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RS485与以太网:工业中最常用的是哪一种?
2022-11-08


虽然以太网是多种设备中最常用的通信协议,从消费类小工具到工业设备,但通常被称为RS485的TIA/EIA485仍然广泛用于工业设备,即使它比以太网更早。让我们看看为什么它仍在使用中,以及为什么在联网设备中,我们决定将它用作我们设备的标准通信协议。

许多人在处理通信标准时经常感到困惑。通常,诸如“RS485”、“USB”和“以太网”之类的术语可以互换,就好像它们可以互换并完成相同的工作一样。但实际上,RS485标准只是一个物理层标准。它定义了发射器和接收器的电气特性。最重要的是,必须使用应用层来处理设备地址、校验和、数据包冲突、主/从拓扑、帧结构等。在以太网和USB的情况下,这些协议定义了物理层和应用层在他们的通信标准中。

假如人类的声音用作发射器,将耳朵用作接收器。这是我们的物理层,我们传输信息的方式。在我们的数字时代,物理层的另一个例子也可以是传输我们信息的SMS。从我们的角度来看,它仍然是一个物理层。就人类而言,应用层是语言。这就是我们组织信息的方式。它们有数百个,即使它们使用相同的物理层,它们也不一定兼容。


为什么RS485在以太网中幸存

以太网(IEEE 802.3)是当今使用最广泛的网络协议。它也是一种串行通信标准。由于它被用于许多现代网络,问题是为什么它没有取代RS485及其其他变体(RS232、RS422)。

在比较RS485和以太网时,RS485设计用于主/从拓扑。在这个系统中,主站轮询每个从站,等待响应,然后轮询下一个从站。这通过避免数据包的冲突允许确定性行为。然而,以太网没有避免数据包冲突的内置方法。在过程控制或机器人控制等应用中,对我们而言,确定性行为是强制性的,而通信速度通常足够高。以较低速度进行通信还具有对工业环境中存在的噪音更具弹性的优势。

RS485标准

RS485能够在半双工多点配置中支持多达 32 个驱动器和多达 32 个接收器。接收器输入灵敏度为 ±200mV,这意味着要识别 1 或 0 位,接收器必须看到 +200mV 和 -200mV 之间的信号电平。最小接收器输入阻抗为12kΩ,驱动器输出电压最小为±1.5V,最大为±5V。这是一个多点 RS-485 总线的示例。

电缆长度

当数据速率低于 100k bps 时,RS485 的传输距离可达 1200m(4000 英尺)。在更高的数据速率下,必须减少电缆长度。

长电缆可以充当传输线,在这种情况下,应注意正确连接网络。

网络拓扑结构

网络拓扑决定了设备连接在一起的方式。在这些可能性中,RS485 的最佳网络拓扑是菊花链(或线),因为这种拓扑对信号完整性的影响最小。总线拓扑(使用 stub 的主干)是可以的,但是随着每个 stub 的长度增加,由于通信线路上的信号失真,可以传输的最大数据速率会降低。

双绞线电缆

为 RS485 使用双绞线有助于减少电磁干扰。双绞线允许线路上的噪声在两条线上等效。噪声仍然存在,但由于接收器查看两个信号之间的差异,因此该差异不受噪声影响,因此接收器可以准确地在最后重新建立原始信号。

终端电阻

端接电缆是在电缆两端的差分线上添加一个电阻器的操作。这样做的目的是减少或消除阻抗不匹配引起的线路上的反射系数。RS-485 标准中的电阻定义为 120 欧姆。这种反射会导致接收器输入端出现干扰,进而影响信号完整性。这种现象与数据速率和电缆长度密切相关。因此,在某些使用低数据速率和短电缆的情况下,RS-485 可以在没有终端电阻的情况下工作。但作为预防措施并避免任何问题,应始终使用电阻器。

RS485的使用率更高,主要是因为它抗噪、简单且有效。它也是工业设备中广泛使用的协议,这意味着可以在网络上轻松找到资源。Modbus RTU 用作通信协议。这些设备有一个终端电阻,可以通过我们提供的用户界面软件轻松激活。此外,支持许多其他工业协议,例如:Ethernet/IP、TCP/IP、DeviceNet、CANopen 和 EtherCAT。