基于RS-485总线的小型集散系统设计

　　1.前言

　　集散控制系统是一种价格昂贵的自动化控制装置，国内外集散系统制造公司，在生产大型集散系统的同时，都推出了同系列的小型集散系统，即使这样，其价格对国内小企业而言仍然偏高。我们从我国中小企业的实际情况出发，以个人计算机做操作站，通过RS-485总线与多台DCS基本控制器组成了一种简易集散系统，经济实用。
　　
　　2.系统的组成及其框图

　　整个系统包括一台PC或者IPC作为操作站用于组态、实时监控，多个DCS基本控制器（最多32个）负责现场控制，操作站和基本控制器之间通讯采用RS-485总线标准。系统结构如图1 所示。操作站可选用带有RS－485串行通信接口工控机，或者选用一般PC机，但要在RS-232接口上增加一个RS-232/RS-485接口转换器。我们采用AtrONix的ADC-106接口转换器可将RS-232C串行口的数据发送（TD）和数据接收（RD）信号转换成两线平衡的半双工RS-485信号。每个控制器也配有相应的RS－485接口，我们采用MAXIM的MAX485收发器。

　　3．系统通信
　　3．1 通信网络的硬件构成
　　3．1．1 RS-485简介及系统连接图

　　整个系统采用的RS-485总线标准进行数据传输。RS—485总线速度快（最大10MB/S）,传送距离远（90KB/S下可传1200米）, 以差分平衡方式传输信号，具有很强的抗共模干扰的能力，允许一对双绞线上一个发送器驱动多个负载设备。因此工业现场控制系统中一般采用该总线标准进行数据传输。通信网络各节点均带有RS－485串行通信接口。在总线末端接一个匹配电阻，吸收总线上的反射信号，保证正常传输信号干净、无毛刺。匹配电阻的取值应该与总线的特性阻抗相当（120欧）。整个通信系统具体连接如图2。
　　

图2 通信网络连接图

　　3．1．2 ADC-106接口转换器介绍

　　该转换器可直接插入标准的DB9针RS-232C串口，并从其中的TXD、DTR、RTS信号供电、并且供电信号电平应大于+5V、RS-485接口端通过自制DB9孔连接器连接。

　　3．1．3 MAX485收发器介绍

　　基本控制器的网络接口均采用了MAXIM公司的半双工485总线收发器MAX485。其控制十分简单，RE为接受控制端，DE为发送控制端。用80C196KC的一个输出口P1.0与两个控制端相连，平时置P1.0为低，使控制器串口处于侦听状态，当要发送数据时使P1.0为高。收发器的网络连接，如图3。
　　

图3 MAX485连接示意图

　　3．2 网络通信协议

　　PC与各下位机实行严格的广播式的主从通信方式。从机不主动发送命令或数据，一切都由主机控制。从机之间通信不能直接进行，而必须由主机中转。数据通信波特率为9600b/s。每个控制器都有唯一的地址号，此地址号唯一区别各控制器。帧格式为8位数据位，无奇偶校验位，1位停止位。 数据格式采用数据包的形式，数据包格式如下：
　　

　　PC(或IPC)通过RS－485网络广播自己所要求的下位机地址，所有下位机都收听广播，记下广播地址。各下位机把收到的地址与自己的地址进行比较，地址相同的下位机为被选中的下位机，其余下位机皆为未选中的下位机，暂时从网络上隔离。网络上只剩下主机与选中的下位机，按主从式双机的通信过程进行通信。下位机通信流程如下：