Mã bài: MĐ ĐTCN 24-03
Giới thiệu:
Trong công nghiệp, dân dụng cáp RS232 được sử dụng nhiều thông dụng, trong bài này giúp cho học sinh thực hiện cách sử dụng, đấu nối cáp, cách sửa chữa cáp.
Mục tiêu:
- Trình bày được các vấn đề cơ bản về chuẩn truyền thông RS232.
- Vận dụng được kiến thức để khắc phục các sự cố và ứng dụng của cáp truyền. - Chủ động, sáng tạo an toàn cẩn thận trong q trình học tập.
Nội dung chính:
1. Chuẩn truyền thông RS232
Ngày nay các thiết bị đo lường, điều khiển ... đều phải giao tiếp với máy tính để quan sát thông số và chế độ hoạt động của thiết bị như thế nào? Chuẩn giao tiếp được coi là đơn giản và dễ dùng đó là RS232. Hầu như các thiết bị đều được giao tiếp với máy tính thơng qua chuẩn này. Bài viết này sẽ nói về cơ bản chuẩn giao tiếp RS232: Tổng quan chung về RS232, Sơ đồ ghép nối, Giao diện phần mềm.
Hình 3.1 :Hình dạng ngồi và linh kiện chuẩn RS-232
RS-232 (Hiện nay được gọi với tên quốc tế là EIA/TIA-232) tương ứng với chuẩn châu Âu là CCITT V2.4 lúc đầu được xây dựng phục vụ chủ yếu trong việc ghép nối điểm – điểm giữa hai thiết bị đầu cuối (DTE – Data Terminal Equipment) ví dụ giữa hai máy (PC, PLC, v.v…), giữa máy tính và máy in, hoặc giữa một thiết bị đầu cuối và một thiết bị truyền dữ liệu (DCE – Data Communication Equipment) ví dụ giữa máy tính và Modem (dùng dây Console để cấu hình mạng cho Modem qua máy tính).
2. Các yếu tố của RS232
RS-232 sử dụng phương thức truyền khơng đối xứng, tức là sử dụng tín hiệu điện áp chênh lệch giữa một dây dẫn và mass.Mức điện áp được sử dụng dao động trong khoảng -15V 15V.Khoảng từ 3V 15V ứng với giá trị logic 0, từ -15V -3V ứng với giá trị logic 1, như biểu diễn trên hình 3.2. Chính vì từ - 3V tới 3V là phạm vi không được định nghĩa, trong trường hợp thay đổi giá trị logic từ 0 lên 1 hoặc từ 1 xuống 0 một tín hiệu phải vượt qua khoảng q độ đó trong một thời gian ngắn hợp lý. Ví dụ, tiêu chuẩn DIN 66259 phần qui định độ dốc tối thiểu của một tín hiệu phải là 6V/ms hoặc 3% nhịp xung, tùy theo giá trị nào nhỏ hơn. Điều này dẫn đến việc phải hạn chế về điện dung của các thiết bị tham gia và của cả đường truyền.
Hình 3.2 : quy trình trang thái logic tín hiệu RS-232
Tốc độ truyền dẫn tối đa phụ thuộc vào chiều dài dây dẫn.Đa số các hệ thống hiện nay chỉ hỗ trợ tới tốc độ 19.2KBd (chiều dài cho phép 30-50m). Hiện nay đã có những mạch thu phát đạt tốc độ 460KBd và hơn nữa, tuy nhiên tốc độ truyền dẫn thực tế lớn hơn 115.2KBd theo chuẩn RS-232 trong một hệ thống làm việc dựa vào ngắt là một điều khó có thể thực hiện.
Một ưu điểm của chuẩn RS-232 là có thể sử dụng cơng suất phát tương đối thấp, nhờ trở kháng đầu vào hạn chế trong phạm vi từ 3-7K.
Thông số Điều kiện Tối thiểu Tối đa
Điện áp đầu ra hở mạch 25V
Điện áp đẩu ra khi có tải 3K RL 7K 5V 15V Trở kháng đẩu ra khi cắt nguồn -2V VO 2V 300
Dòng ra ngắn mạch 500mA
Điện dung tải 2500pF
Trở kháng đầu vào 3V VI 25V 3K 7K
Ngưỡng cho giá trị logic 0 3V
Ngưỡng cho giá trị logic 1 -3V
Bảng 1: Tóm tắt các thông số quan trọng của RS-232.
Giao diện cơ học:
Chuẩn EIA/TIA-232F quy định ba loại giắc cắm RS-232 là DB-9 (9 chân), DB- 25 (25 chân) và ALT-A (26 chân), trong đó hai loại đầu được sử dụng rộng rãi hơn, nhất là loại DB-9.Loại DB-9 cũng đã được chuẩn hóa riêng trong EIA/TIA-574.
Hình 3.3: Sơ đồ chân RS-232 loại DB-9.
- Pin 1 - DCD (Data Carrier Detect) được dùng để kiểm soát truy nhập đường truyền. Một trạm nhận tín hiệu DCD là OFF sẽ hiểu là trạm đối tác chưa đóng mạch yêu cầu gửi dữ liệu (chân RTS – Pin 7) và vì thế có thể đoạt quyền kiểm
sốt đường truyền nếu cần thiết. Ngược lại, tín hiệu DCD là ON chỉ thị bên đối tác đã gửi tín hiệu RTS và giành quyền kiểm sốt đường truyền.
- Pin 2 - RxD (Receive Data) nhận dữ liệu từ đường truyền. - Pin 3 - TxD (Transmit Data) gửi dữ liệu lên đường truyền.
- Pin 4 - DTR (Data Terminal Ready) thường ở trạng thái ON khi thiết bị đầu cuối sẵn sàng thiết lập kênh truyền thông. Qua việc giữ mạch DTR ở trạng thái ON, thiết bị đầu cuối cho phép DCE của nó ở chế độ tự trả lời chấp nhận lời kêu gọi không yêu cầu. Mạch DTR ở trạng thái OFF chỉ khi thiết bị đầu cuối khơng muốn DCE của nó chấp nhận lời gọi từ xa (chế độ cục bộ).
- Pin 5 - GND: Chân nối mass.
- Pin 6 - DSR (Data Set Ready, DCE Ready): Cả hai Modem chuyển mạch DSR sang ON khi một đường truyền thông đã được thiết lập giữa hai bên.
- Pin 7 - RTS (Request To Send): Đường RTS kiểm soát chiều truyền dữ liệu. Khi một trạm cần gửi dữ liệu, nó đóng mạch RTS sang ON để báo hiệu với Modem của nó. Thơng tin này cũng được chuyển tiếp tới Modem xa.
- Pin 8 - CTS (Clear To Send): Khi CTS chuyển sang ON, một trạm được thơng báo rằng modem của nó đã sẵn sàng nhận dữ liệu từ trạm và kiểm soát đường điện thoại cho việc truyền dữ liệu đi xa.
- Pin 9 - RI (Ring Indicator): Khi modem nhận được một lời gọi, mạch RI chuyển ON/OFF một cách tuần tự với chuông điện thoại báo để báo hiệu cho trạm đầu cuối. Tín hiệu này chỉ thị rằng một Modem xa yêu cầu thiết lập liên kết dial-up.
3. Hoạt động của giao diện RS232
Chế độ làm việc hai chiều toàn phần (full – duplex): Hai thiết bị tham gia truyền tin đều có thể thu và phát tín hiệu cùng một lúc. Việc thực hiện truyền thông cần tối thiểu 3 dây dẫn, và việc đảm bảo độ an tồn truyền dẫn tín hiệu thuộc về trách nhiệm của phần mềm.
Hình 3.4 minh họa một ví dụ ghép nối trực tiếp giữa hai thiết bị thực hiện chế độ bắt tay (handshake mode) không thông qua modem. Qua việc sử dụng các dây dẫn DTR và DSR, độ antoàn giao tiếp sẽ được đảm bảo. Trong trường hợp này, các chân RTS và CTS được nối ngắn.Lưu ý rằng, trong trường hợp truyền thông qua modem, cấu hình ghép nối khác một chút.
Một số ví dụ về kiểu ghép nối của RS-232 tùy vào các trường hợp.
Hình 3.4: Ví dụ ghép nối với RS-232
4. Các hạn chế
RS 232 sử dụng phương thức truyền thông không đối xứng, tức là sử dụng tín hiệu điện áp chênh lệch giữa một dây dẫn và đất. Do đó ngay từ đầu tiên ra đời nó đã mang vẻ lỗi thời của chuẩn TTL, nó vấn sử dụng các mức điện áp tương thích TTL để mơ tả các mức logic 0 và 1. Ngồi mức điện áp tiêu chuẩn cũng cố định các giá trị trở kháng tải được đấu vào bus của bộ phận và các trở kháng ra của bộ phát.
Mức điện áp của tiêu chuẩn RS232C ( chuẩn thường dùng bây giờ) được mô tả như sau:
- Mức logic 0 : +3V , +12V - Mức logic 1 : -12V, -3V
Các mức điện áp trong phạm vi từ -3V đến 3V là trạng thái chuyển tuyến. Chính vì từ - 3V tới 3V là phạm vi không được định nghĩa, trong trường hợp thay đổi giá trị logic từ thấp lên cao hoặc từ cao xuống thấp, một tín hiệu phải vượt qua quãng quá độ trong một thơì gian ngắn hợp lý. Điều này dẫn đến việc phải hạn chế về điện dung của các thiết bị tham gia và của cả đường truyền. Tốc độ truyền dẫn tối đa phụ thuộc vào chiều dài của dây dẫn. Đa số các hệ thống hiện nay chỉ hỗ trợ với tốc độ 19,2 kBd .+ Độ dài của cáp nối giữa máy tính và thiết bị ngoại vi ghép nối qua cổng nối tiếp RS232 không vượt qua 15m nếu chúng ta không sử model.
Các giá trị tốc độ truyền dữ liệu chuẩn: 50, 75, 110, 750, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 28800, 38400,....,56600,115200 bps
5. Xửlý sự cố
5.1.Giới thiệu
Trong đời sống hàng ngày và trong công nghiệp cáp RS232 trước đây được sử dụng rộng rộng rãi ngày nay được thay thế dần bằng những loại cáp có tốc độ truyền nhanh hơn thuận tiện hơn như cáp RS 422 vá RS485…Một số cáp RS232 thường gặp : cáp plc S7200 cổng com, cáp plc mitsubishi, cổng máy in, cáp màn hình máy tính…
Hình 3.5 : một số loại cáp plc cổng truyền thông RS232
5.2.Các phương pháp tiếp cận
Một số sự cố thường gặp đối với cổng truyền thông RS232 - Tiếp xúc giữa các chân
- Đứt một trong các dây
- Một trong các jắc cắm bị hỏng
5.3.Kiểm tra thiết bị
Thực hành kiểm tra các loại cáp chuẩn RS232 Bước 1 :
Kiểm tra thông mạch bằng đồng hồ VOM những dây cáp trên ghi lại kết quả trình trạng đấu nối của các loại cáp trên, xác định các loại cáp đó có bị đứt dây hay chưa?Khi kiểm tra cần vệ sinh khe cắm, kiểm tra có chân nào bị gãy trong 9 chân hay khơng? Bước 2 :
Kiểm tra được chức năng truyền thơng RS232 trên máy tính.Bằng cách cài phần mềm RS232 kiểm tra trên máy tính, một đầu cáp cắm vào cổng com máy tính và đầu cịn lại cắm vào thiết bị để test thử cáp, Khi kiểm tra rs232 chú ý cắm đúng khe cắm chân cho RS232.Khi khe cắm bị khiếm khuyết có thể đổi khe cắm khác.Trước tiên ta chon cổng Com mà máy tính nhận được sau đó chọn đúng cổng trên phần mềm rs232- test, tiếp theo chọn tốc độ truyền của cáp, và dữ liệu bít, sau đó nhấn start trên phần mềm và phần mềm sẽ tự động dị tìm thơng số của cáp.
Hình 3.6 : Phần mềm test thử RS232
Kiểm tra thực tế trên thiết bị ví dụ như ta có cáp plc s7-200 và cpu s7-200. Bước 1 : Đầu tiên ta kết nối một đầu cáp với máy tính, đầu cịn lại ta kết nối với PLC s7-200, sau đó mở phần mềm Microwin 4.0 trên destop khi màn hình soan thảo mở lên ta nhấn double click vào biểu tượng thì khung màn hình hiện ra như bên dưới ta chọn vào PC/PPI cáp PPI
Bước 2 : chọn PC/PPI sẽ xuất hiện màn hình chọn cổng giao tiếp tùy vào cáp mình là cổng com nào sẽ chọn cổng com đó.
Hình 3.8 : hình chọn cổng com
Sau đó ta click vào tab PPI và chọn tốc độ truyền thời gian time out sau đó nhấn ok
Hình 3.9 : hình chọn tốc độ truyền
Sau khi nhấn ok ta chọn vào biểu tượng communication sau đó màn hình xuất hiện một giao diện giống như bên dưới và ta nhấn vào double refresh ta ghi nhận giá trị và coi trạng thái cáp có hoạt động hay khơng.
Hình 3.10 : hình test cáp siemens
Bước 3 : học sinh làm lại các bước như trên tuỳ từng loại cáp có những thiết bị thích hợp giáo viên thực hành hướng dẫn học sinh làm và ghi kết quả báo cáo.
5.4.Cách giải quyết một số vấn đề cơ bản
Khi kiểm tra cáp khi cáp không kết nối được đầu tiên ta kiểm hai đầu cắm có bị lỏng chân hay khơng, các chân cắm có cịn tốt hay bị rỉ xét. Kiểm tra driver của máy tính đã có đủ hay chưa bằng cách váo Start -> my computer ->nhấn chuột phải chọn manager -> Driver manager và xem thử driver của mình đối với cáp thiết.Sau đó kiểm tra thơng mạch bằng VOM nếu tất cả đều tốt thì cáp mới kết nối được.
Nhìn chung cáp RS232 dẽ sử dụng cách kiểm tra kết nối cáp khơng mấy khó khăn, nhưng việc chế tạo ra cáp thì cần có một kiến thức tương đối vững vàng. Cáp RS232 được dùng rộng rãi cho các nhà máy xí nghiệp nhỏ và tầm trung là nhiều nhất, học sinh, sinh viên cần phải nắm bắt một số vấn đề cơ bản để có thể tiếp cận nhanh trong công nghiệp.
CÁC BÀI TẬP MỞ RỘNG, NÂNG CAO VÀ GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ
Câu 1 : Nêu cấu trúc bức điện của cáp RS232, các ứng dụng và tầm quang trong của cáp RS232?
Câu 2 : Kể tên một số loại cáp download chương trình la RS232, cách kiểm tra cụ thể một số loại cáp đó
Yêu cầu về đánh giá kết quả học tập:
Nội dung:
+ Về kiến thức:
Trình bày được các vấn đề cơ bản về chuẩn truyền thông RS232. + Về kỹ năng:
Vận dụng được kiến thức để khắc phục các sự cố và ứng dụng của cáp truyền. + Thái độ: Đánh giá phong cách, thái độ học tập
Chủ động, sáng tạo và an tồn trong q trình học tập. Phương pháp:
+ Về kiến thức: Được đánh giá bằng hình thức kiểm tra viết
+ Về kỹ năng: Đánh giá kỹ năng thực hành Mỗi sinh viên, hoặc mỗi nhóm học viên thực hiện cơng việc theo u cầu của giáo viên.Tiêu chí đánh giá theo các nội dung: - Độ chính xác của cơng việc
- Thời gian thực hiện công việc - Độ chính xác theo yêu cầu kỹ thuật + Thái độ: Tỉ mỉ, cẩn thận, chính xác.
BÀI 4: CHUẨN TRUYỀN THÔNG RS485 Mã bài: MĐ ĐTCN 24-04 Mã bài: MĐ ĐTCN 24-04
Giới thiệu:
Công nghiệp ngày càng hiện đại việc sử dụng cáp ngày càng tân tiến hơn, bài này giúp các em hiểu thêm loại cáp theo chuẩn RS485, một chuẩn hiện nay đang dùng rộng rải trong công nghiệp và rất quan trọng.
Mục tiêu:
- Trình bày được chuẩn truyền thơng RS485 trong cơng nghiệp. - Vận dụng được kiến thức để khắc phục các sự cố của cáp truyền . - Chủ động, sáng tạo an tồn cẩn thận trong q trình học tập.
Nội dung chính:
1. Chuẩn truyền thơng RS485
RS-485 hiện nay được gọi với tên chuẩn quốc tế là EIA/TIA-485, là chuẩn duy nhất do EIA đưa ra mà có khả năng truyền thông đa điểm thực sự chỉ dùng một đường dẫn chung duy nhất, được gọi là bus. Được thiết kế với mục đích có thể dùng nhiều hơn hai trạm trên một đường truyền mà chuẩn RS-232 không làm được (chuẩn RS-232 chỉ có thể kết nối hai trạm trên một đường truyền).
RS-485 cho phép sử dụng tối đa 32 thiết bị (tải đường truyền) tham gia vào đường một truyền.Vì thế được dùng phổ biến trong các hệ thống bus trường.32 trạm được ghép nối được định địa chỉ và giao tiếp đồng thời trong một đoạn RS-485 mà khơng cần bộ lặp.
RS-485 sử dụng cấu hình mạng phổ biến nhất là sử dụng hai dây dẫn cho việc truyền tín hiệu.
RS-485 khơng phải là một chuẩn chọn vẹn mà chỉ là một chuẩn về đặc tính điện học, vì vậy khơng có các quy định cho cáp nối cũng như các bộ nối.Có thể dùng đơi dây xoắn, cáp trơn hoặc các loại cáp khác, tuy nhiên đôi dây xoắn vẫn là loại cáp được sử dụng phổ biến nhất nhờ đặc tính chống tạp nhiễu và xuyên âm.
1.1.Đặc tính điện học
RS-485 sử dụng phương thức truyền dẫn chênh lệch đối xứng, tức là sử dụng sự chênh lệch điện áp giữa hai dây dẫn (dâyâm và dây dương) để biểu diễn trạng thái logic (1 và 0) của tín hiệu, khơng phụ thuộc vào đất.
Thông số Điều kiện Tối thiểu Tối đa
Điện áp đầu ra hở mạch 1,5V 6V
Điện áp đầu ra khi có tải RLOAD = 100 1.5V 5V
Dòng ra ngắn mạch 250mA
Thời gian quá độ đầu ra RLOAD = 54 CLOAD = 54pF
30% Tb*
Điện áp chế độ chung đầu ra VOC
RLOAD = 54 -1V 3V
Độ nhạy cảm đầu vào -7VVCM12V 200mV
Điện áp chế độ chung VCM -7V 12V
Trở kháng đầu vào 12k
Hình 4.2: Quy định trạng thái logic của tín hiệu RS-485
1.2.Các đặc trưng của RS485
Chế độ truyền bán song công hay hai chiều gián đoạn (half-duplex) đối với cấu hình hai dây dẫn cho việc truyền tín hiệu, giá thành đầu tư ít hơn. Chế độ truyền song cơng hay hai chiều tồn phần (full-duplex) với cấu hình bốn dây dẫn cho việc truyền tín