RS485总线在数据采集系统中的应用.pdf

第 4期 2 0 0 6年 8月 工矿 自 动 化 I nd us t r y a nd M i ne Au t o mat i o n NO ．4 Au g ． 2 0 0 6 文章 编号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 0 6 0 4 0 0 7 5 0 2 R S 4 8 5总线在数据采集系统中的应用 孙 云霄 ， 陈 颖 中国矿业大学信电学院 ， 江苏 徐州 2 2 1 0 0 8 摘要 介 绍 了 R S 4 8 5总线 网络在 泵站 水文数 据 采集 系统 中的一 个 应 用 实例 ， 着 重讲 述 了 R S 4 8 5串 口通 信 总 线及半 双工 的工作 方 式 ， 并探 讨 了 R S 4 8 5总线 网络 的通信 冲 突 问题 ， 提 出了问题 的解决 办 法。 关 键词 泵站 ； 数 据采 集 ；水 文数据 ； R S 4 8 5 中图分 类号 T P 3 3 6 T V 6 7 5 文献标 识码 B 0引言 突问题 。 现场总线和智能仪表 的出现标志着工业控制领 域进入了网络时代 ， 迅速成 为了工业控制 的主流 。 目前 国 际 上 正在 使 用 的 现 场 总线 名 目繁 多 ， 如 P R OF I B US 、 I NTE R B US 、 C AN 总线 ， 但 是其 系统 造价相对过高 ， 不太适用 于中小型系统 的应用。而 R S 4 8 5串行通信总线 以构造简单、 技术成熟 、 造价低 廉 、 便于维护等特点广泛应用于工业控制 、 仪器 、 仪 表 、 机电一体化产品等诸多领域。尤其在数据通信 、 计算机网络以及工业分布式控制系统 中， 经常需要 采用串行通信来实现远程信息交换 。本文中即介绍 R S 4 8 5总线在塘沽泵站水文数据采集系统的应用。 1 R S 4 8 5总 线简 介 R S 4 8 5协 议 的技 术 指 标 传 输 速 率 最 大 为 1 0 Mb p s ； 最大距离为 1 2 0 0 r r l ； 高阻抗、 抗噪声差分 有补偿线 传输 ； 最高为 3 2个节点； 并行连接节点， 单组双绞线电缆上的双向主从通信。 R S 4 8 5总线 以双 绞 线 为 物理 介 质 ， 通 常 工 作 在 半双工通信状态， 即在同一时刻， 总线上只能有 1 个 节 点为 主节点 且处 于 发 送 状态 ， 其 它所 有 节 点 必 须 处 于接 收状 态 。如 果 同一时刻 有 2个 以上 的节点 处 于发送状态将导致所有发送方的数据发送失败， 即 所谓总线冲突 。为 了避免总线 冲突 ， R S 4 8 5总线一 般工作在主从模式下。整个通信总线系统 由 1 个 主 节点 、 若 干个从 节 点组 成 ， 按 照 轮 循 的 方 式 ， 主 节 点 依 次和从 节点 通信 ， 这样 就解 决 了 RS 4 8 5总线 的 冲 收 稿 日期 2 0 0 6 一O 4 1 1 作者简介 孙云霄 1 9 8 1 一 ， 男， 硕士 ， 研究方向为控制理论与控 制工程 。 2 R S 4 8 5总 线在 系统 中的应 用 2 ． 1 上位机与智能仪表通信 系统 天津塘沽引潮泵站是塘沽区城市供水重点工程 之 一 。在整个 泵站 的监 控 系统 中 ， 水 文数 据 采 集 只 是其中的一部分 ， 主要作用是采集干渠的水文数据 ， 作为泵站运行 的参考和控制数据 。 在该水 文数 据 采 集 系统 中 ， RS 4 8 5构 成 方 式 为 主从结构串行通信系统， 即从机不 主动发送命令或 数据 ， 一切由主机控制。系统的主机为上位机。 多个 从机为干渠的 3块智能仪表， 分别测量 和显示干渠 水位、 干渠流量和干渠水质。系统通信结构图如图 1 所示 。 图 1 RS 4 8 5系 统 通 信 结 构 图 上 位机 软件是 用 Vi s u a l B a s i c 语 言 编 写 的通 信 程序 ， 按照通信协议向仪表发送命令， 仪表在接到命 令后进行各种操作 ， 如返回上位机需要的数据或仪 表参数和数据显示 的调 整。上位 机使 用轮循的方 式 ， 在 1 个周期 内先后访 问 3块仪 表， 次序 为水位 计 、 流量计、 水质仪。 3块仪表的通信 协议类 似， 以水位仪 表 为例 。 上位机索求数据命令格式 起始符地址 O 1 命 令 R 0 结 束 符 回车 ； 水 位 仪表 返 回数据 的格 式 起 始符 地 址符 O 1 数 据 校验 码 结 束 符 回车 。 2 ． 2 R S 4 8 5总线 冲 突问题 及 其解 决 本例为一典型的主从式 R S 4 8 5通信 网络， 上位 机采用轮循的方式依次与 3块智能仪表通信 ， 得 到 维普资讯 7 6 工矿 自动化 2 0 0 6年 8月 所需要的数据。流量 计传感器测量 的是干渠 的流 速 ， 然后和水位计通信以得到水位值 ， 根据一定的公 式计算出流量 ， 因此流量计需要和水位计通信 。按 照原设计 ， 水位计通过 4 ～2 0 mA模拟量通道将水 位输 出到流 量 仪表 ， 系统理论 结 构 图如 图 2所示 。 图 2系统 理 论 结 构 图 但是由于协调不周的关 系， 水位计厂家没有预 留 4 ～2 0 mA模 拟量通道， 只有 R S 4 8 5通信接 口。 这就要求流量计需要通过 R S 4 8 5网络和水位计通 信 ， 流 量 计 为 主 机 ， 水 位 计 为 从 机 。但 是 在 1个 R S 4 8 5网络里 只能 有 1个 主机 ， 在 本 系 统 中就 是 上 位机。RS 4 8 5网络 中如果 同时存在 2个主机 ， 一旦 2个 主机 同时处 于发 送 状 态 ， 那 么在 R S 4 8 5网 络里 就会产 生 冲突 ， 则 上 位 机 和流 量 计 都接 收 不 到 正 确 的数据 。为了解决该冲突问题 ， 尝试了多种方法 。 1 上位 机 、 流量计 采集频 率 不 同法 既然是在 2个主机同时处于发送状态的时候才 会发生通信冲突 ， 因此尝试改变上位机采集数据 以 及流量计采集水位值 的频率， 让 2个主机 的采集频 率 不 同 ， 从 而不会 在 同一 时 间处 于发 送 状态 。在 尝 试上位机和流量计采集频率分别为 6 s 和 5 S以及 9 s 和 7 s 时 ， 运 行结 果显 示 ， 数 据仍然 不准 确 。又 因 为在 1 个周期内， 上位机要完成 3次通信过程 ， 所以 采 用这2种 采集 周期 R S 4 8 5总线仍 然存在 冲突 。如 果再增大采集周期 ， 总线冲突的几率就会减小 ， 但是 通信的实时性就降低了， 而且冲突依然存在 ， 并不能 完全避免。因此依靠调整采集周期 的做法行不通 。 2 水位计一上位机一流量计法 由于上位机和流量仪表都需要水位值 ， 因此可 以让上位机先和水位计通信得到水位值 ， 然后将这 个水位值加入到发送给流量计的命令 中。这样， 流 量计根据协议就 可以从 上位机命令 中提取出水位 值 ， 经过计算得出流量值 ， 再发送给上位机。这样在 该 RS 4 8 5总线 网 络 里 ， 只有 上 位 机 作 为 主 机 ， 其 它 的 3 块智能仪表都作 为从 机 ， 进而实现正常通 信 ， 避免了总线冲突。通信过程如图 3所示。 ①命令 ③ 命令 水位值 ②水位值 ④流量值 图 3 解决 冲突方法 1 但上述方法 中， 由于流量计所需要的水位值是 上位机获得水位值之后传送给流量计的， 这样一方 面增大了编程 的难度 ， 另一方面 由于传输路径复杂 化 ， 也导致数据的可靠性降低 。 3 上位 机水 位计一 流量 计法 上位机在向某一个仪表发送命令的时候 ， 其它 的 2块仪表也同时会接到这个命令 ， 不过每块仪表 只接收符合 自己协议 的命令 。同样 ， 某一块仪表在 向上位 机返 回所采 集 的数 据 时 ， 其 它 2块 仪 表 和 上 位机一样都能收到 网络 中的数据 。根据 R S 4 8 5这 种类似广播网的特性 ， 解决上述 RS 4 8 5总线通信 冲 突 的问题 ， 可 以采 取 下 面 的方 法 更 改 流 量 计 的协 议 ， 使得流量仪表能够识别并获取水位仪表发送 的 水位数据。这样在上位机 向水位仪表发送索求数据 命令①后 ， 水位仪表返回数据 ， 在上位机得到水位数 据② 的同 时 ， 流量 仪表 也得 到 了水 位数 据② ， 并通 过 计算得 出流量值 ， 等到上位机发送索求命令③后 ， 流 量仪表返 回流量值④ 。通信过程如图 4所示。这样 就有效地解决了冲突的问题， 而且没有增加软 、 硬件 的成 本 。 由于上位 机 的采 集周期 为 3 s ， 因此计 算流 量的水位值是 1 s 前 的水位值 ， 在这种水文数据采 集系统中， 完全能够满足实时性要求 。 图 4 冲突解 决方法 2 3结语 利用 R S 4 8 5总线网络来实现小型通信系统， 构 造简单 、 成本较低 、 技术成熟。本文实例中对于设计 的不足， 巧妙地利用 R S 4 8 5的通信特点实现了正常 的通信。系统经过长期运行 ， 十分稳定 。 欢 迎 订 阅 欢 迎 投 稿 欢 迎 -T IJ登 广 告 维普资讯