Основные характеристики RS-232С

Стандарт RS-232С

Описание стандарта RS-232С

RS-232 (англ. Recommended Standard 232) — используемый в телекоммуникациях стандарт последовательной асинхронной передачи двоичных данных между терминалом (англ. Data Terminal Equipment, DTE) и коммуникационным устройством (англ. Data Communications Equipment, DCE). Как правило, DTE— это компьютер, а DCE — это модем, хотя RS-232 использовался и для подключения к компьютеру периферийных устройств (мышь, принтер), и для соединения с другим компьютером или контроллером.

Рисунок 1 – Пример соединения по стандарту RS-232C

RS-232 — интерфейс передачи информации между двумя устройствами на расстоянии до 15 метров. Информация передается по проводам цифровым сигналом с двумя уровнями напряжения. Логическому "0" соответствует положительное напряжение (от +5 до +15 В для передатчика), а логической "1" отрицательное (от -5 до -15 В для передатчика). Асинхронная передача данных осуществляется с фиксированной скоростью при самосинхронизации фронтом стартового бита.

Рисунок 2 – Уровни сигналов RS-232C на передающем и принимающем концах линии связи

Устройства для связи по последовательному каналу соединяются кабелями с 9-ю или 25-ти контактными разъемами типа D. Обычно они обозначаются DB-9, DB-9, CANNON 9, CANNON 25 и т.д. Разъемы типов розетки и штырей. Каждый вывод обозначен и пронумерован.

Основные характеристики RS-232С

Интерфейс RS-232-C соединяет два устройства. Линия передачи первого устройства соединяется с линией приема второго и наоборот (полный дуплекс). Для управления соединенными устройствами используется программное подтверждение (введение в поток передаваемых данных соответствующих управляющих символов). Возможна организация аппаратного подтверждения путем организации дополнительных RS-232 линий для обеспечения функций определения статуса и управления.

Зависимость скорости передачи информации от длины кабеля

Длина кабеля влияет на максимальную скорость передачи информации. Более длинный кабель имеет большую емкость и соответственно для обеспечения надежной передачи более низкую скорость. Большая емкость приводит к тому, что изменение напряжения одного сигнального провода может передаться на другой смежный сигнальный провод. Максимальным расстоянием обычно считается равным 15 м, но это не установлено в стандарте. Рекомендуется использовать на расстояниях до 50 м, но это зависит от типа используемого оборудования и характеристик кабеля.

Скорость передачи информации по RS-232 измеряется в Бодах. Максимальная скорость согласно стандарту 20000 Бод. Однако современное оборудование может работать значительно быстрее - максимальное число чтения за секунду можно установить с помощью используемого программного обеспечения.

Принцип работы RS-232С

По структуре это обычный асинхронный последовательный протокол, то есть передающая сторона по очереди выдает в линию 0 и 1, а принимающая отслеживает их и запоминает.

Данные передаются пакетами по одному байту (обычно 8 бит).

Рисунок 3 – Формат данных RS-232C

Вначале передаётся стартовый бит, противоположной полярности состоянию незанятой линии, после чего передаётся непосредственно кадр полезной информации, от 5 до 8 бит. Увидев стартовый бит, приемник выжидает интервал T1 и считывает первый бит, потом через интервалы T2 считывает остальные информационные биты. Последний бит — стоповый бит (состояние незанятой линии), говорящий о том, что передача завершена. Возможно 1, 1,5 или 2 стоповых бита. В конце байта, перед стоп битом, может передаваться бит чётности (parity bit) для контроля качества передачи. Он позволяет выявить ошибку в нечетное число бит (используется, так как наиболее вероятна ошибка в 1 бит).

Контакты разъемов RS-232

- 9 контактов

- 25 контактов

1.5 Примеры применения RS-232С

1. Интерфейс RS232 устанавливается в ультразвуковые расходомеры US-800.

2. Ультразвуковой расходомер US-800 со встроенной функцией GSM диспетчеризации обеспечивает выполнение всех функций ультразвукового расходомера US-800 с дополнительной возможностью GSM-связи (посредством стандартного GSM модема типа SIEMENS mc35i), что позволяет строить современную, простую в развертывании и эксплуатации систему распределенных узлов учета на каналах сотовой связи.

Стандарт RS-422

Описание стандарта RS-422

Этот технический стандарт обеспечивает сбалансированную или дифференциальную однонаправленную нереверсируемую передачу данных по терминированным или нетерминированным линиям, с возможностью соединения «точка-точка» или для много абонентской доставки сообщений.

В отличие от RS-485 обеспечивает многоточечную структуру, EIA-422/V.11 не позволяет иметь несколько отправителей, но позволяет иметь несколько получателей.

Предполагает работу на более высоких скоростях (до 10 Мб/с) и больших расстояниях (до 1000 м) в интерфейсе DTE–DCE. Для его практической реализации, в отличие от RS-232, требуется два физических провода на каждый сигнал. Реализация симметричных цепей обеспечивает наилучшие выходные характеристики.

Принцип работы RS-422

RS-422 допускает подключения только, как master/slave. Стандарт на RS-422 изначально предусматривает использование четырехжильной экранированной витой пары, но допускает соединения только от одного устройства к другим (до пяти драйверов и до десяти ресиверов на каждый драйвер). В принципе, RS-422 был придуман для замены RS-232 в тех случаях, когда RS-232 не удовлетворяет по скорости и дальности передачи. RS-422 использует строго разделенные две (или больше) пары проводов: одну пару для приема, одну для передачи (и еще по одной на каждый сигнал контроля/подтверждения (control/handshake)). Доступны разнообразные устройства (хабы, репитеры, переключатели и пр.) для создания сложных конфигураций RS-422/RS-485 сетей, так что RS-422/RS-485 таят в себе очень большие возможности.

Примеры применения RS-422

В принципе, RS-422 был придуман для замены RS-232 в тех случаях, когда RS-232 не удовлетворяет по скорости и дальности передачи.

Стандарт RS-422 находит широкое применение в устройствах автоматизации работы торговых предприятий, контрольно-кассовых системах, системах контроля доступа и учета рабочего времени и т.п.

Стандарт RS-485

Описание стандарта RS-485

RS-485 (Recommended Standard 485 или EIA/TIA-485-A) – рекомендованный стандарт передачи данных по двухпроводному полудуплексному многоточечному последовательному симметричному каналу связи. Совместная разработка ассоциаций: Electronic Industries Alliance (EIA) и Telecommunications Industry Association (TIA). Стандарт описывает только физические уровни передачи сигналов (т.е. только 1-й уровень модели взаимосвязи открытых систем OSI). Стандарт не описывает программную модель обмена и протоколы обмена. RS-485 создавался для расширения физических возможностей интерфейса RS232 по передаче двоичных данных.

В народе RS-485 — это название популярного интерфейса, используемого в промышленных АСУТП для соединения контроллеров и другого оборудования. Главное отличие RS-485 от также широко распространенного RS-232 — возможность объединения нескольких устройств.

Скорость и дальность

RS-485 обеспечивает передачу данных со скоростью до 10 Мбит/с. Максимальная дальность зависит от скорости: при скорости 10 Мбит/с максимальная длина линии — 120 м, при скорости 100 кбит/с — 1200 м.

Принцип работы RS-422

Каждый приёмопередатчик (драйвер) RS-485 может находиться в одном из двух состояний: передача данных или приём данных. Переключение драйвера RS-485 происходит с помощью специального сигнала. Например, на рис.3 показан обмен данными с использованием преобразователя АС3 фирмы Овен. Режим преобразователя переключается сигналом RTS. Если RTS=1 (True) АС3 передает данные, которые поступают к нему от СОМ порта в сеть RS-485. При этом все остальные драйверы должны находиться в режиме приёма (RTS=0). По сути дела RS-485 является двунаправленным буферным мультиплексированным усилителем для сигналов RS-232.

Рисунок 4 – Пример использования преобразователя Овен АС3

Многие фирмы изготовляют приемопередатчики RS485. Называют их обычно конверторы RS232 - RS485 или преобразователи RS232-RS485. Для реализации этих приборов выпускается специальные микросхемы. Роль этих микросхем сводится к преобразованию уровней сигналов RS232C к уровню сигналов RS485 (TTL/CMOS) и обратно, а также обеспечение работы полудуплексного режима.

Топология сети RS-485

Сеть RS-485 строится по последовательной шиной(bus) схеме, т.е. приборы в сети соединяются последовательно симметричными кабелями. Концы линий связи при этом должны быть нагружены согласующими резисторами- "терминаторами"(terminator), величина которых должна быть равна волновому сопротивлению кабеля связи.

Терминаторы выполняют следующие функции:

¾ Уменьшают отражение сигнала от конца линии связи.

¾ Обеспечивают достаточный ток через всю линию связи, что необходимо для подавления синфазной помехи с помощью кабеля типа "витая пара".

Рисунок 5 – Топология сети RS-485

Если расстояние сегмента сети превышает 1200 м или количество драйверов в сегменте более 32 штук, нужно использовать повторитель (repeater), для создания следующего сегмента сети. При этом каждый сегмент сети должен быть подключен к терминаторам. Сегментом сети при этом считается кабель между крайним прибором и повторителем или между двумя повторителями. Стандарт RS-485 не определяет, какой тип симметричного кабеля нужно использовать, но де-факто используют кабель типа "витая пара" с волновым сопротивлением 120 Ом.

Рисунок 5 – Промышленный кабель Belden 3106A для сетей RS-485

Рекомендовано использовать промышленный кабель Belden3106A для прокладки сетей RS-485. Данный кабель имеет волновое сопротивление 120 Ом и двойной экран витой пары. Кабель Belden3106A содержит 4 провода. Оранжевый и белый провод представляют собой симметричную экранированную витую пару. Синий провод кабеля используется для соединения нулевого потенциала источников питания приборов в сети и называется "общий"(Common). Провод без изоляции используется для заземления оплетки кабеля и называется "дренажный" (Drain). В сегменте сети дренажный провод заземляется через сопротивление на шасси прибора, с одного из концов сегмента, чтобы не допустить протекания блуждающих токов через оплетку кабеля, при разном потенциале земли в удалённых точках.

Достоинства стандарта RS-485:

¾ Хорошая помехоустойчивость.

¾ Большая дальность связи.

¾ Однополярное питание +5 В.

¾ Простая реализация драйверов.

¾ Возможность широковещательной передачи.

¾ Многоточечность соединения.

Недостатки RS-485:

¾ Большое потребление энергии.

¾ Отсутствие сервисных сигналов.

¾ Возможность возникновения коллизий.

Примеры применения RS-485

При автоматизации узлов учета расхода жидкости и газа, а также при автоматизации поверочных установок для расходомеров и счетчиков мы часто сталкиваемся с проблемой сбора данных от датчиков, сильно разнесенных в пространстве. Система обычно должна была собирать данные о температуре, давлении и плотности от удаленных источников и обрабатывать их по соответствующему алгоритму. В качестве центрального процессора мы применяли обыкновенный офисный компьютер, как в силу своей распространенности, так и чисто по экономическим соображениям.

Было решено, что целесообразнее всего применить несложные контроллеры, которые устанавливались бы непосредственно возле датчиков, производили измерения и передавали данные в компьютер по каналу связи. Выгоднее всего оказалось применить в качестве канала связи последовательный интерфейс, так как для этого требуется более дешевый кабель с меньшим числом проводов, что в свою очередь облегчает задачу гальванической развязки.

В начале наши системы строились на базе интерфейса RS-232, но ряд ограничений, налагаемых применением интерфейса, таких как небольшая дальность передачи данных (10 метров) и трудность при построении многоточечной сети при наличии в компьютере одного свободного COM-порта привели нас к применению интерфейса RS-485.

Программная реализация.

Клиенты сети подключаются простым подсоединением к витой паре с соблюдением полярности. В этом случае возможен конфликт, когда могут работать передатчики нескольких устройств. Он решается чисто программными методами. Дело в том, что при реализации интерфейса RS-485 существует главное устройство, именуемое хостом и устройства, которыми оно управляет - клиенты. Каждому клиенту обычно присваивается уникальный адрес. Клиенты изначально находятся в состоянии приема сигнала. Хост посылает в сеть команду, в начале которой указывается адрес клиента, которому она предназначается. Команда выполняется только в случае совпадения адреса клиента и адреса, указанного в самой команде. Остальные устройства находятся в пассивном состоянии.

Стандарт EIA RS-485 определяет только электрические и физические характеристики интерфейса. Программная же реализация определяется конкретным применением. В нашем случае удобнее всего было применить протокол обмена интерфейса RS-232. Временная диаграмма передачи байта

Рисунок 6 – Временная диаграмма передачи байта

1.Автоматизированная система управления подземным железнодорожным транспортом предприятий минерально-сырьевого комплекса Заполярного филиала ОАО «ГМК «Норильский никель» (АС ЖТ МСК ЗФ).

АС ЖТ МСК предназначена для управления технологическими процессами перевозки горной массы, людей, материалов и оборудования по горизонтальным откаточным выработкам, а также для автоматизированной комплексной обработки информации о ходе процесса перевозки на основе поддержки оперативных баз данных и обеспечения результатами обработки этой информации пользователей системы в удобной для них форме.

Рисунок 7 – Упрощенная структурная схема КТС рудника

АРМ – автоматизированное рабочее место;

ЦСУ – центральная станция управления;

ЛСКУ – локальная система контроля и управления стрелочным переводом.

Каждый стрелочный перевод с электрифицированным приводом оборудован следующими техническими средствами:

· контроллерная станция полевого управления на базе контроллера

Trolex – 1 шт.;

· электрогидравлический привод стрелочного перевода – 1 шт.;

· силовой шкаф электрогидравлического привода – 1 шт.;

· считыватель RFID – 3 шт.;

· датчик контроля занятости пути – 3 шт.;

· приемник команд машиниста – 1 шт.;

· пост местного управления – 1 шт.;

· предупредительное табло «Берегись поезда»;

· светофор положения (направления) стрелочного перевода (желто-синий) –

1 ÷ 3 шт.;

· светофор управления движением (красно-зеленый) – 1 ÷ 3 шт.

ЛСКУ обмениваются данными с центральной станцией управления (ЦСУ) по промышленной сети RS-485 с протоколом ModBus. Все ЛСКУ объединены в сеть по территориальному признаку сегментами до 32 устройств в каждом в соответствии со стандартом ModBus.

Каждый сегмент сети ModBus подключаются к коммутатору/преобразователю интерфейсов Moxa Nport S8000. В случае значительного удаления сегмента сети от коммутатора, подключение сегмента производится через конверторы Moxa TCF-142 с оптическим кабелем между ними.

Коммутатор/преобразователь интерфейсов Moxa Nport S8000 объединяет до четырех сегментов сети RS-485 с протоколом ModBus, преобразуя интерфейс-протокол полевой сети в интерфейс-протокол общепромышленной сети Ethernet-TCP/IP (три порта RJ-45 и 2 порта оптика).

Центральная станция управления подключается к локальным станциям контроля и управления и к верхнему уровню по сети Ethernet через коммутатор. В случае значительного удаления коммутатора от точки подключения к сети предприятия, подключение производится по оптическому кабелю.

2. Преобразователь измерительный разделительный ЕТ 7491

Преобразователь измерительный разделительный ЕТ 7491 с входной искробезопасной электрической цепью, устанавливается вне взрывоопасной зоны и предназначен для измерения, линейного преобразования и гальванического разделения непрерывных сигналов.

Вход - Аналоговый сигнал постоянного тока и цифровой сигнал (HART протокол);

Выход - Аналоговый сигнал постоянного тока и цифровой сигнал (последовательный интерфейс RS-485).

Стандарт RS-232С

Описание стандарта RS-232С

RS-232 (англ. Recommended Standard 232) — используемый в телекоммуникациях стандарт последовательной асинхронной передачи двоичных данных между терминалом (англ. Data Terminal Equipment, DTE) и коммуникационным устройством (англ. Data Communications Equipment, DCE). Как правило, DTE— это компьютер, а DCE — это модем, хотя RS-232 использовался и для подключения к компьютеру периферийных устройств (мышь, принтер), и для соединения с другим компьютером или контроллером.

Рисунок 1 – Пример соединения по стандарту RS-232C

RS-232 — интерфейс передачи информации между двумя устройствами на расстоянии до 15 метров. Информация передается по проводам цифровым сигналом с двумя уровнями напряжения. Логическому "0" соответствует положительное напряжение (от +5 до +15 В для передатчика), а логической "1" отрицательное (от -5 до -15 В для передатчика). Асинхронная передача данных осуществляется с фиксированной скоростью при самосинхронизации фронтом стартового бита.

Рисунок 2 – Уровни сигналов RS-232C на передающем и принимающем концах линии связи

Устройства для связи по последовательному каналу соединяются кабелями с 9-ю или 25-ти контактными разъемами типа D. Обычно они обозначаются DB-9, DB-9, CANNON 9, CANNON 25 и т.д. Разъемы типов розетки и штырей. Каждый вывод обозначен и пронумерован.

Основные характеристики RS-232С

Интерфейс RS-232-C соединяет два устройства. Линия передачи первого устройства соединяется с линией приема второго и наоборот (полный дуплекс). Для управления соединенными устройствами используется программное подтверждение (введение в поток передаваемых данных соответствующих управляющих символов). Возможна организация аппаратного подтверждения путем организации дополнительных RS-232 линий для обеспечения функций определения статуса и управления.