目錄1文獻綜述 1
1.1 前言 1
1.1.1 rs485簡介 1
1.1.2 plc簡介 3
1.1.3 plc與rs485的綜合應用 4
1.2 plc與rs485在國內外的發展 4
1.2.1modbus協議的rs485匯流排通訊機的設計 5
1.2.2 rs485匯流排通訊協議的設計與實現 7
1.2.3 rs-485在實際生產中的應用 9
1.2.4 rs-485可靠性的研究 14
2課題背景及開展研究的意義 15
2.1課題背景 15
2.2開展研究的意義 16
3研究內容、預期目標及研究方法 17
3.1研究內容 17
3.1.1 17
3.1.2 17
3.1.3 17
3.1.4 17
3.1.5 17
3.1.6 17
3.2預期目標 17
3.2.1 17
3.2.2 17
3.2.3 17
3.2.4 17
3.2.5 17
3.3研究方法 18
3.3.1文獻研究法 18
3.3.1實證研究法 18
4進度安排 19
參考文獻 20
rs485通訊標準是由美國電子工業協會（eia）在1983制定並且發布的[1]。在命名上，因為eia提出的建議標準大多數都是以「rs」作為字首，所以在通訊領域，仍舊習慣於將以上標準以rs做字首，命名為eia-485-a標準。rs485標準是在rs422標準上發展而來的，rs422由rs232發展而來，**1-1介紹了rs-232、rs-422、rs-485 三種通訊方式的主要區別。
rs485所具有的優點有：**低廉、安裝簡便、傳輸距離遠、傳輸速度高、電平相容性好、具有較強的抗雜訊干擾能力、可靠度高等。
**1-1
rs-485標準只對介面的電氣特性做出規定，並不涉及外掛程式、電纜或協議，不同的企業，根據自身的需要，所監控裝置數目的多少、所監控距離的長短、對於實時性要求的不同，建立自己所適用的高層通訊協議。在rs485通訊網路中大多數採用的是主從通訊方式，即乙個主機帶多個從機。很多情況下，連線rs-485通訊鏈路時只是簡單地用一對雙絞線將各個介面的連線起來，其中一條定義為a，另一條定義為b，如圖1-1所示
圖1-1 rs-484傳送器的示意圖
雖然rs485有著上面所說到的許多優點，但是在實際工作中仍然存在著許多問題：
首先，由於各個介面至於「a」、「b」兩條線相連，系統只能檢測到兩線之間的定位差，不是絕對電壓，表1-1中可以看出，rs485接收器的電壓範圍只-7—+12v，超過了這個範圍，系統就不能正常工作，有時還會損壞介面，並且，各個裝置之間如果要進行資訊傳遞，必須要經過主機傳遞，不夠便捷；其次，由於rs485一般用在長距離的訊號傳輸，所以就要在在兩雙絞線之間匹配終端電阻，由於通訊系統地電路一般不與裝置使用同一電源，匹配電阻會消耗監測系統大量的電量，rs485晶元功耗也較大，靜態時為2-3ma，工作電流為20ma，增加了線路下降，不利於遠端佈線；而且，由於pc機無法識別rs485傳來的訊號，所以pc機與rs485匯流排不能之間連線，中間需要轉化電路，這樣增加了系統的複雜性；由於rs485一般所連的裝置較多，容易造成線路的混亂，並且各個裝置之間相互干擾，影響通訊的準確性，如果其中乙個網路節點出現了故障不容易查出故障位置。最後，也是最大的乙個問題是，rs485匯流排多數採用的是輪詢方式，這樣造成通訊的速度較慢，資訊量傳輸較少，容易造成資訊的滯後，實時性不高，並且會占用主機的cpu空間，使cpu無法處理一些更重要的資料。
plc是一種數字運算的電子系統，專門為工業環境下的應用所設計的。採用可程式設計的儲存器，用於在其內部存貯執行定時、計時、邏輯運算、算數運算等指令。通過計算後，輸出對各種機械或者生產過程進行控制。
它是為了取代傳統的繼電器控制系統所設計的。它的主要特點有：（1）通用性強，由於其的可編譯，在控制不同的裝置時，只需要改變軟體程式就可以實現控制；（2）可靠性高，由於不存在與裝置的直接接觸，不存在觸電，不會出現老化等問題；（3）程式設計簡單，容易學，plc使用的是簡單的梯形圖語言，表達的電路圖非常清晰，操作人員通過簡單地學習就可以編譯使用者程式；（4）功能強大，plc可以實現邏輯運算、算術運算、計時、定時，還可以實現a/d、d/a轉換，乙個plc可以控制多個裝置，可以現場控制，也可以遠端控制。
還可以幫助同級的裝置之間相互傳遞資訊；（5）體積小、重量輕、功耗低，因為plc使用的是積體電路，設計緊湊，硬體與軟體可以同時開發，使施工週期大幅度縮短，可以實現機電一體化的要求[2]。
plc雖然經過了超過40年的發展，但是在實際操作中仍然從在許多問題，影響著plc的可靠性。（1）溫度，由於plc是積體電路，隨意對溫度要求較高，一般的工作溫度為0～55℃，並且不能急劇的變化，溫度會大大影響plc元件的壽命。當溫度超過55℃時，需要冷卻裝置，低於0℃時，需要保溫加熱裝置，這樣大大降低了plc的應用範圍，增加了系統的複雜程度；（2）濕度，plc工作的濕度範圍為30%～85%，濕度過大時，會出現短路、效能不良等問題，濕度過小是，會有靜電產生；（3）電源，外部影響會通過電源線傳入plc，必須將plc的電源與裝置分開；（4）空氣環境，由於工廠中空氣中塵埃、粉末、有害氣體含量很高，這就需要對系統的保護密封性要好；（5）振動和雜訊，由於plc積體電路不能受到大的振動和碰撞，所以plc要遠離振動源，並且防止衝擊[3]。
以上的這些因素都限制了plc的應用範圍和準確性，plc既要實現快速的資訊傳遞和資訊處理，這就需要他它不能離所控制得裝置太遠。但是由於裝置現場的溫度、濕度、振動等因素，plc無法正常工作，必須要遠離裝置現場，這就是在實際生產中乙個很大的問題。並且，雖然乙個plc可以控制多個裝置，但是由於工業控制中大多數是需要控制的裝置很多，單個plc模組無法滿足,往往需要多個plc模組串聯起來，這樣會使現場的線路很混亂，各個plc之間有時可能會相互影響，造成控制的混亂。
由於plc與rs485單獨在通訊系統中存在許多自身無法克服的問題，所以，可以將兩者相結合在一起，綜合運用他們的優點，取長補短，設計出效能各方面更好的的通訊系統。具體的思路為：將plc與rs485連線起來，rs485與裝置相連，監測裝置的狀況，將資訊傳輸到plc進行處理，plc處理完資訊後，將控制訊號再通過rs485傳回各個裝置，實現對裝置的監測和控制。
這樣設計的主要優點有，由於rs485良好的抗干擾性，可以將rs485匯流排布置在現場與裝置直接相連。並且，由於rs485可以連線很多的裝置，這樣就只需要乙個plc模組實現控制。rs485匯流排傳輸距離遠，就不需要plc模組在裝置現場，plc可以實現遠端控制，保證plc不受現場溫度環境因素的影響，提高了控制的準確性。
這樣也可以減輕造作人員的勞動量，改善他們的工作環境。rs485在遠距離傳輸時，仍然有較快的傳輸速度，這樣就不會因為plc控制器太遠而引起訊號傳輸實時性差的問題。並且也解決了rs485訊號pc機無法識別的問題，plc可以識別rs485傳輸來的訊號，簡化了系統複雜性。
總體來說，與其他的通訊標準相比，rs-485標準是一種相對經濟、具有雜訊抑制能力、相對高效的傳輸速率、結構設計簡單、傳輸距離遠、共模範圍寬的通訊平台。在過去的30年時間裡，建議性標準rs-485作為一種多點差分資料傳輸的電氣規範，被應用在很多不同的領域，為智慧型儀表的發展與普及做出了巨大的貢獻。下面我將列舉在國內外應用plc和rs485通訊協議一些優秀的案例，對比他們的優缺點，找出它們需要改進的地方，來明確我自己的研究方向。
目前，在我國的所使用的現場網路中，rs-485半雙工非同步通訊匯流排已經是被各個研發機構所廣泛使用的資料通訊匯流排。有許多的研發機構、高校實驗室和企業已經在這方面實現了許多很好的創新，並且在與實踐的結合上也成功做出了許多好的案例。但是因為在rs485匯流排上任意時刻只能存在乙個主機的特點，它往往應用在集中控制樞紐和分散控制單元之間。
也就是大多數的系統都是由一點來控制多個設個的監測，這個特點也為rs485通訊介面帶來了最大的乙個缺點，就是如果主機出現故障，將直接影響整個系統的通訊。在下面所介紹的幾個案例中也或多或少的會出現這些問題，有些設計也注意到這個問題，並且做了一些改進，但是不敢否認的是，rs485通訊仍然存在一些問題，需要去解決。
電子科技大學關於modbus協議[4]的rs485匯流排通訊機的設計與應用[3]研究介紹了rs485在實際生產中的一種比較常見的方向。modbus序列鏈路協議是一種主站—從站通訊協議。為匯流排上或者是網路上的客戶機或者伺服器進行通訊。
這個設計主要特點就是利用rs485對序列鏈路進行改進，以改善以前序列鏈路主從式通訊結構所存在的問題。
主從式匯流排網路，一般採用上位機輪詢各個節點的方式，上位機對各節點不斷地進行詢問，到達某一節點時，上位機與這個節點在一定的時間內交換資訊。這種方式對節點較少時比較實用，但當節點眾多是，由於系統實時性的要求，這就必須要求上位機對各個節點的輪詢時間縮短，加快輪詢的頻率，這樣快速的輪詢會給上位機帶來巨大的負擔，並且會占用很多的cpu資源，導致cpu對資料處理的能力大大下降。系統的實時性、可靠性和安全性會大大降低，有時系統監控不及時處理，會帶來很大的危害，特別是在工業控制中。
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