RS485通讯协议简介（共1篇）
1.RS485通讯协议简介 篇一
1 RS-485通讯特点
RS-485现场总线型技术自诞生至今, 由于RS-485具有物理连接方便、抗干扰能力强、传输距离远等特点, 采用这种通信可以方便地将许多设备组成一个控制网络。众所周知, 多年前在控制及测量领域, 集中控制系统占据主要地位, 其具有系统实时性强、扩展方便、稳定性高等优点。但它的缺点在于:需要将所有现场线缆联入控制室, 由此带来大量复杂的布线、接线工作, 也使现场维护以及故障诊断变得极为困难。随着智能仪表及控制设备的发展, 将所有的信号点通过一根通信电缆连接在一起的控制方式——RS485总线诞生给控制领域带来了新的希望。
2 现场监测控制设备演变过程及应用现状
2.1 测量仪表
仪表技术的发展大体经历了模拟式、数字式、智能化三个阶段。模拟仪表基本上都是磁电式或电磁式的模拟仪表, 甚至标准表都是回转式模拟仪表。这类仪表的特点是直观、易维修;不足之处是: (1) 测量精度低; (2) 可靠性差, 数值易失准。数字仪表通常是对模拟信号直接进行A/D转换、数字离散采样, 从原理上解决了精度等级问题。智能仪表将被测电压、电流信号通过输入电路变换为标准信号, 在仪表参数选择下实现显示及控制功能, 同时经RS485或RS232接口将各参量外传, 并接受来自键盘或上位机的指令以改变功能和测控模式。智能仪表体积小、精度高、功能多、智能化的特点, 使其在电力系统、工厂等各行业的应用迅速推开, 并有全面取代传统仪表的趋势。
2.2 数据智能采集模块
在工业测控系统中, 随着技术的不断发展, 数据采集I/0模块已得到了越来越广泛的应用。但这些I/0模块的输入输出通道和数据转换模式一般是固定的, 所以在测控系统必然会用到多个I/0模块, 这就要求在测控系统中要求用一台工控计算机同时与多个I/0模块实现数据传输。而在通信方式上RS-485通信接口被众多智能模块厂商广泛采用, 例如, 研华的ADAM系列、中泰RM系列等。
2.3 智能控制器及变频器
现在的工业自动控制系统中大量地采用了智能调节仪实现回路的调节控制, 而变频器的应用也越来越广泛。要实现对这些设备的集中数据采集及控制, 就要求这些设备具备数据通讯的功能。而这些设备就利用RS-485通信接口将多个智能仪表组成网络实现与工控计算机的数据通讯, 使得只占用很少工控机接口资源就可以管理尽可能多的设备。因为RS-485通信接口支持半双工通信方式, 所以只需采用1对 (2条) 平衡差分信号线就可以同时进行数据的发送和接收, 并支持多点连接, 允许创建多达32个节点的网络。这样所组成的工控设备网络就可将所有设备并联挂接在两条通信总线上, 极大地增强了网络组成的灵活性。如果要从网络中摘除 (或增加) 一个设备时, 只需将此设备从通信总线断开 (或接入) , 而不会影响到整个网络的结构及其他设备的正常工作。同时由于该通信接口可承受12～-7V的数据信号范围, 所以利用这种接口可实现较远距离的数据传输距离且抗干扰能力较强, 一般情况下采用这种通信接口的数据传输距离可达到1 200 m。当传输距离较长或通讯速率较高时, 在信号线的末端通常需要加上一个120Ω左右的终端电阻以改善其数据传输效果。
3 系统组成及控制原理
现在的测控系统一般都要求友好的人机界面, 即能够将现场的实时生产数据直观地显示在计算机屏幕上并能够在计算机上操作所有现场设备。但计算机的标准配置中通常只有RS-232通信接口, 若要实现RS-485网络与工控计算机的数据连接, 就要对RS-485协议进行转换或另外增加支持RS-485协议的通信接口卡。同时由于RS-485通信接口只是定义基本的物理层接口标准, 所以就需要开发人员编写程序来定义通讯数据格式, 完成对数据的打包及错误校验并最终实现数据的传输。下面结合我公司设计的隧道双窑计算机测控制系统加以具体说明。
3.1 测控制系统工艺要求
系统控制温度:20个风机均通控制相关测点温度实现手/自动控制
现场温度:40个
测温装置:热电偶K分度40支
风机设备功率
烟气风机:55 kW 2×1台控制预热带温度
助燃风机:11 kW 2×2台补充烧成带氧气, 并降低冷却带温度
抽热风机:11 k W 2×2台控制烧成带温度
快冷风机:30 k W 2×1台控制出窑产品温度
轴流风机:7.5 k W 2×4台干燥窑排潮
现场控制:紧急停止、检修、调试
控制室控制要求:计算机系统能进行PID控制、自动记录、查询、打印, 并完成报警输出。
系统保护及冗余:风机电机采用进口ABB变频器调速控制风量, 现场控制系统与控制室控制系统互为冗余。
计算机操作界面:计算机画面应具备现场模拟图、温度实时曲线图、历史趋势曲线图、数据查询、报警查询、自动记录及数据分析, 自动测控, 并完成报表打印功能。
3.2 系统组成
本窑的控制系统采用分散控制集中管理的方法, 既可在控制室内统一控制, 也可进行现场控制。该系统主要包括动力控制、热工控制、报警装置及安全保护系统。
为了保证隧道窑安全运行, 窑炉在控制设备的某一环节出现故障, 系统自动启动故障报警系统。在控制室和窑上面均设置有声光报警装置, 当监测到设备出现故障或温度过高过低时, 自动发出声光报警, 以便操作人员及时发现和处理故障。
3.2.1 风机系统
风机控制均采用进口ABB变频器调速控制风量, 改变以往电机满负荷运转, 靠调节风门执行器改变风量大小。在现场通过操作现场控制盒来完成对风机的操作。控制室通过计算机完成对电机的手自动控制。控制原理详见图1。
a.现场控制
现场每个电机旁安装现场控盒, 可以在现场急停, 启停, 调节电机速度以改变风量。现场通过控制盒本地和远程转换, 实现在本地和远程控制。无论现场还是本地控制, 急停具有优先控制权, 选择本地控制后通过调节现场控制盒上电位器, 来调节风机速度。选择远程控制后, 控制权交于控制室。电气控制元件采用ABB变频器和施耐德低压元, 并在每台动力柜顶上加装排风扇, 风扇根据柜温度自动进行开启和停止, 防止了柜内电气元件在温度过高时出现故障, 保证了系统运行的可靠性。
b.控制室控制
在控制室内, 通过操作台计算机完成对风机手/自动控制。计算机系统中可以监测温度、电机电流、转速及运行状况等信息。变频器通过RS485总线将数据传输至计算机实时进行测控, 当某电机出现故障或温度过高过低时计算机及时输出声光报警, 并将当前故障记录到报警系统中, 以便日后查询。计算机系统结构详见图2。
手动控制:选择手动控制, 通过调节计算机画面上调速器上下键来调节输出电流大小来控制电机转速, 并可通过画面显示电机速度、电流、运行状态等反馈值。
自动控制:选择自动, 计算机程序根据设定值与测量测的偏差, 进行PID运算, 输出控制电机转速, 并可通过画面显示电机相关反馈值及温度。
3.2.2 热工系统
本窑共设有20个控制回路, 对各控制点是进行独立控制, 20点均用于窑段对应调节单元的温度调节, 只需调节变频给定速度, 就可达到调节窑温的目的。如温度仍然过高只需人工在低点处少量投煤即可。
现场测温装置选择WRN-1200, ￠20K分度热电偶, 窑内伸入长度10 cm, 如果伸入过长, 窑车砖坯容易碰撞到热电偶, 过短则测温不准确。共设计现场测温装置K分度热电偶40支, 通过高温KCP补偿导线传输到多路温度巡检仪, 通过多路温度巡检仪RS485接口将数据传到RS-232/485信号转换器。由组态软件完成温度记录、查询、打印及自动控制。
3.2.3 投煤系统
由于煤矸石自身具有一定的发热量, 基本不需加煤, 所以本控制系统, 在投煤系统中, 设计为人工在窑顶上手动投煤, 并在烧成带现场加装四个测压装置并具现场显示功能, 确保投煤时的人身安全。
4 操作说明
计算机开机后, 点击运行后, 自动进入欢迎画面见图3。
管理员或工程师通过进入按钮后提示输入密码和验证密码, 如图4所示。
密码和验证码正确, 点击登录进入运行界面见图5。
这时可以根据需要进行相应的操作, 例如, 历史数据报警查询, 数据实时报表等, 见图6。
该计算机系统具有自我诊断、自我修复功能。当系统文件丢失或人工操作不当时, 系统自动弹出见图7。
这时, 工程师只需要输入指定用户名和密码, 系统就会进入自我修复系统, 无需人工操作, 修复后重新启动即可。
5 结束语
综上所述, 虽然RS-485通信被测控制系统越来越多的应用, 但它始终是一种串行通信, 使得其传输速率十分有限。另外由于其本身只是定义了物理层的接口标准, 通信数据的格式完全由软件编程决定, 这使得其设备兼容性比较差。因此在RS-485网络组成的测控系统中, 只能挂接一个厂家同一型号的仪表, 限制了网络的规模。当设备比较多时, 就不得不为每一种仪表或模块组建一个RS-485网络。RS-485通信接口以其易于实现、开发成本低、技术成熟、抗干扰能力强、传输距离远等优点仍具有很强的生命力, 实践证明, RS-485通信的测控系统特别适应中小型控制系统。
参考文献
[1]ACS510变频器用户手册[M], 北京ABB电气传动有限公司.
[2]组态王6.53手册[M], 北京亚控科技发展有限公司.