基于RS-485總線的小型集散系統(tǒng)設計

　　1.前言

　　集散控制系統(tǒng)是一種價格昂貴的自動化控制裝置，國內外集散系統(tǒng)制造公司，在生產(chǎn)大型集散系統(tǒng)的同時，都推出了同系列的小型集散系統(tǒng)，即使這樣，其價格對國內小企業(yè)而言仍然偏高。我們從我國中小企業(yè)的實際情況出發(fā)，以個人計算機做操作站，通過RS-485總線與多臺DCS基本控制器組成了一種簡易集散系統(tǒng)，經(jīng)濟實用。
　　
　　2.系統(tǒng)的組成及其框圖

　　整個系統(tǒng)包括一臺PC或者IPC作為操作站用于組態(tài)、實時監(jiān)控，多個DCS基本控制器（最多32個）負責現(xiàn)場控制，操作站和基本控制器之間通訊采用RS-485總線標準。系統(tǒng)結構如圖1 所示。操作站可選用帶有RS－485串行通信接口工控機，或者選用一般PC機，但要在RS-232接口上增加一個RS-232/RS-485接口轉換器。我們采用AtrONix的ADC-106接口轉換器可將RS-232C串行口的數(shù)據(jù)發(fā)送（TD）和數(shù)據(jù)接收（RD）信號轉換成兩線平衡的半雙工RS-485信號。每個控制器也配有相應的RS－485接口，我們采用MAXIM的MAX485收發(fā)器。

　　3．系統(tǒng)通信
　　3．1 通信網(wǎng)絡的硬件構成
　　3．1．1 RS-485簡介及系統(tǒng)連接圖

　　整個系統(tǒng)采用的RS-485總線標準進行數(shù)據(jù)傳輸。RS—485總線速度快（最大10MB/S）,傳送距離遠（90KB/S下可傳1200米）, 以差分平衡方式傳輸信號，具有很強的抗共模干擾的能力，允許一對雙絞線上一個發(fā)送器驅動多個負載設備。因此工業(yè)現(xiàn)場控制系統(tǒng)中一般采用該總線標準進行數(shù)據(jù)傳輸。通信網(wǎng)絡各節(jié)點均帶有RS－485串行通信接口。在總線末端接一個匹配電阻，吸收總線上的反射信號，保證正常傳輸信號干凈、無毛刺。匹配電阻的取值應該與總線的特性阻抗相當（120歐）。整個通信系統(tǒng)具體連接如圖2。
　　

圖2 通信網(wǎng)絡連接圖

　　3．1．2 ADC-106接口轉換器介紹

　　該轉換器可直接插入標準的DB9針RS-232C串口，并從其中的TXD、DTR、RTS信號供電、并且供電信號電平應大于+5V、RS-485接口端通過自制DB9孔連接器連接。

　　3．1．3 MAX485收發(fā)器介紹

　　基本控制器的網(wǎng)絡接口均采用了MAXIM公司的半雙工485總線收發(fā)器MAX485。其控制十分簡單，RE為接受控制端，DE為發(fā)送控制端。用80C196KC的一個輸出口P1.0與兩個控制端相連，平時置P1.0為低，使控制器串口處于偵聽狀態(tài)，當要發(fā)送數(shù)據(jù)時使P1.0為高。收發(fā)器的網(wǎng)絡連接，如圖3。
　　

圖3 MAX485連接示意圖

　　3．2 網(wǎng)絡通信協(xié)議

　　PC與各下位機實行嚴格的廣播式的主從通信方式。從機不主動發(fā)送命令或數(shù)據(jù)，一切都由主機控制。從機之間通信不能直接進行，而必須由主機中轉。數(shù)據(jù)通信波特率為9600b/s。每個控制器都有唯一的地址號，此地址號唯一區(qū)別各控制器。幀格式為8位數(shù)據(jù)位，無奇偶校驗位，1位停止位。 數(shù)據(jù)格式采用數(shù)據(jù)包的形式，數(shù)據(jù)包格式如下：
　　

　　PC(或IPC)通過RS－485網(wǎng)絡廣播自己所要求的下位機地址，所有下位機都收聽廣播，記下廣播地址。各下位機把收到的地址與自己的地址進行比較，地址相同的下位機為被選中的下位機，其余下位機皆為未選中的下位機，暫時從網(wǎng)絡上隔離。網(wǎng)絡上只剩下主機與選中的下位機，按主從式雙機的通信過程進行通信。下位機通信流程如下：