外部其它设备之间的联锁等功能可以借助PLC这个平台更方便、灵活地实现。该系统投入运行后,稳定可靠,获得用户一致好评,具有较高的实用和推广价值。

参考文献

[1]曹辉等.通信协议宏在RS485总线通信中的应用[J].制造业自动化,2003(11:)56-58

[2]EV1000系列通用变频器用户手册[Z].艾默生网络能源有限公司,2006

RS485通讯协议 篇2

国内智能电能表的通讯接口往往采用RS485的端口，这种端口可以建立出有效的多点通讯。但由于智能表的结构复杂且受到的影响因素十分广泛，因而常会发生通讯中断的故障，而现场的工作人员往往由于没有可检测的有效手段，往往直接采用换表的方式加以解决。但是这种直接而简单的方法并不能明确地判断出故障的原因，而换表也不能真正解决这类故障。

一、RS485通信接口的原理与特点

RS485通信接口是一个电气接口，其设计出了一个单对平衡线但多点且双向的通信链路，可以有效地抑制噪声、增强传输速率、拉长传输距离以及能够提高宽共模的一个通信平台。RS485通信接口一般采用主从的方式进行多机通信，其通信距离甚至可以达到上千米。

RS485通信接口的串接方式是采用的OSI开放系统中物理层的协议标准，由于性能优异、组网容易、结构简单被广泛运用于各种智能表中。RS485通信接口可以采用二线和四线连接方式，二线制可以实现多点双向通信，而四线连接则可以实现点对多的通信。

二、智能电能表RS485通讯常见故障分析

许多城市的电网电能表通讯接口普遍采用智能电能表RS485来进行数据采集，因此对智能电能表RS485通讯故障原因的分析是十分必要的。

1、硬件故障分析

当操作进行不当，尤其是一次开关分合闸等操作往往会导致通讯线路受到频繁地瞬间电压冲击时，智能电能表RS485往往会受到剧烈的损坏，从而造成芯片的永久性损坏。而雷击，或者是微弱的静电也同样会给智能表造成芯片方面的极大损坏。此外，当其他原器件发生故障或是隔离电源发生故障时，智能电能表RS485也会发生通讯接口故障。作为一个系统中的一部分，智能电能表RS485会受到接线中线路故障的影响，同时也会受到其他控制器或是并联总线上设备故障的影响，这类问题往往导致的是所有设备通讯的故障。同时，在布线的过程中，由于通讯线较长而用平行线代替双绞线，则极容易引起串模干扰，从而发生严重的通讯故障。并且缺少接地线，也会使智能电能表RS485在干扰电压超出所能承载的范围而造成损坏。

2、软件故障分析

首先，由于智能电能表RS485的规约没有达成一致，而不同的厂家电能表对于智能电能表RS485的接口要求并不相同，往往对数据采集造成困难。而智能电能表RS485的地质或是设置出现错误，也极容易导致数据采集的失败。其次由于智能电能表RS485的芯片型号不同，往往会造成不同强弱的电平，容易影响通讯。此外，波特率设置发生错误或是设置错误也容易导致通讯故障的发生，并且这种故障的发生往往难以查找，通常需要进行通讯口设置的全面排查。再次，由于智能电能表RS485在写入时往往容易发生一些意想不到的差错，最后，当智能电能表RS485在进行操作或运行任务时，可能会暂时关闭通讯，或是在执行任务时被切断往往也容易造成通讯故障，给整个任务造成一些影响，但这种故障并不完全属于通讯故障。

三、智能电能表RS485通讯故障防范措施

1、智能电能表RS485口的多种测试方法

智能电能表RS485的故障往往可以通过各类测试得到体现，这些测试包括电能表测试软件、万用表测量以及通讯口测试器等等。电能表测试软件所能表现的信息量大且测试方法比较可靠，但是要求较高的专业技术，一般供职人员可能难以掌握。而万用表测试则比较简单，直接测量智能电能表RS485端口A对B的电压，处在正常值范围内就达到标准。但是这种测试方法对于软件故障时无法进行测试的。而通讯口测试器则较为多样，并且测试过程还可以分为硬件和软件的测试，实现通用化，从而能够较为准确地定位智能电能表RS485通讯口的故障种类。

2、规范智能电能表RS485的相关规约

由于智能电能表RS485的接口规约存在一定的差异，因而需要在选择智能电能表RS485时需要选择适合电能量管理系统的电能表生产厂家所生产的智能电能表RS485，并且要在使用前先进行测试，然后再选择使用。

而另一个影响智能电能表RS485的是其芯片型号。不同的芯片型号往往会导致端口连接发生故障，并且不同型号的芯片往往会有不同的质量，因而需要一些有着相同信号和高质量的智能电能表RS485芯片来保证使用时不影响正常通讯。

3、规范智能电能表RS485的布线

首先需要将每个通讯接口与不同的电压等级分别相连，避免通讯接口发生交叉问题，从而提高通讯接口的通讯率。其次，在施工安装电缆的过程中，一定要保持电缆对地接线良好，并且确保其屏蔽性能良好，从而减少外界坏境对智能电能表RS485的影响，保证智能电能表RS485能够高效地传输数据信息。同时，在屏蔽电缆中增加一个长线收发器，同样也有利于增强屏蔽效果，从而提高数据的传输能力。最后，在电缆最后一块电能表的末端应将屏蔽电缆直接接地，从而降低整个电缆的负电平，减少电磁场对传输数据的影响。

四、小结

RS485通信接口在国内的电能管理、数据采集系统中得到了广泛的运用，它有利于促进电能量采集向自动化的方向中发展。RS485通信接口为一个较为坚固的通讯连接创造出了可能，其具有高噪音抑制、长传输距离、保护冲突等等优越性，且组网比较简单，在多功能电表和抄表系统中得到了广泛的运用。但只有在合理对其进行布局并采取有效的防护措施以及遵循一定的通信协议，才可能建立起一个真正可靠、能够适应各类需求的。

参考文献

[1]郭飞；陈根永；张德玲；；基于RS485接口的电能计量数据采集[J]；微计算机信息；2007年22期.

[2]刘先虎；RS485在电表通信中的常见问题及解决方案[J]；电测与仪表；2005年03期.

[3]韩丽红. 多功能电能表RS485通信接口常见问题分析[J]. 西北电力技术. 2005（05）.

RS-485通讯软件抗干扰方法 篇3

多数通讯采用的通信数据格式都如图1所示。其中起始码为AA。

1 现象描述及原因分析

特殊情况下, 当数据内容有一个字节为AA, 刚好与头码一样。假如在接受第a帧数据时, 因为干扰等原因导致头码收取错误, 则会把后面的AA误当做头码, 从这个字节开始连续收取所需长度的数据。这一帧数据不够, 从下一帧数据补, 从而将下一帧数据的头码AA当做普通数据封装为一帧数据。这样的数据帧显然尾码和校验码均不正确, 会被丢弃。但是马上就开始新的一轮接收数据, 此时正好又把紧跟着的AA当做头码, 继续封装错误的数据帧, 把下一帧的头码当做普通数据, 继而又错, 周而复始, 最终产生通讯故障。

2 解决方法

总结发现, 大多数通信协议有这样一个规律:帧与帧之间的时间间隔远大于同一帧数据字节与字节之间的时间间隔。

利用这一规律, 通讯接收时, 接收中断间隔时间超过2个字节的接收时间, 认为是新的一帧数据开始接收。

具体的做法是定义一个递减的计数器TM_Uart Gap。在接收中断函数中每接收到一个字节的数据, 将TM_Uart Gap赋值为限制时间C_UARTGAP, 再次接收到一个数据, 如果是同一帧的数据, TM_Uart Gap应该大于0;如果是下一帧的数据, TM_Uart Gap会减到0。所以每接收到一个字节的数据, TM_Uart Gap如果是0, 则认为上一帧数据已经结束, 此时如果还没有接收完所需要的数据长度, 则将接收计数器清零, 重新开始接收头码。如图2所示。

限制时间C_UARTGAP的选取范围原则:两个字节的时间<C_UARTGAP< (2*Tba) /3。

波特率最高是9 600bps, 接收一个字节的时间是1.04ms;波特率最高是4 800bps, 接收一个字节的时间是2.08ms;波特率最高是600bps, 接收一个字节的时间是16.67ms。

如波特率为4 800bps, 每帧数据有10个字节加上一个冗余码FE共11个字节, 每个字节有10BIT, 相邻地址两帧数据之间的发送时间间隔为50ms, TM_Uart Gap的递减时基为1.024ms时,

所以C_UARTGAP建议取值为2*2.048ms=4.096ms。

注: (1) 如果不满足帧与帧之间的时间间隔远大于同一帧数据字节与字节之间的时间间隔这一条件, 则不适合这种方法。因600bps接收一个字节的时间比较长, 要特别留意是否满足此条件。

(2) 递减时钟TM_Uart Gap必须放在定时中断中。

(3) TM_Uart Gap所在的定时中断时间最好小于接收一个字节的时间, 如上面例子中4800bps最好选取1.024ms的定时中断。如果只有2.048ms的定时中断, 则要把C_UARTGAP增加一个字节的长度, C_UARTGAP建议取值为3*2.048ms=6.144ms。

3 程序示例

参考文献

[1]MAX3082;MAX13089.

RS485通讯协议 篇4

随着自动化网络技术的发展,基于TCP/IP协议的现场总线如PROFINET,EthernetIP等逐渐得到推广和应用。

然而,由于底层仪表或基础驱动装置较多受成本等因素的影响,依然保留着RS232,RS485等串行通讯接口,这为“一网到底”的实施和推广带来了一定的障碍。因此,寻找一种接入方式,使之既能保证底层传统网络的正常运行,又不影响先进高效的工业以太网总线的应用是一个值得研究的课题。本文以RS485接口的Danfoss MCD3000软启动器为例,分析基于 RS485网络的电气设备与PROFINET的联接技术,并给出了设计方案。

2 组网

典型的RS485多机通信的数据传输方式有半双工、全双工两种方式,通讯形式有同步和异步两种通信方式。本方案考虑到从机的数据量不大,系统对数据的实时性要求不高,以及工程实施的简便性等因素,采用半双工模式,其结构如图1所示。在这种模式下,数据可实现双向传送,但不能同时进行。在本方案中,由于软启动器有自己的时钟,因此通讯形式须采用异步通信方式,即:每一帧以一个起始位开始,紧接着若干个数据位,以一个停止位结束。

一般情况下,RS485可以通过西门子的CP440模块接入S7-400系统,但是考虑到成本和通用性,本方案采用了HMS公司的AnyBus Profinet AB7013网关作为主机,实现基于RS485通讯的各软启动器对PROFINET的接入,网络结构见图2。

具体接线时,软启动器的68(+)、69(-)端子分别对应地接AB7013的DB9F上的8号(RS485+)和9号(RS485-)针脚,双方的接地线对接。如果通讯距离较长的话,尚需接1个120 Ω的终端电阻和2个470 Ω的终端电阻。

3 网关的设定

运行AB7013的配置工具ABC Config Tool,进入参数配置界面,选中左边“现场总线”栏,在对应的“Fieldbus Type”下拉框中选“Profinet IO”,同时设置网关的IP地址、网关和子网掩码;在“ABC”栏对应的“Protocol Mode”下拉框中选“Master Mode”;在“子网”栏对应的“Physical standard”下拉框中选“RS485”;波特率、数据位数、奇偶校验、停止位等的设置与RS485各子站的设置需一致(MCD3000的Par.22和Par.23号参数);分配各RS485从站地址:假设从站地址为3,则在“子网”下“添加节点”,并设置其“Slave address”为3。其他设置均选择默认值,参见图3。

以“添加交换”的方式在新添加的节点下生成各数据包,每个数据包下有Query和Response两条指令帧,通常以“添加字节,常量”或“添加字,常量”的方式在这两条指令帧下生成输入输出命令数据序列,各命令数据的内容为MCD3000的ASCII 指令对应的16进制数,以0x开头填写在对应的Value栏内。每发一条指令前均需先发送“分配地址指令”方可生效;由PLC传递过来的定长数据需以“添加数据变量”的方式接收。

MCD3000的ASCII指令类型有12种,如分配地址的ASCII指令为:EOT[nn][LRC]ENQ,发送命令的ASCII指令为:STX[ccc][LRC]ETX,其中nn为2个字节ASCII码从站地址,ccc为3个字节的ASCII码命令数,LRC为2个字节的十进制纵向冗余校。MCD3000的LRC遵从Modbus协议下ASCII的LRC,可直接在ABC Config Tool中选取Checksum“添加校验”为“LRC”,亦可通过将其前面的本帧所有ASCII码对应的二进制码相加,得到的和进行Mod256运算取余(即按位取反码加1),得到的16进制数再转化成2个字节的ASCII码的方式获得。最后,将上述各指令用16进制数表达出来后按顺序以0x开头填写在对应的Value栏内。如需要3号子站启动,则依次传送分配地址的帧数据(04 30 33 39 39 05)和启动指令帧数据(02 42 31 30 35 42 03)。至此ABC Config Tool的设置完成。

为了得到AnyBus各节点输入输出映像区的地址并验证各地址是否有冲突,打开ABC Config Tool的“子网监视器”,检查地址冲突,并点击相关复选框核实相关指令所在映像区的地址,图4中“区域”部分的示意图中,每一个方格表示一个字节的长度。

4 Step7组态与编程

在Step7中,打开硬件配置,导入AB7013的GSD文件,将其GSD图标从硬件区拖至配置区的PROFINET-IO-System轨线上;双击在配置区新产生的AnyBus图标,修改IP地址,再为其添加输入输出模块,修改输入输出地址,从而完成所有组态操作,见图5。

编程时,需要明晰PLC的输入输出映像区与AnyBus缓冲区的对应关系。如果使用AnyBus网关默认的寄存器,那么AnyBus输入输出映像区第1个数据的位置就是:输入为0x002,输出为0x202。因此对PLC的输入映像区624的操作就是对AnyBus输出缓冲区0x202的读操作,对PLC的输出映像区624的操作就是对AnyBus输入缓冲区0x002的写操作。

在调用此FC块赋值时,对局部变量“OUT_addr”赋予PLC输出映像区的实际地址值,如624;对“start”赋予启动的开关量信号;程序中16进制的42,31,30即为MCD3000的启动指令,其LRC已直接在ABC Config Tool中直接选取,因此不再单独发送。

联机调试时,可以打开ABC Config Tool的3#node“节点监视器”,观察数据交换是否正确。图6为3#站的数据通讯情况,可以看到16进制的42,31,30已经在“输出区域”出现。

5 结束语

本文为RS485接入PROFINET提供了一种方式,该方式可以进一步推广到能以RS485连接的其他电控设备,如SEW的变频一体电机、施耐德的Microdrive V变频器等。本方案在某公司烟叶生产线得到实际应用,效果良好。事实证明,在对实时性要求不是很高的情况下,这是一种经济可靠的联接方式。

参考文献

[1] SIEMENS. Profinet IO Communication[Z]. 2006.

[2]HMS.Anybus Communicator for PROFINET User Manu-al[Z].2009.

RS485通讯协议 篇5

随着节能减排步伐的加快, 光伏电站的规模也越来越大, 电站的智能化和数字化也是发展趋势, 光伏汇流箱作为电站的关键设备之一, 起到承上启下的作用, RS485接口是智能汇流箱的标配接口, RS485总线负责将汇流箱的各项参数传输至后台, 由于现场应用环境的复杂性, RS485通讯通常受到各种各样的外部干扰, 导致通讯异常。提高RS485通讯抗干扰能力成为汇流箱厂家的技术重点。

1 基本原理

1.1 RS485原理

RS-485又名TIA-4 8 5-A、A N S I/T I A/EIA-485或TIA/EIA-4 8 5, 是一个定义平衡数字多点系统中的驱动器和接收器的电气特性的标准[1]。该标准由电信行业协会和电子工业联盟定义。使用该标准的数字通信网络能在远距离条件下以及电子噪声大的环境下有效传输信号。

RS485总线有A、B两根信号线, 采用差分信号负逻辑, 逻辑“0”以两线间的电压差为+ (2~6) V表示;逻辑“1”以两线间的电压差为- (2~6) V表示。传输速率最高10Mbps, 传输距离最远2km, 总线最大支持节点数32个, 特殊驱动器可支持256个节点或更多。组网方式必须为手牵手, 如图1所示 (b) 为正确手牵手方式, (a) 、 (c) 、 (d) 均为错误组网方式。

1.2 光伏汇流箱

光伏汇流箱作为光伏电站关键设备, 主要作用有汇流、防护和监测。将多串光伏组件的电流汇流后, 进行防护并送至逆变器, 同时, 对各组串电流、电压、环境温湿度、断路器状态、防雷器状态等进行采集, 并通过RS485总线传输到通信管理机, 最终上传后台。如图2所示。多块电池板串联后接入汇流箱, 多台汇流箱并联进入逆变器。虚线部分为RS485总线, 将多台汇流箱通过手牵手走线方式互联。

2 干扰源和抗干扰方法

2.1 高频干扰

高频干扰是指RS485通讯信号上叠加的高频信号, 频率高达几百KHz, 主要来源是逆变器, 通过功率线耦合到了通讯线上, 这种干扰对信号解析影响很大, 导致数据无法正确解析, 出现丢帧或无法通信现象。

高频干扰分布广泛, 不但在通讯线上存在, 而且存在于逆变器和汇流箱的机壳上, 导致设备附近的大地不干净, 如果依靠简单接地来消除高频干扰, 会导致更严重的影响。

高频干扰往往与共模干扰同时存在, 相互叠加后, RS485总线电压可能高达几十伏, 远大于RS485芯片的工作电压, 严重时会烧毁RS485芯片。

图3是RS485一级防护电路, 主要用来消除高频干扰和共模干扰, 瞬变电压拟制二极管TVS既能吸收共模干扰, 也能吸收差模干扰, 可将总线电压钳位到12V以内, 保护RS485芯片。

后端二阶LC低通滤波器可有效滤除高频干扰信号, 防止信号失真。

TVS管的选择要考虑RS485芯片的最高工作电压, 一般选择P6KE12CA。LC滤波器截止频率一般选择50KHz以上, 保证对RS485信号无影响, 如:L=220μH, C=0.01μF。

2.2 过压干扰

过压干扰主要包括雷击、静电、电源开关等[2]。雷击是造成过压的主要原因, 尤其是山地电站, 汇流箱分布在山顶和山地不同位置, RS485总线沿着山势走线, 山顶位置的汇流箱容易受到感应雷的干扰, 在RS485总线上产生短时高压脉冲, 轻则通讯不稳定, 重则烧毁通讯器件[3]。

图4所示电路是在一级防护基础上再增加一级过压防护, 形成两级防护。当RS485总线上有过压产生时, 气体放电管F3进行差模保护, F1和F2进行共模保护, 此时过电压被钳制到约400V左右, 再经过热敏电阻PTC进行限流, TVS二次钳压后, 到485芯片的电压被钳位到12V以内, 从而实现对485芯片的防护。

气体放电管要选择耐压耐流能力强的, 如JSE-141N-2643能承受10/700μs, 4KV/100A雷击冲击;热敏电阻选择限流最好的PTC电阻, 如JK250U-120U。

2.3 反射波干扰

RS485信号沿总线传输时, 由于总线的分布电感、电容及电阻的存在, 导致信号传输有一定延时, 电压与电流在传输过程中会产生一个与信号波方向相反的行波, 称为反射波。反射波降低了电路的噪声容限, 容易引起波形失真, 导致通讯异常[4]。

反射波产生的主要原因是总线阻抗不连续。引起阻抗不连续的原因主要是多台设备连接时, RS485信号线不断转接, 信号线上阻抗大小不一致, 尤其当信号传输到总线末端时, 阻抗更小, 反射波就更严重。

解决阻抗不连续的方法有两种:第一, 在RS485总线的两端各桥接一个与总线阻抗同等大小的匹配电阻, 使总线阻抗连续, 这种方法操作简单, 成本低, 一般适用于现场调试不通时使用;第二, 使用RS485专用的线缆, 例如:铠装型双绞屏蔽电缆ASTP-120Ω (for RS485&CAN) one pair 18 AWG, 电缆外径12.3mm左右, 黑色护套, 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, 最内层屏蔽一端接地。

在布线施工时, 多台汇流箱手牵手连接, 建议不要将线缆剪短, 而是只将绝缘层拨开, 内部金属导线保持连续, 这样也可以有效改善阻抗不连续问题。

2.4 其他措施

(1) 软件方面主要考虑波特率和校验, 波特率太高容易受到高频干扰和共模干扰影响, 造成误码。实际使用中, 汇流箱通常最大设置波特率9600bps, 如果干扰较大, 且总线距离超过500米, 可适当降低至4800bps或2400bps, 与软件校验配合使用, 可以提高通讯的可靠性。

(2) 节点数量过多, 会直接影响总线稳定性, 即使RS485芯片支持最大32个节点或者更多, 但仍然建议每条总线上节点数小于16个, 汇流箱实际使用中按照每兆瓦两条通讯总线计算, 每条总线通常连接12~14台设备[5]。

(3) 浮地, 这里的意思是RS485总线的屏蔽层与大地间无导体连接, 其优点是RS485信号不受大地电性能的影响, 能阻止共地阻抗电路性耦合产生的电磁干扰, 有效防止大地不干净问题。其缺点是RS485信号易受寄生电容的影响, 抗共模干扰能力降低, 可以在浮地 (屏蔽层) 与大地之间跨接一个阻值很大的泄放电阻, 用以释放所积累的电荷, 跨接电阻一般用1MΩ。

3 现场应用

公司系列光伏汇流箱产品在现场应用中综合考虑多种外部和内部因素, 通过内部软硬件优化和现场调试维护, 其RS485通讯能力不断加强, 在提升客户认可度的同时, 公司也积累了经验。系列产品出货量累计3GW, 超过3万台产品得到实际应用, 并网运行最长时间超过3年。表1是光伏汇流箱产品应用的几个具体项目。

4 结束语

本文介从绍了RS485通讯原理和光伏电站汇流箱通讯方式, 针对汇流箱使用过程中容易出现的通讯问题, 详细分析了造成问题的主要原因, 并对每种原因给出了解决方法, 结合现场验证, 表明解决方法可行性高, 能够有效达到设计要求, 提高了RS485通讯的可靠性。

参考文献

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[2]于月森, 叶王庆.RS-485总线可靠性应用研究[J].微计算机信息, 2007, 23 (23) :274-276.

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[4]张道德, 张铮, 杨光友.RS-485总线抗干扰的研究[J].湖北工业大学学报, 2005, 20 (3) :138-140.

RS485通讯协议 篇6

随着工业自动化技术的不断发展, PLC在系统中的应用功能已经不再局限于单机控制, 而趋向于几台PLC之间或PLC与上位机之间的联网控制。在许多工业环境中, 要求用最少的信号连线来完成通信任务。日前对于中小型生产线而言广泛应用的是RS-485串行接口总线, RS-485支持半双工通信, 分时使用一对双绞信号线进行发送或接收, 用于多站互联时实现简单, 节省材料, 可以满足高速远距离传送, 构成分布式网络控制系统十分方便。本文以YL335-A自动生产线实训考核装备为例, 阐述RS485串行通讯在PLC联网中的具体应用。

2、自动生产线硬件介绍

2.1 系统组成

当前典型的生产线系统由送料、加工、装配、分拣、输送等工作单元, 构成一个自动生产线的机械平台, 系统各机构的采用了气动驱动、变频器驱动和步进电机位置控制等技术。系统的控制方式采用每一工作单元由一台松下FP-X系统PLC承担其控制任务, 各PLC系统之间通过双绞线链接的网络通讯实现无主站互连。其网络控制图如图1所示。

2.2 自动生产线控制过程介绍

供料单元按照需要将放置在料仓中待加工的工件自动送出到物料台上, 以便输送单元的抓取机械手装置将工件抓取送往其他工作单元;输送单元机械手抓取工件后, 将其输送至加工单元所在位置;加工单元把该单元物料台上的工件送到冲压机构下面, 完成一次冲压加工动作, 然后再送回到物料台上, 待输送单元的抓取机械手装置取出;输送单元机械手取出加工好的物料后, 将其输送至装备单元所在位置;装配单元完成将该单元料仓内的装配工件嵌入到已加工的工件中完成装配过程;输送单元待装配完成后, 从装配单元抓取物料, 并将其输送至分拣单元进行分拣入库, 完成整个工件加工过程。

为确保生产的有效进行, 整个生产线工作过程中要求有工件不足时报警、加工出错时急停、复位、连续运行等功能, 而这些功能的完成都是以各个站点的PLC之间能迅速通信为基础的, 由于系统站点数量不多, 所以采用PLC链接通信方式。

3、松下FP-X系列PLC链接通信概述

自动生产线控制器采用松下系列的FP-X型PLC, 并插RS485 (AFPX-COM3) 通讯插卡, 系统中各PLC之间的通信方式可直接采用最基本的PLC链接通信方式进行通讯。FP-X系列PLC之间支持用双绞线电缆进行连接并采用松下专用的MEWNET-W O协议组成的PLC链接系统, 最多支持16台PLC直接链接。软件通讯时, 使用专门的内部继电器 (链接继电器L) 和数据寄存器 (链接寄存器LD) 存储所要传输的数据, 数据可通过双绞线链接使系统中被链接起来的所有PLC共享。

4、PLC链接网络的组建

组建PLC链接网络的工作, 硬件部分首先用双绞线电缆连接各站通信插卡;软件部分主要是设置各PLC的系统寄存器, 要对网络中每个工作站的PLC逐一设置, 设置步骤如下:

4.1 设定通信模式

用PC机通过编程电缆连接系统中某站点, 运行FPWINGR, 由于PLC链接时只能用计算机的COM1端口, 所以在系统寄存器设置中, 对COM1口设置No.401的站号, 及No.402的通信模式设定为PC-Link (如图2) 。

根据生产线工作过程描述, 供料、加工、装配、分拣、运输单元的站号按照1到5的顺序建立。

4.2 链接继电器和链接寄存器设置

PLC链接所使用的链接继电器和寄存器分配在CPU单元的链接区域中。通过对C PU单元的系统寄存器进行设定来划分链接区域。

在PLC系统寄存器设置界面, PC-Link W0-0选项内, 设定本站点需要共享的链接继电器、链接寄存器容量及起始地址等选项, 如图3所示。

在对链接区域分配时, 如果链接区域的分配有误, 则会因发生错误而无法通信。为此, 从发送区域向其他的PLC的接收区域发送数据时, 接收端的接收区域必须有编号相同的链接继电器和链接寄存器。此外, 若两个站的链接继电器之间有重叠的区域, 则会导致发生错误, 从而使通信无法进行。

考虑到系统中, 各工作站PLC所需交换的信息量不大, 并且减少链接区容量可使网络速度加快每站链接继电器总容量可设定为只需5个字, 即每站发送区仅占5个字已经足够。为此各个站点的站号及发送和接受区域设置如图4所示。

则各工作站系统寄存器设置为链接继电器区容量设置为5, 由于传输数据量不大, 可以设定链接寄存器区域容量为0, 节省空间, 链接继电器发送区容量设定为1, MEW NET-W0最大站号设定为5, 各站起始字可按照站号进行设定。

5、程序编写

完成各站系统寄存器设置后, 可直接将尚未有用户程序的文件下载到相应的PLC, 待以后编写用户程序时再将其上传到FPWI NGR上进行编辑;或利用网络链接寄存器进行程序编写。对个站点PLC重新上电后, 如各站通信插卡上的S+、S-的LED指示灯均亮, 表示PLC链接网络已经组建成功。

6、结语

RS485/MEWNET-W0通讯协议因其操作简单, 设置容易, 不容易丢失共享数据等特点广泛应用于基于PLC的中小型生产线系统, 经过应用实践分析与单机控制相比较, RS485的总线控制更加连续, 更加自动化, 更加完善, 大大提高了自动生产线的生产能力, 大大提高了企业的经济效益。

摘要：本文基于MEWNET-WO通讯协议, 设计了插有RS485通讯插卡的PLC系统之间进行通讯的控制方案及其实现过程。利用RS485串行通讯网络对中小型系统进行控制具有方便可靠、投资小的特点, 而且设计的系统具有较好的灵活性和可扩展性, 可极大地提高系统的自动化程度。

关键词：PLC,RS485,串行通讯,生产线

参考文献

[1]朱春波, 王大明, 梁立君等.PLC在气动模拟生产线中的应用[J].液压气动与密封, 1996 (3) .

RS485通讯协议 篇7

随着机器人技术的进步,各类机器人已大规模地应用在生产实践和日常生活中。现在不仅有工业装配机器人,还有具备听觉、视觉、语音的智能机器人和许多具有特种用途的机器人[1]～[3]。由于遥控机器人可以进入到人类无法到达的外层太空或者危险环境中执行任务,所以应用亦十分广泛[4]。随着处理信息日益复杂,并且考虑到工作环境的需要,根据应用领域的不同,科技人员开发出了多种有线或无线的通讯方式,实现了遥控机器人对传输距离、抗干扰能力等方面的通讯要求。

中央空调具有处理空气量大、节约能源等优点,是超市、宾馆等场合普遍使用的空气调节系统。如果通风管道长期不清扫,将成为空气污染的重要来源,威胁人身健康。基于这样的原因,我们开发了遥控式中央空调风管清理机器人。如图1所示为该机器人的组成和主控制器实物。操作人员用显示器观察清理机器人的状态,并操纵下位机控制器的控制杆和按钮,通过数据线遥控上位机机器人的各种动作。该遥控机器人通讯系统中,对通讯方式的选择至关重要,上位机器人控制器和下位控制器间的通讯既要满足硬件连接简单,扩充方便,又要满足通讯的高可靠性和实时性。本设计采用RS-485总线作为通讯标准[5],RS-485总线是一种有效支持主从式控制和实时控制的串行通讯网络,与一般的通讯网络相比具有可靠性高、实时性和灵活性好的优点,最重要的是它的传输距离可远达1200米,能够满足该机器人对于通讯距离的要求[6,7]。本文将针对应用于本机器人通讯的RS-485通讯方式从硬件和软件方面详细的论述。

2 硬件组成

本系统基于R S-4 8 5总线,其主要组成部分为:主机、从机和RS-485接口电路。主机包括微控制器、显示屏、控制按键、总线收发芯片及前后、左右两个电位器,从机包括微控制器、总线收发芯片及4个电机驱动器组成。主从机通过RS-485接口电路互联。系统框图如图2所示。

本系统采用主从通讯方式,完成上位主控制器和下位从控制器之间的数据传输。设计中选用AT89S52单片机作为主控芯片;主从机通过RS-485接口电路连接,接口电路收发芯片选用M A X 4 8 5。主、从控制器需要拟定通讯协议,基于该协议,从机可根据主机的命令来驱动电机,带动机械结构动作,完成预定动作;主机可以接收到从机的动作信息并显示。数据通讯的可靠与否决定本系统工作的可靠性,本文重点对系统数据通讯的软件实现进行了研究。

在单片机系统中,CPU与外部的基本通讯方式有两种:并行通讯和串行通讯。串行的优点是只需要一根传输线,缺点是传输数据比并行通讯要慢。通过软件可编程的串行通讯有方式0、方式1、方式2和方式3共4种工作方式[8]。在本系统中用的是异步串行通讯方式1。异步串行通讯规定了字符数据的传送格式,即每个数据以相同的帧格式。如图3所示,每一帧信息由起始位、数据位、停止位组成,共十位。

(1)起始位:1位。在通讯线上没有数据传送时处于高电平状态(逻辑“1”状态)。当发送方要发送一个字符的数据时,首先发送一个逻辑“0”信号,这个逻辑低电平就是起始位。起始位通过通讯线传向接收方,当接收方检测到这个逻辑低电平后,就开始准备接收数据位信号。

(2)数据位:8位。当接收方收到起始位后,紧接着就会接收数据位。在字符数据传送的过程中,数据位从最小有效位开始传送。

(3)停止位:1位。传送八位数据位后数据线置逻辑“1”状态,表示一个数据帧传送结束。

在异步通讯中,字符数据以图3所示的格式一个接一个的传送。在发送间隙,即空闲时,通讯线路总是处于逻辑“1”状态,每个字符数据的传送均以逻辑“0”开始。这样能保证传送数据时不容易丢失数据。

MAX485是专用于RS-485通讯的小功率收发器,它采用8脚DIP/SO封装,内含一个驱动器和一个发送器。其驱动器采用限斜率设计,这样可以使电磁干扰(EMI)减至最小,并减小因电缆终端不匹配而产生的影响,因此,可以以高达250kb/s的速率无误差地传送数据。此外,本机器人的通讯距离一般不超过100m,而且通讯数据主要是电机的转动和传感器的模拟和数字量,数据传输量较小。所以250kb/s的速率不但能够满足1200m通讯距离的要求,而且完全满足了机器人实时控制的要求。

MAX485使用单+5V电源,正常工作电流为120μA,并具有低电流关闭方式,在此方式下只需0.1μA电流。它的驱动器有短路电流限制和使用热关闭控制电路进行超功耗保护,在超过功耗时,热关闭电路将驱动器的输出端置于高阻状态。接收器输入端具有自动防止故障的特性,当输入端开路时,确保输出为高电平。M A X 4 8 5的引脚功能说明可参考芯片说明。

3 关键模块程序设计

循环冗余校验是通过数学运算实现有效信息与校验位之间的循环校验,这种校验方法纠错能力强,广泛应用于遥控机器人的通讯系统中。

CRC校验的基本思想是利用线性编码理论,在发送端根据要传送的k位二进制码序列,以一定的规则产生一个校验用的监督码(既CRC码)r位,并附在信息后边,构成一个新的二进制码序列数共(k+r)位,最后发送出去。在接收端,则根据信息码和CRC码之间所遵循的规则进行检验,以确定传送中是否出错。接收方将接收到的二进制序列数(包括信息码和CRC码)除以多项式,如果余数为0,则说明传输中无错误发生,否则说明传输有误,关于其原理这里不再多述。用软件计算C R C码时,接收方可以将接收到的信息码求C R C码,比较结果和接收到的C R C码是否相同。如图4和图5分别为主机发送C R C校验程序和从机接受程序的流程图。

如下所示所示为用C语言编写的C R C发送和接收子程序。从程序中可见,采用C语言编程,程序更容易理解,降低了开发的难度。

1.发送CRC循环冗余校验程序,按位计算法。

2.接收CRC循环冗余校验程序,按位计算法。校验正确发送0x00,校验错误发送0xff

试验表明,通过增加CRC校验,在数据传输过程中,既保证了传输的快速性,又保证了数据传输的准确性,完全满足遥控机器人系统的要求。在试验当中,在没有采用C R C校验的情况下,误码率大约5%;采用C R C校验后,保证了数据的准确性,没有发现传输数据的错误而导致机器人的误动作。

4 结束语

针对中央空调风管清洁机器人,采用单片机作为处理器实现机器人智能遥控器的功能,通过RS-485串行通讯方式并结合关节控制器实现了各个关节的单独或并行运动控制[7],试验表明使用CRC循环冗余校验,能够准确发现通讯过程中的错误码,满足了机器人上位控制器和下位控制器间通讯的高可靠性和实时性。从而更广地拓展机器人的应用场合。

参考文献

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RS485通讯协议 篇8

同步数据链路控制 (Synchronous Data Link Contro1, SDLC) 是20世纪70年代IBM公司开发的面向比特的通信传输协议, 采用基于SDLC同步协议的RS-485串行总线具有低差错率、强纠错力和高速远距离传输的特点[1,2], 被越来越多的光电系统作为图像信息传输使用。采用专用SDLC协议控制芯片在实际中存在以下不足:1) 速度受限, 现有专用控制芯片传输速率约2 Mbit/s, 难以满足大容量图像传输要求;2) 系统中不同设备使用不相同的控制芯片, 传输兼容性差;3) 扩充接口数量依赖于硬件的增加。用FPGA来构造SDLC协议, 在一片FPGA内能设计两路或多路总线接口, 同步并行传输数据, 速率成倍增加, 且通过编程能修改协议, 可移植性好, 应用更加灵活。本文通过两路并行协议实现了高清视频的远距离传输。

1 图像传输协议的FPGA实现

1.1 图像传输系统组成

要传输的视频为高清黑白图像, 像素为1 024×1 024。如图1所示, 视频信号经10位A/D编码和8∶1压缩后, 由FPGA控制存储于RAM中待传输。上述图像按照25 f/s (帧/秒) 计算, 传输速率需要31.25 Mbit/s。为实现高清图像的远距离传输, 采用2路相同的RS-485核同步进行传输, 即一个FPGA中的两个RS-485核各自完成一场图像数据的传输, 再在远端图像接收装置中进行合成解码。

1.2 图像传输协议的设计

图像传输协议包括两个相同功能的RS-485核, 每个核由接收和发送模块组成, 其数据传送借用SDLC协议帧格式, 如表1所示, 协议控制框图如图2所示, 下文将详细说明具体工作过程。

1.2.1 接收工作过程

本设计中, 电路上电后串行数据和时钟处于接收状态, 串行数据和时钟进入接收控制器后, 送入删零器, 同时送入串/并转换器和控制电路, 当删零器检测到连续5个“1”后, 产生一个脉冲给控制电路, 如果5个“l”后为1个“0”, 则控制电路将送到串/并转换器的时钟扣除1个, 从而达到删零的目的, 如果5个“l”后仍然为“l”, 并且帧长度寄存器中的数据值不为零, 则中止接收, 并将中断向量写入中断寄存器, 同时产生中断信号。控制电路还负责对帧寄存器中的数据进行计数减, 当帧长寄存器中的数为零时, 则中止接收, 比较l6位CRC校验是否正确, 如正确将接收正常中断写入中断向量寄存器, 如不正确将CRC校验错写入中断向量寄存器, 同时产生中断信号通知微处理器发送数据到FPGA的FIFO模块, 同时启动数据发送模块[4]。

1.2.2 发送工作过程

接口电路工作在发送方式时, 发送器收到启动发信号后, 先发送“01111110”, 然后从地址寄存器中取出控制地址发送, 之后开始发送数据, 待发送数据在送入移位寄存器的同时, 也送入CRC校验器和插零器, 如果插零器检测到5个连续的“1”, 发“0”位插入脉冲给控制电路, 控制电路将暂停移位寄存器工作, 并且产生“0”位插入时钟, 在5个“l”后插入1个“0”, 从而完成“0”插入过程。控制电路还负责对帧长寄存器中的数据进行计数减, 当帧长寄存器中的数为零时, 将16位CRC校验码发送出去, 将发送完成中断写入中断向量寄存器, 并产生中断脉冲, 通知FPGA将RS-485置于接收状态。

1.2.3 CRC校验

SDLC采用16位循环冗余校验码对整个帧的内容进行差错控制, 其生成多项式为

g (x) =x16+x12+x5+1 (1)

根据循环系统码编码原理, 编码电路示意图如图3所示。16级移位寄存器的初始状态全清零, 门1开、门2关, 信息位移入编码电路。一方面数据信息经或门输出, 另一方面自动乘以x16后进入除g (x) 除法电路, 完成除法后, 寄存器中的内容即为16 bit的校验元。

此时门1关、门2开, 再经过16次移位后, 将移位寄存器的校验元全部输出, 与输入信息的校验位进行比较, 若内容相同, 则说明信息传送正确;否则报错, 丢弃该帧。

2 仿真调试结果

采用以上方法, 选用Altera公司型号为EP2S30F672I的FPGA, 使用Quartus9.0对功能设计进行仿真, 得到仿真波形如图4所示。图中第1行为系统复位信号SysRst.n;第2、第3行分别为串行接收数据信号RS485Rxd和接收时钟RS485RxdClk;第4行为基准时钟信号RS485ClkIn, 频率为96 MHz;第5行为发送的并行数据RS485Data;倒数第2行为发送数据信号RS485Txd;倒数第1行为发送时钟信号RS485TxdClk;其余为FPGA控制逻辑信号;发送时钟信号由第4行的基准时钟信号编程分频后产生。为了使仿真结果易于直观判读, 在FPGA内部产生TestData测试数据, 并将分频系数设置为16。从仿真结果可知, 输出时钟和数据与设计输入相吻合。

3 结论

在某型光电产品中采用两路并行SDLC协议完成1 024×1 024图像的传送, 传输速率可达32 Mbit/s, 动态图像无失真、拖尾现象, 工作稳定可靠, 该方法可扩展至多路并行数据传输。

摘要：为实现大容量图像数据的传输, 设计了一种以同步RS-485为标准的总线控制器, 在单片FPGA上实现了2路并行的同步数据链路控制 (SDLC) 协议。该设计采用功能模块分割的控制时序方式, 可移植性好。通过某型光电系统的使用, 证明了传输图像数据速率可达32 Mbit/s, 误码率低, 且稳定可靠, 为远距离的高速数据传输提供了硬件化的实现方法。

关键词：SDLC协议,RS-485,现场可编程门阵列

参考文献

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