Оптимизация на експлоатационните възможности на комуникационен интерфейс RS485

Серийният интерфейс RS-485 обикновено намира приложение при изграждане на промишлени мрежи, които предават малки блокове информация на дълги разстояния. Използва балансирана двупроводна линия за предаване на информация в полудуплексен режим (half-duplex) и може да поддържа до 32 възела (драйвери и приемници) в двупосочна мрежа.

При използване на драйвери с повишена мощност могат да се включат до 256 възела. Мрежовите възли могат да бъдат персонални компютри, микроконтролери и всякакви други устройства, способни на асинхронна серийна комуникация.

При скорост на обмен 9600 bit/s се гарантира надеждно пренасяне на информация на разстояние 1200 м, а при по-малки разстояния, в зависимост от тяхната конкретна големина и параметрите на линията за връзка, скоростта на обмен може да достигне до 10 Mbit/s. За повече възли и по-големи разстояния могат да се използват повторители, които регенерират сигналите.

RS-485 или Ethernet
RS-485 и Ethernet са два широко разпространени комуникационни интерфейси, използвани в системи за събиране и управление на данни за промишлени приложения. Входно-изходните Ethernet модули са смятани за по-усъвършенствани, докато I/O устройствата с RS485 интерфейс обикновено са достатъчно решение за системните интегратори, разполагащи с ограничен бюджет.

Най-големият недостатък на използването на отдалечени RS485 I/O устройства в сравнение с алтернативните технологии е скоростта на комуникация, която е значително подобрена при Ethernet мрежите. Сред останалите недостатъци на RS485 устройствата специалистите посочват редица практически ограничения на физическо ниво.

Въпреки че устройствата за събиране на данни с комуникационен интерфейс RS485 могат да бъдат използвани за изграждане на многоточкови съобщителни мрежи, стандартната архитектура е ограничена до максимум 32 линейни драйвера и приемника на една шина с двупроводна линия. Освен това, само една възлова точка в цялата мрежа може да предава данни към шината в даден момент, а всички останали звена трябва да изчакат в статус “получаване”.

Процесът на конфигуриране или актуализиране на RS485-базираните устройства може да бъде изключително времеемък, тъй като се налага операторите да настройват всеки комуникационен параметър поотделно, твърдят специалистите. Подмяната на RS485 устройства или разширяването на съществуваща RS485 мрежа обикновено ги принуждава да разнасят персонален компютър между различните производствени звена, за да конфигурират полевите параметри или да обновят фърмуера на всяко полево устройство поотделно.

В една мрежа, която включва стотици устройства на разстояние до 1200 м едно от друго, възникват редица неудобства и разходи за ангажиране на оператор, който да носи персонален компютър от едно полево устройство към следващото.

Въпреки традиционните недостатъци, посочени по-горе, много системни интегратори продължават да избират RS485-базираните I/O модули пред бързите Ethernet алтернативи поради опростения дизайн, лекотата на управление и ниските разходи за внедряване и поддръжка.

В допълнение, RS485 модулите могат да установят peer-to-peer комуникация между устройства на разстояние до 1220 м едно от друго, без да са необходими ретранслатори, докато Ethernet комутаторите и входно-изходните модули са ограничени само до 100 м и са необходими повторители за усилване на комуникационния сигнал.

Друго предимство на устройствата за пренос на данни с комуникационен интерфейс RS485 пред Ethernet алтернативите е сравнително ниската им цена, която ги прави атрактивни възможности за организации, които не разполагат с големи бюджети.

Много малки и средни предприятия избират RS485-базираните отдалечени I/O модули, тъй като ниските материални разходи за внедряването им правят замяната на повредените модули най-икономичната възможна алтернатива в сравнение с инвестирането на ограничени ресурси в обучение на квалифицирани специалисти по поддръжка или изграждане на скъпи Ethernet мрежи.

Важно е да се отбележи, че в повечето случаи става въпрос за приложения, които по своя характер не са критични за производството, което обяснява ниския приоритет, поставен върху предотвратяването на загуби на данни и създаването на мрежови резерви, за да се гарантира непрекъсната връзка или намаляване на времето на прекъсване на работа на системата.

Възможности за оптимизация на RS485 комуникацията
Съвременните производства стават все по-интелигентни и усъвършенствани, следователно такива трябва да са и мрежовите устройства, използвани в системите за събиране на данни.

В резултат на това разумните системни интегратори търсят не само лесни за използване и ценовоефективни решения, но и мрежови устройства, които са по-лесни за инсталиране и поддръжка и са достатъчно надеждни при архивиране или потребност от мрежови резерви.

Еднo интелигентно RS485 устройство за събиране на данни трябва да носи не само всички основни ползи от RS485 комуникацията, но и да предлага решения за преодоляване на традиционните ограничения на стандарта.

Въпреки че не може да се направи много по посока физическите ограничения, производителите на иновативни устройства все още могат да потърсят начини за подобряване на производителността и функционалността на серийната RS485 комуникация. Сред възможните методи специалистите посочват:

По-лесна поддръжка чрез софтуерна конфигурация. Вместо ръчното завъртане на поредица от ключове и превключватели на различни устройства в производствените звена, използването на софтуер за конфигуриране на всички RS485 модули в мрежата би намалило значително усилията и времето за внедряване и поддръжка.

Подобен софтуер следва да позволява бърз достъп до информацията за статуса и настройките на всички устройства за събиране на данни посредством опростен графичен интерфейс. В допълнение, инструментът за софтуерна конфигурация трябва да осигурява и лесен метод за отдалечено обновяване на фърмуера на всички модули в RS485 мрежата.

Идеалният инструмент за софтуерна конфигурация би давал възможност на потребителите отдалечено да настройват комуникационните параметри на RS485-базираните устройства за събиране на данни.

Така вместо използването на физически превключватели и циферблати за настройване на COM портовете и идентификаторите на устройствата по време на първоначалната конфигурация на модулите в мрежата, настройката на режима и дублирането на скоростта на обмен на всяко мрежово устройство може да се извърши лесно и бързо чрез графичния потребителски интерфейс. Заместването на ръчната хардуерна конфигурация с лесна софтуерна настройка не само ще облекчи поддръжката, но и ще улесни процеса на обновяване на настройките и фърмуера.

Внедряване и поддръжка чрез USB. Въпреки че комуникационният интерфейс RS485 е относително проста технология, RS485-базираните мрежи не винаги са лесни за поддръжка. Когато отдалеченият достъп е недостатъчен, на компаниите все пак им се налага да обучат и ангажират оператор, който да носи персонален компютър между отделните производствени звена.

По-лесен метод за отстраняване на проблеми и поддръжка на полевите устройства в такива случаи би позволил намаляване на разходите за труд и усилията от страна на операторите. Едно от решенията е да се добави USB порт към серийното устройство за събиране на данни. Това ще послужи като алтернативен метод на отдалеченото обновяване и конфигуриране на RS485-базираните I/O модули, когато дистанционна поддръжка не е осъществима.

Всичко, което инженерите трябва да направят, е да качат настройките на USB устройство, да го занесат до производственото звено, да го включат в USB порта на устройството и всички конфигурации и актуализации на фърмуера ще се качат автоматично към модула.
Резервни RS485 портове.

Въпреки че загубата на пакети и провалените трансфери на данни са често срещани проблеми при RS485 мрежите, те лесно могат да бъдат предотвратени. При наличието на критични производствени приложения системните интегратори обикновено внедряват някакъв тип резервна (backup) система или допълнителна мрежа, за да подсигурят безпроблемната непрекъсната работа на устройствата за събиране на данни.

Ако RS485-базираните модули са оборудвани с двойни RS485 портове, системните интегратори биха могли да свържат още една проводникова кабелна линия или още една компютърна конфигурация, за да подсигурят мрежата.

Резервната линия за връзка дава възможност за бързо превключване към нея и подсигуряване на непрекъснатата комуникация между полевия сензор и централния компютър, когато основната RS485 линия не отговаря.

В допълнение, резервният порт на входно-изходните RS485-базирани модули може да послужи за свързване на полевите устройства към вторичен компютър в локалната мрежа, за да е налично резервно техническо осигуряване, в случай че първичната система се срине.

Въпреки че двойните RS485 портове не са нищо ново, наличието им позволява на операторите по поддръжката да тестват или поправят I/O модулите значително по-бързо, когато единият от RS485 портовете е повреден. Независимо че отдалечените RS485 I/O устройства вече се считат за технологии с ниска цена, добавянето на двойни портове може да помогне на системните интегратори да спестят още средства, без да правят компромис с надеждността.

Това са практични решения, които могат да улеснят производствената дейност в предприятията, като същевременно намалят усилията по поддръжката, снижат разходите и ускорят бизнес растежа.