RS485

工业串口通信

定义

RS485 是工业串口通信标准,采用差分信号,支持多设备总线组网(一主多从),传输距离可达 1200 米。是 Modbus RTU、DL/T 645 等协议常用的物理层,工业网关、数据采集器多配备多路 RS485 接口。

技术特性

RS485 采用差分传输(A、B 两线),抗干扰能力强,支持 32~128 个节点(视驱动能力)。半双工,主从轮询。波特率 9600~115200 常用,距离越远波特率需越低。终端电阻(120Ω)用于匹配,长距离总线两端需加。与 RS232 相比,RS485 支持总线、距离远、抗干扰好,为工业现场主流串口。

应用场景

Modbus RTU、DL/T 645、M-Bus 等协议常用 RS485 物理层。PLC、变频器、仪表、传感器通过 RS485 组网。工业网关、RTU 多路 RS485 可连接多条总线,采集不同区域设备,经 4G、以太网上报。

差分总线的偏置与终端

A/B 差分决定抗共模能力

接收器看的是两根线的电压差,而不是任何一根相对大地的电压。干扰若同时加到两根线上,差值基本不变,所以它比单端接口更能在车间里走远。驱动器在发送时把两根线拉开,空闲时则要靠偏置电阻把总线拉到一个确定的极性,否则接收器会在零伏附近来回翻转,主站看到一串噪声帧。这组偏置通常只应出现一次,多处同时偏置会把差分幅度吃掉。

电气上它是半双工的多点总线:同一时刻只允许一个驱动器工作。节点数受驱动器负载能力限制,不是无限并联。线缆应是双绞,特性阻抗和两端的终端电阻同一量级,常见是在总线物理两端各放一只匹配电阻,中间节点不放。速率升高时,同样的电缆长度会开始振铃,距离和速率必须一起降。

一条总线一个主站轮询

协议层几乎都采用一个主站点名、从站只在被点到时回答。两个主站、或者一个主站加一台也在轮询的调试电脑,会同时驱动总线,波形变成双方电平的搏斗。从站地址在这条线上必须唯一。它适合仪表、变频器和小型控制器沿电缆槽集中敷设、刷新可以是几十毫秒以上的场合。需要从站随时插话,或需要与令牌总线那样的 Profibus 循环混在同一对接线端子上,电气和时序都会冲突。

布线前提是拓扑尽量成一条线,短分支。星形分叉会在每个接头产生反射。屏蔽层单点接地,避免地环流。共模电压也有范围,两端地电位差超过接收器允许值时,差分再正确也会损坏接口,这时要加隔离。

终端、偏置和空闲极性

极性标反是整条总线无应答的首位原因。A/B、D+/D-、有的厂家还把正负写反,两端定义不一致时,所有从站一起沉默。应拿一只已知良好的从站在主站近端验证极性,再往远端延伸。第二是终端电阻位置错:接在分支末端或每台表都拨上,主站驱动不动,近端勉强、远端失败。第三是没有失效保护,空闲时噪声触发接收中断,主站的帧间隔被打乱,表现为偶发校验错误。

速率与终端往往被一起设错。短线低速率时不加终端也能工作,工程按这个经验把终端拆掉,线路延长后开始丢包,维护人员又去改地址。应先恢复两端匹配,再谈协议。多台设备的地如果通过信号地串在一起,雷击或漏电会沿总线传导。隔离型收发器的隔离电源若取自同一只不隔离的模块,隔离等于没有。最后核对每台的速率、校验和停止位,一台不同不会让整条总线失效,但会在轮到它时固定超时,拖长整个扫描周期。

分支过长还会让终端电阻失去作用。电阻只匹配它所在的那一段末端,星形中心分出的长分支各自反射,主站仍显示“已加终端”。应把节点串在干线上,分支控制在很短的抽头。新增仪表时若从最近的一只表上并出几米线,干线末端的匹配就不再覆盖这条新支路,故障会随着扩容才出现。

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