Подключение rs485 к компьютеру через com порт
Обновлено: 02.07.2024
Последовательные интерфейсы RS-232/422/485 до сих пор очень популярны в промышленности: по ним подключаются диагностические порты, датчики, сканеры штрих-кодов и RFID меток и т.д. Однако последовательные интерфейсы имеют свои ограничения. Иногда возникает необходимость получить доступ к такому интерфейсу по IP-сети, или, например, иметь доступ к одному устройству с RS-232 с нескольких удаленных компьютеров одновременно, или объединить несколько удаленных объектов в одну шину RS-485.
Сервер последовательных интерфейсов конвертирует последовательные физические протоколы в IP-пакеты, и позволяет программно управлять ими — подключать удаленный виртуальный COM-порт к компьютеру по сети так, будто он подключен физически, и прозрачно соединять несколько устройств в режиме P2P, без использования компьютеров.
В статье мы разберем сервер последовательных интерфейсов Advantech EKI-1524, имеющий четыре последовательный порта, каждый из которых поддерживает протоколы RS-232/422/485, и два LAN-порта.
Сервер последовательных интерфейсов EKI-1524 имеет четыре порта DB9 и два LAN-порта.
- Виртуальный COM-порт — позволяет программно эмулировать виртуальный COM-порт удаленного устройства на системе Linux.
- Одновременное подключение нескольких клиентов — в режиме сервера дает возможность использовать один последовательный порт для нескольких устройств одновременно.
- Работа в режиме P2P — одновременная работа в режиме клиента и сервера позволяет объединить несколько EKI-1524 напрямую, без использования серверов и компьютеров.
Характеристики
Серия последовательных серверов EKI-1500 представлена широким спектром устройств для различных задач. От серверов с одним последовательным портом: EKI-1511X до серверов на 16 портов, для монтажа в серверную стойку, таких как EKI-1526N.
Дополнительно представлены модели с повышенным уровнем защищенности, для работы в экстремальных условиях, и гальванической развязкой портов, для защиты от высоких напряжений: EKI-1522I, EKI-1524I, и другие.
Все модели поддерживают подключение двух источников питания. Переключение между источниками питания происходит без перезагрузки устройства. Реле индикации обрыва питания замыкается в случае, если на одной из линий отсутствует напряжение.
Виртуальный COM-порт
Сервер последовательных интерфейсов позволяет по TCP/IP получить доступ к удаленным устройствам таким образом, что для прикладного ПО это будет выглядеть так, будто устройства подключены к физическому COM-порту.
Принцип работы виртуального COM-порта по сети Ethernet
Для этого на стороне клиента используется модуль ядра Linux и программа для обмена данными с сервером последовательных интерфейсов. В итоге для пользователя такое подключение выглядит как физический порт (устройство /dev/ttyADV0).
На данный момент Advantech выпускает драйвера виртуального COM-порта только для ОС Linux. Инструкция по сборке модуля ядра VCOM 2.0 на Ubuntu.
Также существуют бинарные пакеты драйвера под разные дистрибутивы: Linux Pseudo TTY
В веб-интерфейсе можно настроить параметры работы в данном режиме:
Дополнительные настройки. Можно вручную задать таймауты и т.д:
Настройки параметров последовательного интерфейса. В этом меню также можно изменить основной протокол (RS-232/422/485), для каждого порта.
Режим RFC 2217
Также доступен открытый протокол перенаправления COM-порта RFC 2217, представляющий собой расширенные команды для протокола Telnet. В этом режиме устройство принимает входящие подключения по TCP, в настройках можно указать порт для входящий соединений.
Режим P2P
Для сложных случаев, когда несколько устройств нельзя соединить напрямую, можно использовать два терминальных сервера в режиме прозрачного моста. Таким образом можно подключить удаленные устройства, используя в качестве транспорта TCP/IP.
Подключение двух удаленных устройств по последовательному протоколу через TCP/IP-транспорт
Таким образом можно программно переключать устройства между собой, соединять удаленные шины по RS-485 и делать много другое, используя все преимущества IP-сетей, включая радиомосты, виртуальные частные сети (VPN) и т.д. Передаваемые данные между двумя серверами можно дополнительно защитить от перехвата, используя шифрование на транспортном уровне.
Уведомления о событиях
Устройство позволяет настроить уведомления о событиях с помощью Email и SNMP Trap. MIB-файл для настройки SNMP-сервера доступен для каждого устройства.
События для уведомлений можно настроить вручную.
Логирование через Syslog
В веб-интерфейсе можно задать адрес удаленного Syslog-сервера для логирования. В лог записываются события подключения клиентов, ошибки аутентификации, статус LAN и последовательных портов и т.д.
Первичная настройка
Первичную конфигурацию сервера последовательных интерфейсов можно выполнить через утилиту EKI Device Configuration Utility. При этом утилита работает через ARP-пакеты и не требует настройки соответствующего IP-адреса на сетевом интерфейсе. Это значит, что можно задать любой IP-адрес устройству, без утраты доступа.
Заключение
Серверы последовательных интерфейсов позволяют обходить ограничения, которые накладывают физические протоколы, и легко масштабировать подключения. Режим P2P позволяет подключать устаревшие устройства, используя интернет в качестве транспорта, при этом обходиться без серверов.
Если вам дали в работу проект пожарной сигнализации, в котором С2000М подключается к компьютеру без COM-порта - сразу бейте тревогу. Ничего хорошего не выйдет.
В отличие от охранной сигнализации, пожарная сигнализация должна работать только под управлением сертифицированного прибора. Таким прибором является контроллер С2000М, а обычный компьютер с установленным "Орион ПРО" - не является.
Вот пункт из ГОСТ Р 53325 2012.
7.2.5 Контроллеры промышленного назначения, а также СВТ,
используемые для создания приборов, должны удовлетворять всем
требованиям настоящего раздела. Примененные контроллеры и СВТ не
должны использоваться для выполнения функций, не связанных с
обеспечением пожарной безопасности.
*СВТ - средства вычислительной техники.
Вот пункт из руководства по эксплуатации С2000М.
2.2.5 Подключение пульта к АРМ «Орион Про»
Принцип взаимодействия АРМ «Орион» и «Орион Про» с «С2000М» следующий:
1) «С2000М» выполняет свои основные функции независимо от работы АРМ;
2) компьютер с АРМ опрашивает пульты «С2000М», получает от них события.
Энергонезависимый буфер событий «С2000М» позволяет отключать и заново запускать АРМ без
потери событий (в пределах объёма буфера);
3) АРМ имеет возможность получать информацию от отдельных блоков, работающих
совместно с «С2000М», и управлять ими;
4) Получаемые от «С2000М» события и информация о состоянии элементов
используются АРМ для отображения состояния защищаемого объекта.
Требование наличия в системе пожарной сигнализации контролера С2000М понимают неправильно и решают чудным образом. Вот схема соединений С2000М с устройствами системы и компьютером из проекта пожарной сигнализации:
На схеме видно, что система пожарной сигнализации находится под управлением компьютера, а управление к контроллеру С2000М передается только когда связь приборов с компьютером теряется. Причем, управление передается тупо контактами реле.
Релейный модуль С2000-СП1 принимает решение о том - куда подключить линию интерфейса RS-485, приходящую от приборов системы: к компьютеру под управлением АРМ Орион ПРО или к контроллеру С2000М.
Чем не резервирование - пропадает связь с "Орион ПРО" и в систему в качестве контроллера включается С2000М.
При этом контроллер вновь начинает находить все устройства сети, получая при этом из каждого устройства все события, произошедшие пока контроллер был отключен. Все пищит, мигает и непонятно что происходит.
Поэтому часто на объекте С2000М просто висит в режиме программирования, как бутафория.
Встречаю уже третью систему пожарной сигнализации, организованную таким образом и доставляющую жуткую головную боль.
Преобразователь интерфейса С2000-USB рано или поздно виснет и приборы отваливаются. Починить это на некоторое время помогает перезагрузка компьютера.
Если система достаточно немаленькая, то включение АРМ Орион ПРО после перезагрузки может достигать 15 минут.
Существует замечательный документ ОРГАНИЗАЦИЯ КАНАЛА ИНТЕРФЕЙСА RS-232, но его, видимо, мало кто читает. Есть и pdf версия документа.
В этом документе все подробно разъяснено и приведена правильная схема:
Эта схема редко реализуется на практике.
Несмотря на однозначность очень много веток обсуждения вариантов подключения системы пожарной сигнализации на форуме Болид. Вот типичная презентабельная ветка: Инсталляция и монтаж по RS-485?.
Почему так получается?
Небольшая система пожарной сигнализации не требует наличия компьютера.
Использование большой системы безопасности без АРМ Орион ПРО не то что невозможно, но весьма затруднительно.
Встает вопрос о покупке компьютера. Все дело в том, что сейчас, купленный наобум системный блок, 100% будет без com-порта.
Подключение оборудования Болид к АРМ Орион ПРО, установленном на таком компьютере возможно только по USB при помощи преобразователя С2000-USB.
Вроде бы и ничего страшного - работает. И совсем без С2000М работает же.
Поди объясни несведущим - почему так нельзя.
Связь С2000М с АРМ Орион ПРО.
Работа С2000М с АРМ Орион ПРО может осуществляться по трем схемам:
1. Через COM порт в режиме компьютер.
Для пожарной системы это единственно правильный вариант.
Управление системой пожарной сигнализации осуществляет контроллер С2000М. Компьютер используется как вспомогательное средство наглядного отображения состояний и удобного управления контроллером.
Многие не знают, а еще больше не соглашаются с тем, что система пожарной сигнализации не имеет права работать под управлением только компьютера с АРМ "Орион ПРО", поэтому встречаются и другие варианты подключения.
2. Через COM порт в режиме ПИ-Резерв.
В этом варианте управление системой осуществляется компьютером. Контроллер С2000М находится в режиме преобразователя интерфейсов - неглубоком сне, параллельно отслеживая состояние системы и перехватывая управление, когда связь с компьютером теряется.
Резервирование есть, но требование чтобы противопожарная система находилась под управлением сертифицированного прибора не выполняется.
3. Через USB.
Контроллер С2000М никак не участвует в процессе управления и вообще физически отключен от системы.
Резервирование можно обеспечить только извращенным способом при помощи релейной логики, что и было сделано в самой первой схеме из проекта.
Вот проектное подключение из обсуждения на форуме Болид, приведенном выше:
При таком варианте С2000М будет всегда висеть в режиме программирования, как бутафория. Для проекта охранной сигнализации вроде бы и ничего, но схема успешно кочует и по проектам пожарной сигнализации.
То-есть изначально проекты неправильные!
Через С2000-Ethernet.
Оказывается, "C2000-Ethernet" работают вполне себе стабильно, что недавно выяснил в результате натурных экспериментов.
И скорее всего компьютер с АРМ "Орион-ПРО" будет не проблема подключить к ЛВС.
Тогда актуально применение такой схемы из руководства пользователя С2000-Ethernet:
Почему не сделать сразу как надо?
Тому есть несколько причин.
1. Невозможность объяснить почему нужен системный блок именно с com портом клеркам, заказывающим оборудование.
2. Некоторая сложность в создании зеркальных баз данных для С2000М и Орион ПРО. Функция конвертирования у меня так ни разу нигде не заработала - все надо делать руками. Сложно даже не сделать,а отслеживать изменения и делать их параллельно. Потому и не заморачиваются.
3. Скорость работ. На заключительном этапе строительства время ускоряется и никто уже не слушает нытье какого-то "программиста" слаботочных систем.
4. Отсутствие пусконаладочных работ. Пусконаладка сейчас вообще не является работой и отсутствует как класс.
В современной технике все большее значение приобретает обмен информацией между различными устройствами. А для этого требуется передавать данные как на небольшие расстояния, так и на значительные, порядка километров. Один из таких видов передачи данных – связь между устройствами по интерфейсу RS-485.
Где необходимо передавать данные по RS 485.
Один из самых распространенных примеров применения устройств для обмена данными – дистанционные системы учета электроэнергии. Электросчетчики, объединяемые в единую сеть, рассредоточены по шкафам, ячейкам распределительных устройств и даже подстанциях, находящимся на значительном удалении друг от друга. В этом случае интерфейс служит для отправки данных от одного или нескольких устройств учета.
Система «один счетчик – один модем» активно внедряется для передачи данных в службы энергосбытовых компаний от узлов учета частных домов, небольших предприятий.
Другой пример: получение данных от микропроцессорных терминалов релейной защиты в режиме реального времени, а также централизованный доступ к ним с целью внесения изменений. Для чего терминалы обвязываются через интерфейс связи аналогичным образом, а данные от него поступают в компьютер, установленный у диспетчера. В случае срабатывания защиты оперативный персонал имеет возможность сразу же получить информацию о месте действия и характере повреждения силовых цепей.
Компьютер же обменивается данными с контроллерами – устройствами, преобразующими команды от датчиков на язык, понятный машине, и обратное преобразование: от языка машины в команды управления. Связь с контроллером, а также – между разными контроллерами, осуществляется через интерфейсы связи.
Нельзя хотя бы коротко не упомянуть об интерфейсе RS-232, который еще называют последовательным. Разъем под соответствующий порт имеют некоторые ноутбуки, а некоторые цифровые устройства (те же терминалы релейной защиты) снабжаются выходами для связи с помощью RS-232.
Для того, чтобы обмениваться информацией, нужно уметь ее передавать и принимать. У RS-232 для этого есть передатчик и приемник сигналов. Они имеются в каждом устройстве. Причем выход передатчика одного устройства (TX) соединяется со входом приемника другого устройства (RX). И, соответственно, по другому проводнику аналогичным образом сигнал движется в обратную сторону.
При этом обеспечивается полудуплексный режим связи, то есть, приемник и передатчик могут работать одновременно. Данные по кабелю RS-232 могут в одно и то же время перемещаться и в одну, и в другую сторону.
Недостаток этого интерфейса – низкая помехозащищенность. Это происходит из-за того, что сигнал в соединительный кабель и на прием, и на передачу формируется относительно общего провода – земли. Любая наводка, существующая даже в экранированном кабеле, может привести к сбою связи, потере отдельных битов информации. А это недопустимо при управлении сложными и недешевыми механизмами, где любая ошибка – авария, а потеря связи – длительный простой.
Поэтому RS-232 в основном применяется для небольших временных подключений ноутбука к цифровому устройству, например, для установки начальной конфигурации или исправления ошибок.
![схема подключения rs 485 и rs 232 - распиновка]()
Организация интерфейса RS-485.
Главное отличие RS-458 от RS-232 – все приемники и передатчики работают на одну пару проводов, являющуюся линией связи. Провод земли при этом не используется, а сигнал в линии формируется дифференциальным методом. Он передается одновременно по двум проводам («А» и «В») в инверсном виде.
Если на выходе передатчика – логический «0», то на проводник «А» выдается нулевой потенциал. На проводнике «В» формируется сигнал «не 0», то есть – «1». Если передатчик транслирует «1», получается все наоборот.
Порядок обмена данными между устройствами по RS-485.
Все устройства, объединяемые интерфейсом RS-485, имеют всего два клеммы: «А» и «В». Для подключения к общей сети эти клеммы соединяются в параллельную цепь. Для этого от одного устройства к другому прокладывается цепочка кабелей.
При этом возникает необходимость упорядочить обмен данными между устройствами, установив очередность передачи и приема, а также – формат пересылаемых данных. Для этого служит специальная инструкция, называемая протоколом.
Протоколов обмена данными по интерфейсу RS-485 существует много, наиболее часто используемый – Modbas. Вкратце рассмотрим, как работает простейший протокол, и какие еще проблемы приходится решать с его помощью.
Для примера разберем сеть, в которой одно устройство собирает данные с нескольких источников данных. Это может быть модем и группа электросчетчиков. Для того, чтобы знать, от какого счетчика пойдут данные, каждому приемопередатчику присваивается номер, уникальный для данной сети. Номер присваивается и приемопередатчику модема.
Когда приходит пора собирать данные о расходе электроэнергии, модем формирует запрос. Сначала передается стартовый импульс, по которому все устройства понимают, что сейчас придет кодовое слово – посылка из последовательности нулей и единиц. В ней первые биты будут соответствовать номеру абонента в сети, остальное – данные, например, команда передать требуемую информацию.
При этом во многих протоколах посылается назад подтверждение, что команда принята к исполнению или выполнена. Если ответа нет, передающее устройство может повторить запрос определенное количество раз. Если реакции так и не последует, генерируются сведения об ошибке, связанные с неисправностью канала связи с молчащим абонентом.
Ответа может не последовать не только при поломке. При наличии сильных помех в канале связи, которые все-таки проникают туда, команды могут не доходить до пункта назначения. Еще они подвергаются искажениям и не правильно при этом распознаются.
Неверного выполнения команды допустить нельзя, поэтому в данные посылки вводят заведомо избыточную информацию – контрольную сумму. Она подсчитывается по определенному закону, прописанному в протоколе, на передающей стороне.
Требования к кабельным соединениям.
Для соединения устройств интерфейсом RS-485 используются кабели «витая пара». Хоть для передачи данный достаточно одной пары проводов, обычно применяются кабели минимум с двумя, чтобы был заложен резерв.
Для лучшей защиты от помех кабели экранируются, при этом экраны на всей линии соединяют друг с другом. Для этого на объединяемых устройствах помимо выводов «А» и «В» имеется клемма «СОМ». Заземляется линия только в одной точке, обычно в месте расположения контроллера, модема или компьютера. В двух точках это делать запрещено, чтобы избежать наводок, которые неизбежно пойдут по экрану из-за разности потенциалов в точках заземления.
Кабели соединяют только последовательно друг с другом, делать ответвления нельзя. Для согласования линии в ее конце подключается резистор с сопротивлением 120 Ом (это волновое сопротивление кабеля).
В целом монтаж кабельных линий интерфейса – простое занятие. Гораздо сложнее будет настроить аппаратуру, для чего понадобятся люди со специальными знаниями.
Для лучшего понимая работы интерфейса RS-485 предлагаем Вам посмотреть следующее видео:
RS это стандарт, описывающий интерфейс для последовательной двунаправленной передачи данных между терминалом (DTE, Data Terminal Equipment) и конечным устройством (DCE,Data Circuit-Terminating Equipment ), то есть последовательное соединение устройств, где процесс пересылки данных идёт по одному биту за раз (последовательно) по каналу связи или компьютерной шине. Последовательное соединение используется для протяженных коммуникаций и компьютерных сетей, где учитывая стоимость кабеля и сложности с синхронизацией, использование параллельного соединения неэффективно. Далее краткое описание и распиновка таких разъёмов
Разъёмы RS-232C DE-9
| Номер контакта | Назначение | Обозначение |
| 1 | Активная несущая | DCD |
| 2 | Прием компьютером | RXD |
| 3 | Передача компьютером | TXD |
| 4 | Готовность к обмену со стороны приемника | DTR |
| 5 | Земля | GND |
| 6 | Готовность к обмену со стороны источника | DSR |
| 7 | Запрос на передачу | RTS |
| 8 | Готовность к передаче | CTS |
| 9 | Сигнал вызова | RI |
Порт RS232C DE-9 (обычно неправильно называемый DB-9) доступен на некоторых ПК и многих других устройствах. Последовательный порт RS-232 когда-то был стандартной функцией ПК, который использовался для подключения к модемам, принтерам, мышкам, хранилищам данных, источникам бесперебойного питания и другим периферийным устройствам.
RS-232 по сравнению с более поздними интерфейсами, такими как RS-422, RS-485 или Ethernet, имеет более низкую скорость передачи, более короткую максимальную длину кабеля, большие колебания напряжения, большие стандартные разъемы, отсутствие возможности многоточечного соединения. В современных персональных компьютерах USB давно вытеснил RS-232 из большинства функций периферийного интерфейса. Многие компьютеры вообще не оснащены портами RS-232 и должны использовать либо внешний USB-to-RS232 конвертер или внутреннюю плату расширения с одним или несколькими последовательными портами для подключения к периферийным устройствам RS-232.
Этот интерфейс последовательного порта ПК является несимметричным (соединяет только два устройства через последовательный кабель RS232), скорость передачи данных составляет менее 20 кбит / с. Горячая замена не поддерживается, но иногда разрешена. В настоящее время для ПК используется только 9-контактный разъем.
Разъёмы RS-232 25 pin
Сигналы контактов RS232 представлены уровнями напряжения относительно общей схемы (питание / логическая земля). В состоянии ожидания (MARK) уровень сигнала отрицательный относительно общего, а в активном состоянии (SPACE) уровень сигнала положительный относительно общего провода. RS232 имеет множество линий подтверждения связи (в основном используется с модемами), а также определяет протокол связи.
Интерфейс RS-232 предполагает наличие общего заземления между DTE и DCE. Это разумное предположение, когда короткий кабель соединяет DTE с DCE, но с более длинными линиями и соединениями между устройствами, которые могут находиться на разных электрических шинах с разным заземлением, это может быть неверно. Данные RS232 биполярны.
Стандарт определяет максимальное напряжение холостого хода 25 В, но общие уровни сигналов составляют 5 В, 10 В, 12 В и 15 В. Цепи, управляющие интерфейсом, совместимым с RS-232, должны выдерживать неопределенно долгое короткое замыкание на землю или на любой уровень напряжения до 25 вольт. От +3 до +12 вольт указывает состояние ВКЛЮЧЕНО или 0, в то время как от -3 до -12 В указывает состояние ВЫКЛЮЧЕНО 1 состояние.
Некоторое компьютерное оборудование игнорирует отрицательный уровень и принимает нулевой уровень напряжения как состояние ВЫКЛ. Фактически, состояние ВКЛ может быть достигнуто с меньшим положительным потенциалом. Это означает что цепи с питанием от 5 В постоянного тока могут напрямую управлять цепями RS232, но общий диапазон, в котором сигнал RS232 может быть передан / принят, может быть значительно сокращен.
Уровень выходного сигнала обычно колеблется от +12 В до -12 В. Мертвая зона между + 3В и -3В предназначена для поглощения линейного шума. В различных определениях распиновки, подобных RS-232, эта мертвая зона может отличаться. Например, определение для V.10 имеет мертвую зону от + 0,3 В до -0,3 В. Многие приемники, разработанные для RS-232, чувствительны к перепадам напряжения 1 В или меньше.
Разъёмы RS-366
Разъёмы RS-422 9-pin
Разъёмы RS-422 37-pin
RS422 был разработан для больших расстояний и более высоких скоростей передачи, чем RS232. В простейшей форме пара преобразователей RS232 в RS422 (и обратно) может быть использована для формирования «удлинителя RS232». Скорость передачи данных до 100K бит / сек и расстояние до километра. RS422 также предназначен для многоабонентских (групповых) устройств, где только один драйвер подключен и передает по шине до 10 приемников.
Поскольку основные приемники RS-423-A и RS422-A электрически идентичны, можно соединить оборудование, использующее приемники и генераторы RS423-A на одной стороне интерфейса, с оборудованием, использующим генераторы и приемники RS422-A с другой стороны интерфейса, если выводы приемников и генераторов правильно сконфигурированы, чтобы приспособиться к такой компоновке.
Разъёмы RS-423
Разъёмы RS-449
Разъёмы EIA-449
Разъёмы RS-485
Разъёмы RS-530
Этот стандарт применим для использования при скоростях передачи данных в диапазоне от 20 000 до номинального верхнего предела 2 000 000 бит в секунду. Однако оборудование, соответствующее этому стандарту, не должно работать во всем этом диапазоне скоростей передачи данных. Они могут быть разработаны для работы в более узком диапазоне в зависимости от конкретного применения. Все сигналы EIA-422 симметричные, за исключением LL (вывод 18), RL (вывод 21) и TM (вывод 25), которые используют EIA-423 (несимметричный).
TIA-530-A (1992) немного отличается, изменением контактов 6 и 20 на EIA-423 (несимметричный), добавив кольцевой индикатор (RI) на контакт 22 с помощью EIA-423 и заземляющий контакт 23.
Читайте также: