Verständnis der RS-485-Kommunikation

Einführung:

RS-485 ist ein Standardprotokoll zur Datenübertragung. Es kann zum Aufbau einer zuverlässigen Hochgeschwindigkeits-Datenkommunikationsnetzwerkverbindung mit mehreren Knoten in Echtzeit verwendet werden. RS-485 wird auch TIA-485 genannt. RS-485 ist ein Standard, der die elektrischen Eigenschaften von Treibern und Empfängern definiert, die in seriellen Kommunikationssystemen verwendet werden. RS485 wird häufig in industriellen Steuerungssystemen verwendet und kann bis zu 32 Geräte in einem einzigen Netzwerk verwalten. RS-485 wird in der industriellen Automatisierung häufig zur Überwachung und Steuerung von SPS, Frequenzumrichtern, DCS usw. verwendet. In diesem Artikel werden hauptsächlich die Grundprinzipien, Eigenschaften, Verkabelung und praktischen Anwendungsfälle der RS-485-Kommunikation vorgestellt.

Grundprinzipien der RS-485-Kommunikation:

RS-485 ist ein asynchrones serielles Kommunikationsprotokoll, das die Kommunikation mit mehreren Knoten ermöglicht. Die RS-485-Kommunikation basiert auf Differenzsignalisierung, bei der Informationen über zwei komplementäre Signale übertragen werden, die über zwei Drähte (oft als A und B bezeichnet) gesendet werden. Der Spannungsunterschied zwischen den beiden Drähten ist für die Übermittlung der Informationen verantwortlich, nicht die Spannung zwischen dem einzelnen Draht und der Erde. Dies macht RS-485-Systeme äußerst resistent gegen Gleichtaktrauschen. Und es kann die Übertragungsentfernung und Übertragungsgeschwindigkeit verbessern. Das RS-485-Protokoll schreibt vor, dass ein Master-Knoten mit bis zu 32 Slave-Knoten kommunizieren kann und die Kommunikation zwischen jedem Knoten über den Master-Knoten koordiniert wird.

Merkmale der RS-485-Kommunikation:

Die RS-485-Kommunikation zeichnet sich durch hohe Geschwindigkeit, Zuverlässigkeit, Stabilität, Echtzeit und niedrige Kosten aus. Da RS-485 die Kommunikation mit mehreren Knoten unterstützt, entfällt der Bedarf an komplexen Signalweiterleitungsmechanismen und erleichtert die Erweiterung des Netzwerks. Das RS-485-Protokoll ist standardisiert, sodass Kompatibilitätsprobleme vermieden werden können. Darüber hinaus verfügt die RS-485-Kommunikation aufgrund der Anwendung der Differenzübertragungstechnologie über eine hohe Entstörungsfähigkeit gegen elektromagnetische Störungen. Gleichzeitig kann die RS-485-Kommunikation die Stabilität und Zuverlässigkeit der Kommunikation gewährleisten, wenn die Kommunikationsentfernung 1,2 Kilometer erreicht. RS-485-Signale werden ohne Quittierung übertragen. Unterbrechungen oder Interferenzen in Differenzsignalen können Daten verfälschen, ohne dass sie wiederholt oder empfangen werden; ein „Feuer-und-Vergessen“-System.

RS-485-Verkabelung:

Die Verkabelung von RS-485 erfordert den Twisted-Pair-Mechanismus, wie in der Abbildung unten gezeigt. Es wird ein verdrilltes Paar aus einem positiven und einem negativen Datenleitungspaar verlegt. Da RS-485 zur Übertragung Differenzsignale verwendet, müssen wir gleichzeitig auch eine zusätzliche gemeinsame Signalmasse für die beiden Datenleitungen bereitstellen. Um Störungen durch andere Störsignale zu vermeiden, können wir in der Mitte der Verkabelung ein RS-485-störsicheres Dämpfungsglied hinzufügen.

RS-485-Kommunikationsgehäuse:

Betrachten wir ein einfaches Beispiel eines RS-485-Netzwerks mit einem Master- und zwei Slave-Geräten.

Ruhezustand: Wenn kein Gerät sendet, befindet sich die Leitung im Ruhezustand. In diesem Zustand ist die Differenzspannung zwischen Leitung A und Leitung B Null.

Master-Übertragung: Wenn der Master Daten senden möchte, ändert er die Spannungsdifferenz zwischen den A- und B-Leitungen. Beispielsweise könnte eine „1“ bedeuten, dass A eine höhere Spannung als B hat, und eine „0“ könnte bedeuten, dass B eine höhere Spannung als A hat.

Was der Slave erhält: Alle Geräte im Netzwerk, einschließlich des Slaves, überwachen kontinuierlich die Spannungsdifferenz zwischen den A- und B-Leitungen. Wenn sie eine Änderung feststellen, interpretieren sie diese als Daten.

Slave-Antwort: Wenn der Master einen Befehl sendet, der eine Antwort vom Slave erfordert, wartet der Slave, bis der Master die Übertragung abgeschlossen hat, und ändert dann die Spannungsdifferenz zwischen den A- und B-Leitungen, um seine Antwort zu senden.

Master-Empfang: Das Master-Gerät überwacht wie das Slave-Gerät ständig die Spannungsdifferenz zwischen den A- und B-Leitungen, sodass es die Antwort vom Slave-Gerät empfängt.

Rückkehr in den Ruhezustand: Nachdem alle Daten übertragen wurden, kehrt die Leitung in den Ruhezustand zurück und die Spannungsdifferenz zwischen den Leitungen A und B ist Null.

Auf diese Weise können Daten über das RS-485-Netzwerk hin und her gesendet werden. Es ist wichtig zu beachten, dass alle Geräte im Netzwerk dieselbe Logik verwenden müssen, um Spannungsunterschiede als Bits zu interpretieren (d. h. stellt A mit einer höheren Spannung als B eine „1“ oder eine „0“ dar). In einem Netzwerk mit mehreren Geräten muss jedes Gerät eine eindeutige Adresse haben, damit es weiß, wann es den Datenverkehr auf der Leitung abhören und wann es ignorieren muss. Dies wird normalerweise über ein über RS-485 verwendetes Protokoll wie Modbus oder Profibus erledigt.

Beispielsweise beginnt in einem Modbus-Netzwerk jede vom Master gesendete Nachricht mit der Adresse des Zielgeräts. Wenn Geräte eine Nachricht mit ihrer Adresse sehen, wissen sie, dass sie die Nachricht verarbeiten und möglicherweise eine Antwort senden müssen. Wenn die Adresse nicht mit Ihrer eigenen Adresse übereinstimmt, wird die Nachricht ignoriert.

Zusammenfassen:

Im Vergleich zu TCP/IP, USB, I2C und anderen Protokollen ist die Übertragungsgeschwindigkeit von RS-485 zwar nicht besonders hoch, bietet aber beispiellose Vorteile: Es kann eine Kommunikation mit mehreren Knoten realisieren, verfügt über eine starke Entstörungsfähigkeit und eine lange Kommunikation Distanz. Diese Eigenschaften sind mit keinem anderen Protokoll vergleichbar. Als Kommunikationsprotokoll, das in der industriellen Steuerung, Automatisierung und anderen Bereichen weit verbreitet ist, hat RS-485 noch große Zukunftsaussichten für den zukünftigen Einsatz.

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Bou L

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