485总线布线规范
RS-485总线由于其支持设备广泛,设计结构简单,布线成本低廉,抗干扰能力强,在工业现场数据通信领域得到了极其广泛使用,但是在现场施工需要注意若干事项,防止出现相关问题,避免后期的维护成本增加。
拓扑结构问题:RS-485总线规范规定,RS-485总线需要按照总线式拓扑结构布线,在总线连接上要采用菊花链手牵手方式布线,就等于是要求从主机开始,下面的从设备用RS-485总线像人与人握手相连一样连接在一起,等于是采用一条RS-485总线将所有485设备链接在一起。但是在工业现场中,相应的RS-485设备分布并不一定呈现出线性分布情况,也有可能是网格状或者散乱的分布在现场,如果采用手牵手菊花链方式连接,布线会非常复杂且耗费线材增加成本,所以很多时候人们会采用星型拓扑结构或者树形拓扑结构布线,但是不经过相应设备(星型拓扑结构需要485集线器,树形拓扑结构需要485中继器,相关拓扑结构可以参阅RS-485总线几种拓扑结构)则会出现通信不稳定的情况。所以RS-485总线布线一定需要按照手牵手菊花链方式拓扑结构连接,如果需要连接星型拓扑结构或者树形拓扑结构,则需要借助相应设备。
RS-485总线接地问题:在RS-485总线布线规范中,要求RS-485总线单点可靠接地,也就是说整个RS-485总线有且仅有一个点接地,但是必须是可靠接地。可靠接地其实有两个意思:1.接地的地电平较为稳定,一般建议接在主机上面或者计算机的地线上。2.整条总线的地线必须保证有可靠的连接,而在现场施工情况下,这点很容易被忽略,一般而言,由于RS-485总线采用的是手牵手连接方式,一般都是将线材剪断与485设备连接(相关页面可以参考RS-485总线几种拓扑结构相关图示),而大家一般都是采用屏蔽层线路作为地线,但是在做接地的时候,大多数人都不会将屏蔽层做连接,那实际而言,屏蔽层是分成了很多段且相互之间是没有良好连接的,这样的地线接地其实可能会适得其反的。所以一旦接地就必须将地线做良好的连接且单点可靠接地,否则宁可不接地。
线材问题:在RS-485总线布线规范中,要求485+,485-两根导线要互为双绞,且需要带有屏蔽层保护信号线不被外部环境干扰。在现场施工中,由于网线使用非常广泛,很多人采用网线作为485通信线路的线材,由于网线有八根线且单根的线径较细,采用网线作为RS-485总线的线材存在一定的浪费且通信质量不能得到保障。建议采用专用的屏蔽双绞线做为RS-485线路的线材,推荐采用0.5毫米以上线径的线材。另外,需要采购纯铜的线材,因为现在市场上的线材鱼龙混杂,很多奸商利用铁铝合金外层镀铜冒充铜线出售,这些合金线材容易折断且电阻大,对于通信质量有很大的影响,先提供一个鉴别的小窍门:将线材截断之后,对着光线看,如果截断面为铜色,则应该为纯铜线,如果为银白色,那就肯定是劣质线材,建议不要采购。
通信距离问题:RS-485总线规范标准表明,RS-485总线在通信速率110Kbps的情况下,其通信距离可以达到1200米。但是这个是在理想状态下测定的,RS-485通信距离还受总线负载情况,外部干扰情况以及线材的优劣是相关因素。通信距离与通信线材线径粗细优劣,负载数量以及通信速率成反比,当通信速率越高,负载数量越多以及通信线材越细,RS-485总线的通信距离就越短。如果需要延长RS-485总线通信距离,可以通过增加485中继器或者通过相应的设备转换为网络线路(利用串口服务器的串口转网络功能)或者光纤线路(利用光纤Modem的串口转光纤功能)进行远距离传输。
RS-485总线负载问题:在485总线标准中,RS-485总线的负载能力是32个单位,现有的普通485芯片负载能力一般是32个,但是最新的芯片负载能力可以达到128单位,最高可以达到400单位。所以一个485网络中的485设备数量并不一定是限制在32单位之内,其网络的最大数量是由标识485设备的地址占用的字节长度有关,而485网络的单条485总线的芯片相关,但是可以通过485集线器扩展出多条485总线来增加485网络的负载数量。建议在一条485总线上的负载数量不要超过30台485设备,因为RS-485总线上的设备一旦出现问题(如短路),就有可能会导致整个485线路上的所有设备都不能正常工作,将单条总线上的设备数量减少,可以有效的降低故障率,比如假定设备无差错的概率为99.9%,当总线上有128个设备的时候,其无差错的概率为99.9%的128次方,其整条总线无差错概率为87.98%,而通过四路的485集线器将其分割为四路单独的485总线,那每条总线的无差错概率则为99.9%的32次方,其单条总线的出错概率为96.85%,通过将大的485总线进行分割,可以有效的增强485总线的稳定性。
电阻问题:RS-485总线一般都是使用屏蔽双绞线作为通信线材,由于使用的线材质量不一,有可能造成阻抗不匹配,导致数据通信不稳定。在此建议使用120欧姆电阻匹配阻抗,保证通信稳定性。120欧姆电阻的接线方式是在RS-485总线上首尾各接一个120欧姆电阻,电阻并联在485+,485-上。提请注意的是:由于并接120欧姆电阻会导致整个RS-485总线负载能力降低,只有在阻抗不匹配的情况下才考虑并接120欧姆电阻,即一般在排除其他通信不稳定的因素下,才考虑并接电阻。