数据通信时,按同时传送的数据位数来分可以分为并行通信与串行通信。通常根据信息传送的距离决定采用哪种通信方式。
1)并行通信——通信时各数据位同时发送或接收。并行通信的优点是传送速度快,但由于一个并行数据有n位二进制数,需要n根传送线,所以常用于近距离的通信,在远距离传送的情况下,通信线路复杂、成本高。
2)串行通信——所传送数据按顺序一位一位地发送或接收。串行通信的突出优点是仅需一根或两根传送线。在长距离传送时,通信线路简单、成本低,但与并行通信相比,传送速度慢,故常用于长距离传送且对速度要求不高的场合。近年来串行通信技术有了很大的发展,通信速率甚至可达到Mbit/s的数量级,因此串行通信技术在分布式控制系统中得到了广泛应用。
2.串行通信数据传送特点
在通信线路上按照数据传送的方向可以划分为单工、半双工和全双工通信方式,其各自特点见表6-1。
表6-1 数据通信方式
3.串行通信接口标准
(1)RS-232C串行接口标准
1)RS-232C电平结构。RS-232C的每个脚线的信号规定和电平规定都是标准化的,RS-232C采用负逻辑电平,规定了DC15~-3V为逻辑1,DC3~15V为逻辑0,如图6-1所示。
根据RS-232C通信接口的电气特性可知,其信号电平与通常的TTL电平不兼容,所以要外加电路实现电平转换。
目前RS-232C是在PC以及通信工业中应用最广泛的一种串行接口标准。RS-232C被定义为一种低速率串行通信的单端标准。RS-232C采用非平衡数据传输(Unbalanced Data Transmission)方式,这种方式以一根信号线相对于接地信号线的电压来表示一个逻辑状态Mark或Space,图6-2所示为RS-232C典型的连接方式。
图6-1 RS-232C逻辑电平图
图6-2 RS-232C典型的连接方式
2)RS-232C的特点。RS-232C采用全双工传输模式,具有各自独立的传送(TD)及接收(RD)信号线与一根接地信号线。
在通信距离较近、波特率要求不高的场合可以直接采用RS-232C通信接口标准,既简单又方便。但是,由于RS-232C接口采用单端发送、单端接收,所以在使用中具有数据通信速率低、通信距离近、抗共模干扰能力差等缺点。RS-232C接口标准出现较早,其不足之处主要有以下几点:
①接口的信号电平值较高,易损坏接口电路的芯片。
②传输速率较低,在异步传输时,波特率为20kbit/s。
③接口使用一根信号线和一根信号返回线构成共地的传输形式,这种共地传输容易产生共模干扰,所以抗噪声干扰性弱,当波特率提高,其抗干扰能力会大幅降低。
④传输距离有限。
(2)RS-422串行接口标准
RS-422串行接口标准与RS-232不一样,数据信号采用差分传输方式,也称作平衡传输,它使用一对双绞线,将其中一线定义为A,另一线定义为B,通常情况下,发送驱动器A、B之间的正电平在2~6V,是一个逻辑状态,负电平在-6~-2V,是另一个逻辑状态,RS-422逻辑电平如图6-3所示。
采用RS-422传输方式其最大传输距离为1219m,最大传输速率为10Mbit/s,其平衡双绞线的长度与传输速率成反比,速率在100kbit/s以下,才可能达到最大传输距离,只有在很短的距离下才能获得最高传输速率。一般100m长的双绞线上能获得的最大传输速率仅为1Mbit/s。RS-422需要一个终接电阻,要求其阻值约等于传输电缆的特性阻抗。在短距离传输时可不需终接电阻,即在300m以下一般不需终接电阻。终接电阻接在传输电缆的最远端。
图6-3 RS-422逻辑电平
(3)RS-485串行接口标准
由于RS-485是在RS-422基础上发展而来的,所以RS-485的许多电气规定与RS-422相仿。如都采用平衡传输方式、都需要在传输线上接终接电阻等。RS-485可以采用两线或四线方式,见表6-2。两线制可实现真正的多点双向通信,其中的使能信号控制数据的发送或接收。
表6-2 RS-485引脚说明
1)RS-485的电气特性。以两线间的电压差为2~6V表示逻辑“1”;以两线间的电压差为-6~-2V表示逻辑“0”,RS-485的最高数据传输速率为10Mbit/s,RS-485接口采用平衡驱动器和差分接收器的组合,抗共模干扰能力增强,即抗噪声干扰性好。
2)RS-485的特点。采用RS-485传输方式,其最大传输距离标准值为1219m,实际上可达3000m,另外RS-232接口在总线上只允许连接1个收发器,即只具有单站能力,而RS-485接口在总线上允许连接多达128个收发器,即具有多站能力,这样用户可以利用单一的RS-485接口方便地建立起设备网络。因RS-485接口具有良好的抗噪声干扰性、较长的传输距离和多站能力等优点,故使其成为首选的串行接口。因为RS-485接口组成的半双工网络一般只需两根连接线,所以RS-485接口均采用屏蔽双绞线进行数据传输。
3)RS-422A和RS-485及其应用。RS-485实际上是RS-422A的变形,它与RS-422A的不同点在于RS-422A为全双工,RS-485为半双工,RS-422A采用两对平衡差分信号线,而RS-485只需其中一对。RS-485在多站互联中应用是十分方便的,这是它的明显优点。在点对点远程通信时,其电气连线如图6-4所示,这个电路可以构成RS-422A串行接口(按图中虚线连接),也可以构成RS-485串行接口(按图中实线连接),RS-485串行接口在PLC局域网中的应用也很普遍。
由于RS-485互联网络采用半双工通信方式,故某一时刻两个站中只有一个站可以发送数据,而另一个站只能接收数据,因此,发送电路必须有使能信号加以控制。(www.xing528.com)
图6-4 RS-422A/RS-485互联方案
RS-485串行接口用于多站互联非常方便,可以节省昂贵的信号线,
还可以进行高速远距离数据传送,因
此将站点联网构成分布式控制系统非常方便。为了更好地理解以上几种通信方式,表6-3中进行了相关比较。
表6-3 三种通信接口特点比较表
4.FX系列可编程通信接口模块
(1)FX2N-232-BD通信接口模块
用于RS-232C的通信板FX2N-232-BD(以下称之为“232BD”)可连接到FX2N系列可编程序控制器的主单元,并可作为下述应用的端口。
1)在RS-232C设备之间进行数据传输,如PC、条形码阅读机和打印机。
2)在RS-232C设备之间使用专用协议进行数据传输。关于专用协议的细节,可参考FX-485PC-IF用户手册。
3)连接带有RS-232编程器、触摸屏等标准外部设备;当232BD用于上述1)和2)应用时,通信格式包括波特率、校验方式和数据长度,由参数或FX2N可编程序控制器的特殊数据寄存器D8120进行设置。
4)一个基本单元只可连接一个232BD。相应地,232BD不能和FX2N-485-BD或FX2N-422-BD一起使用。实际应用中,当需要两个或多个RS-232C单元连接在一起使用时,可使用与RS-232C通信的特殊模块。232BD通信接口模块主要性能参数见表6-4。
表6-4 232BD主要性能参数
232BD通信扩展板9芯连接器的插脚布置、输入/输出信号连接名称与含义与标准RS-232C接口基本相同,但接口无RS、CS连接信号,具体信号名称、代号与意义见表6-5。
表6-5 232BD通信扩展板9芯连接器信号名称、代号与意义
(2)FX2N-485-BD通信接口模块
1)FX2N-485-BD通信模块功能。FX2N-485-BD通信模块如图6-5所示。用于RS-485的通信板FX2N-485-BD(以下称之为“485BD”)可连接到FX2N系列可编程序控制器的基本单元,可用于下述应用:
图6-5 FX2N-485-BD通信接口模块
①使用无协议的数据传送:使用无协议,通过RS-485(RS-422)转换器,可在各种带有RS-232C单元的设备之间进行数据通信,如PC、条形码阅读机和打印机。
②使用专用协议的数据传送:使用专用协议,可在1∶N基础上通过RS-485(RS-422)进行数据传输。
③使用并行连接的数据传输通过FX系列可编程序控制器,可在1∶1基础上对100个辅助继电器和10个数据寄存器进行数据传输。
④使用N∶N网络的数据传输通过FX系列可编程序控制器,可在N∶N基础上进行数据传输。
2)系统配置:
①无协议或专用协议:在系统中使用485BD时,整个系统的扩展距离为50m(不用485BD时,最大距离为500m);使用专用协议时,最多可连接16个站,包括A系列的可编程序控制器。
②并行连接:在系统中使用485BD时,整个系统的扩展距离为50m(不用扩展时最大距离为500m)但是,当系统中使用FX2-40AW时,此距离为10m。
③N∶N网络连接:当系统中使用485BD时,整个系统的扩展距离为50m(最大距离为500m),最多可连接8个站。
3)485BD特性见表6-6。
表6-6 485BD特性
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