10. Локальные промышленные сети и интерфейсы (1245068), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Для передачи и приема данных достаточно одной витой пары.Он стал основой для создания целого семейства ЛПС (ProfiBus DP, ModBus и др.).На его базе реализованы интерфейсы во многих ПРК и промышленных компьютерах, в том числеинтеграция ПРК семейства КОНТАР.Главное отличие RS-485 от RS-232 — возможность объединения нескольких устройств.Стандарт не нормирует формат информационных кадров и протокол обмена. Наиболее часто для передачи байтов данных используются те же форматы, что и в интерфейсе RS-232: стартовый бит, биты данных,бит паритета (если нужно), стоповый бит.Протоколы обмена в большинстве систем работают по принципу "Ведущий - Ведомый".
Ведущий(Master) инициирует обмен посылкой запросов подчиненным устройствам (Slave), которые различаются логическими адресами. Одним из популярных протоколов является протокол Modbus RTU.В табл. 2 приведены сравнительные характеристики рассмотренных интерфейсов.Табл.
2.СтандартRS-232RS-422RS-485Характеристики стандартных физических интерфейсовВид подключенияСкорость передачиДлина линии без повторителей, мТочка-точка19,2 Кбит/с; 9,6 Кбит/с; 1,2 Кбит/с15; 300; 2000Точка-точка10 Мбит; 100 Кбит/с13; 1300Многоточка10 Мбит/с; 1 Мбит/с; 100 Кбит/с13; 50; 1300Электрические и временные характеристики интерфейса RS-485- 32 приемопередатчика при многоточечной конфигурации сети (на одном сегменте; максимальная длиналинии в пределах одного сегмента сети: 1200 метров);- только один передатчик активный; - максимальное количество узлов в сети – 250 с учетом повторителей;- тип приемопередатчиков – дифференциальный, потенциальный;- скорость обмена/длина линии связи: 62,5 кбит/с 1200 м (одна ВП); 375 кбит/с 300 м (одна ВП); 500 кбит/с;1000 кбит/с; 2400 кбит/с 100 м (две ВП); 10000 кбит/с 10 м.Примечание.
Скорости обмена 62,5 кбит/с, 375 кбит/с, 2400 кбит/с оговорены стандартом RS-485.На скоростях обмена свыше 500 кбит/с рекомендуется использовать экранированные ВП.В табл.2 и 3 приведены сравнительные характеристики рассмотренных интерфейсов.Таблица 3Стандартные параметры интерфейсовRS-422RS-485Режим работыДифференциальныйДифференциальныйДопустимое число передатчиков (Tx)/приемников (Rx)1 / 1032 / 32Максимальная длина кабеля1200 м1200 мМаксимальная скорость передачи данных10 Мбит/с10 Мбит/сДиапазон напряжений "1" передатчика+2...+10 В+1.5...+6 ВДиапазон напряжений "0" передатчика-2...-10 В-1.5...-6 В6Диапазон синфазного напряжения передатчика-3...+3 В-1...+3 ВДопустимый диапазон напряжений приемника-7...+7 В-7...+12 ВПороговый диапазон чувствительности приемника:±200 мВ±200 мВИнтерфейс "токовая петля" - существуют последовательные интерфейсы, где информативен ток,протекающий по общей цепи передатчик-приемник ("токовая петля" - ТП) – в них для представления сигналаиспользуют ток в двухпроводной линии, соединяющей приемник (ПР) и передатчик (ПД).Логической «1» соответствует протекание тока, а логическому «0» - отсутствие тока.
Однако во многих случаях отдается предпочтение методу, когда логической «1» соответствует протекание тока 4-20 мА, алогическому «0» - отсутствие тока.Такое представление сигналов для описанного выше формата асинхронной посылки позволяет обнаружить обрыв линии - ПР заметит отсутствие стоп-бита (обрыв линии действует как постоянный логический 0).ПД является дискретно переключаемым источником тока.ТП 4...20 мА получила распространение в разнообразном технологическом оборудовании, датчиках иисполнительных устройствах средств автоматики. Однако ее популярность начала падать после появлениястандарта на интерфейс RS-485 (1983 г.).ТП позволяет увеличить помехозащищенность и передавать сигналы по линии длиной до 3 км.Токовая петля с гальванической развязкой позволяет передавать сигналы на расстояния до несколькихкилометров, но при невысоких скоростях: выше 19 200 бит/с не используют, а на километровых расстоянияхдопустима скорость до 9600 бит/с и меньше.
Т.к. ИФ требует пары проводов для каждого сигнала, обычноиспользуют только 2 сигнала последовательного ИФ (4-проводная линия). В случае двунаправленного обменаприменяются только сигналы передаваемых и принимаемых данных, а для управления потоком используетсяпрограммный метод.В передатчике "токовой петли" используется не источник напряжения, как в интерфейсе RS-485, а источник тока. По определению, ток, вытекающий из источника тока, не зависит от параметров нагрузки.
Поэтому в ТП протекает ток, не зависящий от сопротивления кабеля, сопротивления нагрузки и э. д. с. индуктивной помехи, а также от напряжения питания источника тока. Ток в петле может измениться только вследствие утечек кабеля, которые очень малы.Это свойство ТП является основным и определяет все варианты ее применения.В качестве линии передачи обычно используется экранированная витая пара, которая совместно с дифференциальным приемником позволяет ослабить индуктивную и синфазную помеху.На приемном конце ток петли преобразуется в напряжение с помощью калиброванного сопротивления.При токе 20 мА для получения стандартного напряжения 2,5 В, 5 В или 10 В используют резистор сопротивлением 125 Ом, 250 Ом или 500 Ом соответственно.Основным недостатком ТП является ее принципиально низкое быстродействие, которое ограничивается скоростью заряда емкости кабеля от источника тока.
Например, при типовой погонной емкости кабеля 75пФ/м и длине 1 км емкость кабеля составит 75 нФ. Для заряда такой емкости от источника тока 20 мА донапряжения 5 В необходимо время 19 мкс, что соответствует скорости передачи около 9 кбит/с.Вторым недостатком ТП, ограничивающим ее практическое применение, является отсутствие стандарта на конструктивное исполнение разъемов и электрические параметры, хотя фактически стали общепринятыми диапазоны токовых сигналов 0...20 мА и 4...20 мА; гораздо реже используют 0...60 мА. В перспективныхразработках рекомендуется использовать только диапазон 4...20 мА, как обеспечивающий возможность диагностики обрыва.Интерфейс ТП распространен в двух версиях: аналоговой и цифровой.Аналоговая версия ТП используется, как правило, для передачи сигналов от разнообразных датчиков кконтроллеру или от контроллера к исполнительным устройствам.
Применение "токовой петли" в данном случае дает два преимущества. Во-первых, приведение диапазона изменения измеряемой величины к стандартному диапазону обеспечивает взаимозаменяемость компонентов. Во-вторых, становится возможным передатьсигнал на большое расстояние с высокой точностью (погрешность "токовой петли" может быть снижена до±0,05%). Кроме того, стандарт "токовая петля" поддерживается подавляющим большинством производителейсредств промышленной автоматизации.В варианте ТП "4...20 мА" в качестве начала отсчета принят ток 4 мА. Это позволяет производить диагностику целостности кабеля (кабель имеет разрыв, если ток равен нулю) в отличие от варианта "0...20 мА",где величина "0 мА" может означать не только нулевую величину сигнала, но и обрыв кабеля.Вторым преимуществом уровня отсчета 4 мА является возможность подачи энергии датчику для егопитания.Цифровая ТП используется обычно в версии "0...20 мА", т.к.
она реализуется гораздо проще, чем"4...20 мА". Поскольку при цифровой передаче данных точность передачи логических уровней роли не играет,можно использовать источник тока с не очень большим внутренним сопротивлением и низкой точностью (сдостаточной для практики точностью можно считать, что передатчик в этой схеме является источником тока).7Как аналоговая, так и цифровая ТП может использоваться для передачи информации нескольким приемникам одновременно. Вследствие низкой скорости передачи информации по ТП согласование длинной линии с ПД и ПР не требуется."Токовая петля" нашла свое "второе рождение" в протоколе HART.Интерфейс I2C (Inter-Integrated Circuit/Inter-IC) , разработанный фирмой Philips, служит для организации синхронной последовательной шины, обеспечивающей двустороннюю передачу данных между подключенными устройствами по двум сигнальным линиям и возможностью адресации до 128 устройств.
Передачаданных может быть как одноадресной, к выбранному устройству, так и широковещательной. Позволяет эффективно объединять устройства на уровне интегральных схем. В настоящее время он стал фактическим промышленным стандартом для устройств различного назначения. Шина I2C очень удобна для обмена небольшими объемами данных, применение ее может быть самым разнообразным.Физически шина содержит 2 сигнальные линии: одна предназначена для передачи тактового сигнала,вторая - для обмена данными.
Для управления линиями применяются выходные каскады с открытым коллектором. Длина соединительных линий в стандартном режиме до2-х метров, скорость передачи - до 100 кбит/с.В обменах участвуют 2 устройства – ведущее/Master и ведомое/Slave, при этом любой из них можетвыступать в роли и ПД, и ПР. Протокол допускает наличие на шине нескольких ведущих и имеет простой механизм арбитража (разрешения коллизий). Коллизия на шине может возникнуть, когда 2 (или более) устройстваодновременно (или почти одновременно) инициируют обмен данными.Устройства, совместимые с I2C, имеют ИФ прямо на микросхеме.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
