31 8.2 分布式测控网络技术(二).pptx

第1页：第31讲第8章分布式测控网络技术（二）

第31讲第8章分布式测控网络技术（二）

第2页：8.2.1 RS-232/RS-422/

8.2.1 RS-232/RS-422/

• RS-232/RS-422/RS-485串行通信总线
• RS-485总线测控网络
• RS-485总线测控网络设计举例
• 基于串行总线的测控网络技术

第3页：（1）平衡和不平衡传输方式不平衡方式是用

（1）平衡和不平衡传输方式不平衡方式是用：单线传输信号，以地线作为信号的回路，接收器是用单线输入信号的；平衡方式是用双绞线传输信号，信号在双绞线中自成回路不通过地线，接收器是用双端差动方式输入信号的。在不平衡方式中，信号线上所感应到的干扰和地线上的干扰将迭加后影响到接收信号；而在平衡方式中，双绞线上所感应的干扰相互抵消，地线上的干扰又不影响接收端。因此平衡传输方式在抗干扰方面有较良好的性能，并适合较远距离的数据传输。

第4页：8.2.1 RS-232/RS-422/

8.2.1 RS-232/RS-422/：8.2.1 RS-485串行通信总线

第5页：（2）RS-232•RS-232-C是美

（2）RS-232•RS-232-C是美：232为标识号，C表示修改次数。•目前RS-232是PC机与通信工业中应用最广泛的一种串行接口。RS-232被定义为一种在低速率串行通讯中增加通讯距离的单端标准。RS-232采取不平衡传输方式，即所谓单端通讯。

第6页：RS-232物理连接特性

RS-232物理连接特性

• RS-232-C接口连接器一般使用型号为DB-9插头座，通常插头在DCE端，孔插座在DTE端。PC机的RS-232为9芯针插座。•一些设备与PC机连接的RS-232接口，因为不使用对方的传送控制信号,因而工业控制的RS-232口一般只使用三条接口线,即"发送数据TXD"、"接收数据RXD"和"信号地GND"。
• RS-232传输线采用屏蔽双绞线。

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8.2.1 RS-232/RS-422/：8.2.1 RS-485串行通信总线

第8页：RS-232电气标准---（1）电气信号

RS-232电气标准---（1）电气信号：基准+3V＜V1＜+15V-15V＜V1＜-3V状态01逻辑状态空号（SPACE）传号（MARK）信号条件ONOFF功能

第9页：RS-232电气标准—接口的电气特性

RS-232电气标准—接口的电气特性

• 典型的RS-232信号在正负电平之间摆动，在发送数据时，发送端驱动器输出正电平在+5～+15V，负电平在-5～-15V电平。•接收器典型的工作电平在+3～+12V与-3～-12V。
• 由于发送电平与接收电平的差仅为2V至3V左右，所以其共模抑制能力差，再加上双绞线上的分布电容，其传送距离最大为约15米，最高速率为20kb/s。
• RS-232是为点对点（即只用一对收、发设备）通讯而设计的，其驱动器负载为3～7kΩ。所以RS-232适合本地设备之间的通信。

第10页：RS-232电气转换标准接口

RS-232电气转换标准接口：RS-232-C电平与TTL/CMOS电平不兼容，故两者连接时，必须进行电平转换。以MC1488/MC1489作为收/发转换

第11页：RS-422和

RS-422和

• RS-485与RS-232不一样，数据信号采用差分传输方式，也称作平衡传输，它使用一对双绞线，将其中一线定义为A，另一线定义为B。•通常情况下，发送驱动器A、B之间的正电平在+2～+6V，是一个逻辑状态，负电平在-2～6V，是另一个逻辑状态。另有一个信号地C，在RS-485中还有“使能”端，而在RS-422中这是可用可不用的。
• “使能”端是用于控制发送驱动器与传输线的切断与连接。当“使能”端起作用时，发送驱动器处于高阻状态，称作“第三态”，即它是有别于逻辑“1”与“0”的第三态。 (3) RS-422A/RS-485

第12页：接收器也作与发送端相对的规定

接收器也作与发送端相对的规定：收、发端通过平衡双绞线将AA与BB对应相连，当在收端AB之间有大于+200mV的电平时，输出正逻辑电平，小于-200mV时，输出负逻辑电平。接收器接收平衡线上的电平范围通常在200mV至6V之间。

第13页：RS-422电气规定

RS-422电气规定

• RS-422标准全称是“平衡电压数字接口电路的电气特性”，它定义了接口电路的特性。•图4是其DB9连接器引脚定义。
• 图5是典型的RS-422四线接口。实际上还有一根信号地线，共5根线。

第14页：允许在相同传输线上连接多个接收节点

允许在相同传输线上连接多个接收节点

• 最多可接10个节点。即一个主设备（Master），其余为从设备（Salve），从设备之间不能通信，所以RS-422支持点对多的双向通信。•接收器输入阻抗为4k，故发端最大负载能力是10×4k+100Ω（终端电阻）。
• RS-422四线接口由于采用单独的发送和接收通道，因此不必控制数据方向，各装置之间任何必须的信号交换均可以按软件方式（XON/XOFF握手）或硬件方式（一对单独的双绞线）实现。

第15页：RS-422的最大传输距离为4000英尺

RS-422的最大传输距离为4000英尺：（约1219米），最大传输速率为10Mb/s。其平衡双绞线的长度与传输速率成反比，在100kb/s速率以下，才可能达到最大传输距离。只有在很短的距离下才能获得最高速率传输。一般100米长的双绞线上所能获得的最大传输速率仅为1Mb/s。•RS-422需要一个终接电阻，要求其阻值约等于传输电缆的特性阻抗。在矩距离传输时可不需终接电阻，即一般在300米以下不需终接电阻。终接电阻接在传输电缆的最远端。

第16页：RS-485电气规定由于

RS-485电气规定由于：RS-485是从RS-422基础上发展而来的，所以RS-485许多电气规定与RS-422相仿。如都采用平衡传输方式、都需要在传输线上接终接电阻等。RS-485可以采用二线与四线方式，二线制可实现真正的多点双向通信。•而采用四线连接时，与RS-422一样只能实现点对多的通信，即只能有一个主（Master）设备，其余为从设备，但它比RS-422有改进，无论四线还是二线连接方式总线上可多接到32个设备。

第17页：RS-485与

RS-485与：RS-422一样，其最大传输距离约为1219米，最大传输速率为10Mb/s。平衡双绞线的长度与传输速率成反比，在100kb/s速率以下，才可能使用规定最长的电缆长度。只有在很短的距离下才能获得最高速率传输。一般100米长双绞线最大传输速率仅为1Mb/s。•RS-485需要2个终接电阻，其阻值要求等于传输电缆的特性阻抗。在矩距离传输时可不需终接电阻，即一般在300米以下不需终接电阻。终接电阻接在传输总线的两端。

第18页：RS-485物理连接特性--简单特点

RS-485物理连接特性--简单特点

• RS-485接口组成的半双工网络，一般是两线制，多采用屏蔽双绞线传输。这种接线方式为总线式拓扑结构在同一总线上最多可以挂接32个结点。•在RS-485通信网络中一般采用的是主从通信方式，即一个主机带多个从机。
• 很多情况下，连接RS-485通信链路时只是简单地用一对双绞线将各个接口的“A”、“B”端连接起来。RS-485接口连接器采用DB-9的9芯插头座，与智能终端RS-485接口采用DB-9（孔），与键盘连接的键盘接口RS485采用DB-9（针）。

第19页：RS-485--接口获取

RS-485--接口获取

• 由于PC机默认的只带有RS-232接口或USB接口，有两种方法可以得到PC上位机的RS-485电路：
• 通过RS-232（USB）/RS-485转换模块，将PC机串口RS-232信号转换成RS-485信号，对于情况比较复杂的工业环境最好是选用防浪涌带隔离栅的产品。
• 通过PCI多串口卡，可以直接选用输出信号为RS-485类型的扩展卡。

第20页：PCI-1612是一款兼容PCI

PCI-1612是一款兼容PCI：2.1总线规格的4端口RS-232/422/485PCI通信卡。提供了4个RS-232/422/485端口(PCI-1612)、可选浪涌保护。 板卡方式

第21页：模块方式ADAM-4520/4522隔离

模块方式ADAM-4520/4522隔离：转换器能够将RS-232信号透明转换为RS-422和RS-485信号。您无须改动PC上的任何硬件及软件。ADAM-4520能够帮您轻松地建立起一套基于PC硬件的、工业级远程通讯系统。它能够将通讯距离再延长1200米（4000英尺），或再增加32个连接节点。

第22页：采用RS-422A

采用RS-422A：实现两点之间远程通讯时，其连接方式如图所示

第23页：采用RS-485进行两点之间远程通讯时的

采用RS-485进行两点之间远程通讯时的：连接电路如图所示

第24页：RS-485用于多点互连时非常方便

RS-485用于多点互连时非常方便

• 可以省掉许多信号线。•应用RS-485可以联网构成分布式系统，其允许最多并联32台驱动器和32台接收器。
• 当前自动控制系统中常用的网络的物理层，如现场总线CAN、Profibus、INTERBUS-S以及ARCNet的物理层都是基于RS-485的总线进行总结和研究。 （4）应用-RS-485多点互连

第25页：（4）应用-RS-485多点互连

（4）应用-RS-485多点互连

第26页：RS-485的连接方式在

RS-485的连接方式在：RS-485网络中各节点的物理接线中应杜绝T型接线方式，应采用“手拉手”的连接方式。12n

第27页：8.2.1 RS-232/RS-422/

8.2.1 RS-232/RS-422/：8.2.1 RS-485串行通信总线

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8.2.1 RS-232/RS-422/：8.2.1 RS-485串行通信总线

第29页：485 布线可以任意布设成星型接线与树形

485 布线可以任意布设成星型接线与树形：。485布线规范是必须要手拉手的布线，一旦没有借助485集线器和485中继器直接布设成星型连接和树形连接，很容易造成信号反射导致总线不稳定。。

第30页：基于RS-485的分布式测控系统基本结构

基于RS-485的分布式测控系统基本结构：图 设计

第31页：由于PC或IPC一般只配有传统的RS-2

由于PC或IPC一般只配有传统的RS-2：32C接口，为了在实际应用中把处于远距离的两台或多台带有RS-485接口的模块连接起来，进行通讯或组成分布式系统，不能直接应用RS-232C连接，需要使用RS-232/RS-485转换环节（如ADAM-4520模块）来解决。应用RS-485联网构成的主从式数据采集控制系统，其结构如图所示。主机转换器中继器RS-232RS-48545204510从站1从站N从站N+1从站N+M……RS-485基于ADAM-4000系列的RS-485总线测控网络 设计

第32页：1 ADAM模块远程通信

1 ADAM模块远程通信

• 计算机与ADAM4000模块之间的数据交换有三个步骤。•1）设备要求传送数据时，计算机会传送一个字符串过去。此字符串的第一个字符是前导符，在前导符之后的是地址，地址之后是要设备解读的命令或数据。
• 2）当设备收到要求字符串，并经判读确定后，便会送出计算机所要求的数据。数据被送出时会在其之前加上前导符与地址。
• 3）计算机收到设备传送回来的字符串后，进行检查，当检查完成后，回送一个确定的字符串给设备，以说明计算机已成功收到字符串；而若传送失败，计算机也在此回送的字符串中要求设备重发数据。 设计

第33页：计算机与ADAM4000模块之间的数据交

计算机与ADAM4000模块之间的数据交：换的三个步骤ADAM4520要求第一段字符串接收第二段字符串确认第三段字符串计算机与ADAM4000模块之间的数据交换ADAM4000模块RS-232RS-485总线 设计

第34页：2 通信协议

2 通信协议

• 两种通信协议，•其一是通过使用特定的字符来执行通信控制功能，称之为面向字符的数据通信协议；
• 其二是通过定义各字段长度、位置及作用来实现通信控制功能，所以称之为面向位流(比特)的数据通信协议，如高速数据链路控制协议HDLC(High Level Data Link Control。
• 后者比前者的通信效率高，适用于通信数据量较大的工业控制网络或DCS系统。面向字符协议具有简单明了的特点，又有比较长的使用历史及广泛的应用范围，所以对于通信速率要求不高，采用主从结构的中小型工业控制网络，使用面向字符协议具有一定优势。
• 目前，工业微机、调节仪表、中小型PLC和智能远程I/O子系统等标准化的工业控制设备都支持或部分支持面向字符协议。 设计

第35页：3 通信实现方法

3 通信实现方法

• 计算机与具有串行通信接口的设备实现通信的方法有三种：•第一种是直接端口访问，实时性强，但界面编写麻烦，需要了解底层硬件的详细信息，不支持windows 2000及以上操作系统，实际工程中一般不采用；
• 第二种是调用MSCOMM控件，编程方便，具有更完善的发送和接收功能；
• 第三种是调用WINDOWS API函数,使用WINDOWS提供的通信函数编写应用程序，要求对WINDOWS API函数有深入了解，编程较难，但程序可移植性强。 设计

第36页：通过计算机读取两块ADAM-4017共1

通过计算机读取两块ADAM-4017共1：6个通道的模拟量输入值，输入模拟量信号为1～5V，量程为0℃～200℃，模块返回值为工程量(电压值)，使用COMl和ADAM-4017通讯，结果存放在数组通道l中。使用TC2.0编程语言，采用直接端口访问方式实现计算机与模块的数据通信。

第37页：假设模块已经按题意要求配置好和接好现场输

假设模块已经按题意要求配置好和接好现场输

• 入信号，则其编程步骤如下：
• 初始化COMl，8位数据、无校验、1位停止位，9600bps；
• 以ASCII码形式发送命令“#AAN(cr)”；
• 读返回结果的起始标志“>”；
• 读返回数据，直到收到结束标志；
• 拼装数据，返回结果。•程序清单，见课本p268. 设计

第38页：本讲结束

本讲结束：本页为本讲内容的收束页。