现场总线概念是由国际电工委员会(International Electrotechnical Commission简称IEC)与1984年提出,具体定义如下:现场总线是一种应用于生产现场,在现场设备和控制装置之间以及现场设备之间实行双向、串行、多节点的数字通信技术。而RS-485又称为EIA-485是由美国电子工业协议(Electronic Industries Association简称EIA)于1983年在RS-422的基础上提出,RS-232/485串口只规定了接口的电气标准,没有规定接口的插件,电缆以及使用的协议,只是OSI规范中物理层的一个标准。严格意义来讲,RS-485总线是现场总线技术的鼻祖,但是其严格意义上来讲并不是现场总线。

理解RS-485总线需要从RS-232串口开始,现在的RS-232串口基本上都是基于RS-232C标准定义的,其接口定义有DB9以及DB25两种接口定义,现在基本上都是采用DB9接口。RS-232串口定义如下:1.载波检测,2.接收数据,3.发送数据,4.数据终端准备就绪,5.信号地,6.调制解调器就绪,7.请求发送,8.允许发送,9.振铃提示。现在由于计算机处理能力的增强,握手之类的处理基本上交由软件来处理,只需要采用2,3,5(RXD,TXD,GND)三根线就可以正常通信。RS-232串口采用单端非差分电路平衡传输方式传输数据,收发数据线路共用接地线,也就是说其收发数据(RXD,TXD)的表示是针对地线(GND)而言的。当数据线的电平低于-3V的时候,其为逻辑“1”,高于+3V的时候,其为逻辑“0”。所以RS-232串口并不能抑制共模干扰以及共地噪音,从而决定RS-232串口的通信距离较短,并且RS-232串口只能针对点对点通信,不能支持多点组网的通信模式。

由于工业现场通信节点众多,相互之间距离较远且外部电磁环境复杂,针对工业网络通信人们需要一种采用最少的连线互联各个通信节点,并且具备一定抑制外部干扰的通信方式来完成工业现场的通信任务。针对RS-232存在的缺点,EIA提出了RS-422/485标准,其支持点对多点通信,通信速率最大可以支持110Kbps,通信距离最远可达1200米(通过增加485中继器通信距离可以延长至6000米)。

EIA232,EIA422,EIA485技术参数:

规范 EIA-232 EIA-422 EIA-485
最大传输距离 15m 1200m(110kbps) 1200m(110kbps)
最大传输速度 20Kbps 10Mbps(12m) 10Mbps(12m)
驱动器最小输出 ±5V ±2V ±1.5V
驱动器最大输出 ±15V ±10V ±6V
最大驱动器数量 1 1 32单位负载
最大接收器数量 1 10 32单位负载
接收器敏感度 ±3V ±0.2V ±0.2V
传输方式 单端 差分 差分

RS-485总线由于其采用差分平衡电路,能够极大的抑制噪音以及不受节点之间的接地电平差异的影响,具有较强的抗干扰能力以及较远的传输距离。差分平衡电路相应原理如下:在RS-485总线的两条信号线路上(485+,485-)上一根导线的电压值是另外一根导线的电压取反值,接收器的输入电压为两根导线的差值,其差值的正负表示相应的逻辑“1”和“0”(485+电压低于485-,则为逻辑“1”,反之则为逻辑“0”),其接收器最小敏感度可以达到200mV。由于RS-485总线上的两条信号线传递方向相反,大小相同的电流,当噪音电压对其形成干扰的时候,往往都是同时施加于两条信号线路上,并且施加的效果一致,而由于接收器的输入电压为两根导线的差值,其在某一条导线上的噪声电压会被另外一条导线上的噪声电压相互抵消(比如485+上的电压为+1V,485-上的电压为-1V,差值为2V,当噪声电压影响他们使其电压都上升1V,那么485+的电压为+2V,485-的电压则为0V,其差值仍然为2V,这样噪声电压就被抵消了)。同样的道理,由于RS-485总线两根导线的取值是485+,485-的差值,不同节点的接地线的电平差值并不会对差分电路造成任何影响。

RS-485总线接线:485+,485-两条信号线应该在同一条双绞线中,并且互为双绞(比如采用网络作为485线路时,只能是蓝,蓝白或者绿,绿白这样连接,而不能绿,蓝),相互之间不能调换。在RS-485总线首尾各接一个120Ω电阻,成为一个60Ω并联终端电阻,当终端电阻等于电缆的特征阻抗时,可以削弱乃至消除信号的反射。RS-485连接方式可以分为半双工连接以及全双工连接,其连线的示意图如下:

半双工连接方式:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

全双工连接方式:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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