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            RS485與Modbus通信協議教程
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            專注微機保護

            時間 : 2022-01-03 09:00 瀏覽量 : 23


               在工業控制、電力通訊、智能儀表等領域,通常情況下是采用串口通信的方式進行數據交換。最初采用的方式是RS232接口,由于工業現場比較復雜,各種電氣設備會在環境中產生比較多的電磁干擾,會導致信號傳輸錯誤。

              1979年施耐德電氣制定了一個用于工業現場的總線協議Modbus協議,現在工業中使用RS485通信場合很多都采用Modbus協議,所以今天我們來了解下RS485通信和Modbus通信協議。

            RS485通信

            1、實際上在RS485之前RS232就已經誕生,但是RS232也有不足:

            (1)接口的信號電平值較高,達到十幾V,容易損壞接口電路的芯片,而且和TTL電平不兼容,因此和單片機電路接起來的話必須加轉換電路。

            (2)接口使用的信號線與其他設備形成共地模式的通信,這種共地模式傳輸容易產生干擾,并且抗干擾性能也比較弱。

            (3)傳輸距離、速率都有限,最多只能通信幾十米;只能兩點之間進行通信,不能夠實現多機聯網通信。

            2、針對RS232接口以上不足,出現了RS485等新的接口標準,RS485具備以下的特點:

            (1)邏輯“1”以兩線間的電壓差為+(2—6)V表示;邏輯“0”以兩線間的電壓差為-(2—6)V表示。接口信號電平比RS232降低了,不易損壞電路的芯片,且該電平與TTL電平兼容,可方便與TTL電路連接。

            (2)RS485通信速度快,數據最高傳輸速率為10Mbps以上;其內部的物理結構,采用的是平衡驅動器和查分接收器的組合,抗干擾能力大大增加。

            (3)傳輸距離最遠可達到1200米左右,但傳輸速率和傳輸距離是成反比的,只有在100KB/s以下的傳輸速率,才能達到最大的通信距離,如果需要傳輸更遠距離可以使用中繼。

            (4)可以在總線上進行聯網實現多機通信,總線上允許掛多個收發器,從現有的RS485芯片來看,有可以掛32、64、128、256等不同個設備的驅動器。

            3、RS485有兩線制和四線制,四線制只能實現點對點的通信方式,現很少采用。兩線制這種接線方式為總線式拓樸結構,在同一總線上最多可以掛接32個結點。在RS485通信網絡中一般采用的是主從通信方式,即一個主機帶多個從機。

            4、很多情況下,連接RS-485通信鏈路時只是簡單地用一對雙絞線將各個接口的“A”、“B”端連接起來。而忽略了信號地的連接,這種連接方法在許多場合是能正常工作的,但卻埋下了很大的隱患,這有兩個原因:

            (1)共模干擾問題:RS-485接口采用差分方式傳輸信號方式,并不需要相對于某個參照點來檢測信號,系統只需檢測兩線之間的電位差就可以了。但人們往往忽視了收發器有一定的共模電壓范圍,RS-485收發器共模電壓范圍為-7~+12V,只有滿足上述條件,整個網絡才能正常工作。當網絡線路中共模電壓超出此范圍時就會影響通信的穩定可靠,甚至損壞接口。

            (2)EMI問題:發送驅動器輸出信號中的共模部分需要一個返回通路,如沒有一個低阻的返回通道(信號地),就會以輻射的形式返回源端,整個總線就會像一個巨大的天線向外輻射電磁波。

            5、由于PC機默認的只帶有RS232接口,以下方法可以得到PC上位機的RS485電路:

            (1)通過RS232/RS485轉換電路將PC機串口RS232信號轉換成RS485信號,對于情況比較復雜的工業環境最好是選用防浪涌帶隔離的產品。

            (2)通過PCI多串口卡,可以直接選用輸出信號為RS485類型的擴展卡。

            三/ Modbus 通信協議

            Modbus協議是應用于電子控制器上的一種通用語言。通過此協議,控制器相互之間、控制器經由網絡(例如以太網)和設備之間可以通信。它已經成為一通用工業標準。有了它,不同廠商生產的控制設備可以連成工業網絡,進行集中監控。

            4、很多情況下,連接RS-485通信鏈路時只是簡單地用一對雙絞線將各個接口的“A”、“B”端連接起來。而忽略了信號地的連接,這種連接方法在許多場合是能正常工作的,但卻埋下了很大的隱患,這有兩個原因:

            (1)共模干擾問題:RS-485接口采用差分方式傳輸信號方式,并不需要相對于某個參照點來檢測信號,系統只需檢測兩線之間的電位差就可以了。但人們往往忽視了收發器有一定的共模電壓范圍,RS-485收發器共模電壓范圍為-7~+12V,只有滿足上述條件,整個網絡才能正常工作。當網絡線路中共模電壓超出此范圍時就會影響通信的穩定可靠,甚至損壞接口。

            (2)EMI問題:發送驅動器輸出信號中的共模部分需要一個返回通路,如沒有一個低阻的返回通道(信號地),就會以輻射的形式返回源端,整個總線就會像一個巨大的天線向外輻射電磁波。

            5、由于PC機默認的只帶有RS232接口,以下方法可以得到PC上位機的RS485電路:

            (1)通過RS232/RS485轉換電路將PC機串口RS232信號轉換成RS485信號,對于情況比較復雜的工業環境最好是選用防浪涌帶隔離的產品。

            (2)通過PCI多串口卡,可以直接選用輸出信號為RS485類型的擴展卡。

            三/ Modbus 通信協議

               Modbus協議是應用于電子控制器上的一種通用語言。通過此協議,控制器相互之間、控制器經由網絡(例如以太網)和設備之間可以通信。它已經成為一通用工業標準。有了它,不同廠商生產的控制設備可以連成工業網絡,進行集中監控。

               此協議定義了一個控制器能認識使用的消息結構,描述了一控制器請求訪問其它設備的過程,如何回應來自其它設備的請求,以及怎樣偵測錯誤并記錄。它制定了消息域格局和內容的公共格式。

            1、Modbus具有以下幾個特點:

            (1)標準、開放,用戶可以免費、放心地使用Modbus協議,不需要交納許可證費,也不會侵犯知識產權。目前,支持Modbus的廠家超過400家,支持Modbus的產品超過600種。

            (2)Modbus可以支持多種電氣接口,如RS-232、RS-485等,還可以在各種介質上傳送,如雙絞線、光纖、無線等。

            (3)Modbus的幀格式簡單、緊湊,通俗易懂。用戶使用容易,廠商開發簡單。

            2、Modbus 寄存器種類說明

            (1) 線圈狀態:輸出端口,可設定端口的輸出狀態,也可以讀取該位的輸出狀態

            (2)離散輸入狀態:輸入端口,通過外部設定改變輸入狀態,可讀但不可寫

            (3)保持寄存器:控制器運行時被設定的某些參數,可讀可寫

            (4)輸入寄存器:控制器運行時從外部設備獲得的某些參數,可讀不可寫


            文章來自電力微機保護網

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