1 引言

在自動(dòng)化控制領(lǐng)域，隨著分布式控制系統(tǒng)的發(fā)展，在產(chǎn)業(yè)上的分布式控制系統(tǒng)中，經(jīng)常需要采用串行通訊來達(dá)到遠(yuǎn)程信息交換的目的。目前，用于串行通訊的接口標(biāo)準(zhǔn)包括:rs-232、rs-422、rs-423和rs-485。rs-232是最早的串行接口標(biāo)準(zhǔn)，廣泛應(yīng)用在短間隔、較低波特率串行通訊中。其后發(fā)展起來的rs-422、rs-485是平衡傳送的電氣標(biāo)準(zhǔn)，比起rs-232非平衡的傳送方式在電氣指標(biāo)上有了大幅度的進(jìn)步。rs-485串行接口的電氣標(biāo)準(zhǔn)實(shí)際上是rs-422的變型，它屬于七層osi(open system interconnection，開放系統(tǒng)互連)模型物理層的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。由于性能優(yōu)異、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、組網(wǎng)輕易，rs-485總線標(biāo)準(zhǔn)得到了越來越廣泛的應(yīng)用。其互連方式如圖1所示:

下面以經(jīng)緯紡織機(jī)械股份有限公司榆次分公司開發(fā)的f1605型轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)為例進(jìn)行先容。

2 rs-485總線型多站點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)

f1605型轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)分為車頭、中段和車尾組成，中段又由若干節(jié)組成。而中段的每錠又要求單獨(dú)控制，例如:每錠要求實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)接頭、探紗、單錠計(jì)長(zhǎng)、電子清紗等。根據(jù)此機(jī)器的特點(diǎn)采用分布式控制系統(tǒng)，傳送數(shù)據(jù)采用主從站的方法。圖2所示是用rs-485構(gòu)成的總線型網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，采用主從方式進(jìn)行多機(jī)通訊。主機(jī)采用人機(jī)界面。每個(gè)從機(jī)擁有自己固定的地址，由主機(jī)控制完成網(wǎng)上的每一次通訊。當(dāng)主機(jī)向網(wǎng)上發(fā)出某一從機(jī)的地址時(shí)，所有從機(jī)接收到該地址并與自己的地址相比較。假如相符，說明主機(jī)在呼喚自己，應(yīng)發(fā)回應(yīng)答信號(hào)，表示預(yù)備好開始接收后面的命令和數(shù)據(jù);否則不予理睬，繼續(xù)監(jiān)聽呼喚地址。主機(jī)收到從機(jī)的應(yīng)答后，則開始一次通訊。通訊完畢，從機(jī)繼續(xù)處于監(jiān)聽狀態(tài)，等待呼喚。實(shí)際使用時(shí)，因線纜長(zhǎng)度、線徑、網(wǎng)絡(luò)分布、傳輸速率不同，通訊可靠性會(huì)受到影響。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)與所選器件中rs-485芯片驅(qū)動(dòng)能力和接收器的輸進(jìn)阻抗有關(guān)?？紤]到此控制系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)較多，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)超過50個(gè)節(jié)點(diǎn)，為保證通訊的可靠性和進(jìn)步通訊效率按照個(gè)器件在系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)的不同功能、數(shù)據(jù)流量、實(shí)時(shí)性要求把各器件分布到兩條總線上，而且所選器件中的rs-485芯片驅(qū)動(dòng)能力均達(dá)到255點(diǎn)，通訊速率選9.6bps，離主站最遠(yuǎn)的節(jié)點(diǎn)不超過50m。

3 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

為了能使具體的命令、數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)上正確地傳輸，在數(shù)據(jù)鏈路層必須提供一定的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，保證在物理層的比特流出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)進(jìn)行檢測(cè)和校正，同時(shí)實(shí)現(xiàn)天生數(shù)據(jù)幀和命令幀的功能。然而，為保證數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量，對(duì)每個(gè)字節(jié)進(jìn)行校驗(yàn)的同時(shí)，應(yīng)盡量減少特征字和校驗(yàn)字，而常用的數(shù)據(jù)包格式由引導(dǎo)碼、長(zhǎng)度碼、地址碼、命令碼、數(shù)據(jù)、校驗(yàn)碼、尾碼組成，每個(gè)數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度達(dá)20～30字節(jié)，在rs-485系統(tǒng)中這顯得又有些繁雜。由于modbus協(xié)議是公然的通訊協(xié)議，而且被很多的工控產(chǎn)品生產(chǎn)廠家支持，該協(xié)議已廣泛應(yīng)用于水利、水文、電力等行業(yè)設(shè)備及系統(tǒng)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中，因此，本系統(tǒng)采用modbus協(xié)議作為此控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。

在此控制中由于對(duì)plc和變頻器的通訊數(shù)據(jù)量小而且實(shí)時(shí)性要求不高，因此采用modbus ascii方式，而對(duì)單片機(jī)的數(shù)據(jù)通訊量較大且實(shí)時(shí)性要求高,因此采用modbus rtu方式。

4 結(jié)束語

本文著重討論了用rs-485構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的基本組網(wǎng)方法。由于rs-485具有性能優(yōu)異、組網(wǎng)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，它在集中控制系統(tǒng)、分布式控制系統(tǒng)中的應(yīng)用相當(dāng)廣泛。由于其硬件電路已比較成熟，設(shè)計(jì)中的題目主要集中在網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和服務(wù)軟件的設(shè)計(jì)上。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是保證通訊暢通的關(guān)鍵，在一定程度上也影響著網(wǎng)絡(luò)通訊的可靠性，即它必須能夠抵抗實(shí)際運(yùn)作環(huán)境的干擾。另外通訊只是整個(gè)系統(tǒng)中的一個(gè)部分，系統(tǒng)還必須完成諸如數(shù)據(jù)采集和控制的功能，服務(wù)軟件要使主機(jī)和各從機(jī)協(xié)調(diào)一致地工作，盡量減小通訊對(duì)其他工作的影響。這就要求通訊占用盡量少的時(shí)間，以求達(dá)到整個(gè)系統(tǒng)的高效率。在通訊數(shù)據(jù)量一定的情況下，采用較高的波特率固然比較好，但高的波特率必定要降低傳輸間隔，在實(shí)際應(yīng)用中必須仔細(xì)衡量。

參考文獻(xiàn)

[1] bb electronics. rs-422 and rs-485 application note,1997

[2] modicom modbus protocol reference guide (pi-mbus-300 rev.j) june 1996

[3] 鄔寬明. 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)應(yīng)用選編. 北京:航空航天大學(xué)出版社