西门子RS485网络中继器的使用

电气小知识

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中继器是工作在OSI参考模型物理层的设备，其作用是把接收到的信号或者已衰减的信号进行重新放大并发送的设备。如果需要扩展无线网络，要使用无线中继器。


下面两种情况，要使用RS485中继器。
1、网络布线电缆的长度超过了该通信速率下的最大网段长度。
2、一个网段内的设备数超过了32个。



RS485中继器用于延长网络距离，网络中添加中继器允许将网络再延长50m 。若两台中继器中间无其它节点，则两个中继器之间网络延长可达到1000m，一个网络中最多可以使用9个西门子中继器。如下图所示。

RS485中继器可以使参考点电位不同的两个网段相互隔离，从而确保通信传输质量。在一个RS485网段中，最多可以连接 32 个通信节点。使用一个中继器可以向网络中再拓展一个网段，一个网段可以再连接32个通信节点，但是中继器本身也占用一个通信节点位置，所以拓展的网段只能再连接 31 个通信节点。



西门子提供了两种类型的RS485网络连接器，用来将多台通信节点连接到通信网络上。一种是标准型网络连接器，另一种增加了可编程接口。带有可编程接口的网络连接器可将200 SMART集成的 RS485端口所有通信引脚扩展到编程接口，其中2、7 引脚对外提供24V电源，可以用于连接TD400C 。

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网络连接器上两组连接端子，用于连接输入电缆和输出电缆。网络连接器上具有终端电阻的选择开关，网络两端的通信节点必须将网络连接器的选择开关设置为On ，网络中间的通信节点需要将选择开关设置为Off 。

上拉电阻（390Ω）与针脚6（+5V）相连，下拉电阻（390Ω）与针脚5（GND，0V）相连，上拉电阻和下拉电阻可以保证在没有数据传输时，两根数据线之间的电压差趋于一个固定值，保证了逻辑信号 “0”、“1” 的稳定性，从而消除干扰数据。


220Ω的终端电阻通过总线连接器上的开关与其它两个电阻相连。如果不连接终端电阻，通信电缆中可能会产生信号反射，终端电阻用来消除通信电缆中的信号反射。当信号在数据线传输的末端突然遇到电缆的阻抗很小，比如短路。或者很大，比如断路。这种情况称为阻抗不连续。二是在信号传输过程中，要求数据收发器（负载）的阻抗与传输线的阻抗相同，否则会引起信号的反射，这种反射主要表现在通信线路处于空闲状态时，线路中会有无意义的数据。这两种情况都会引起传输信号反射，在电缆的末端接一个与电缆的特性阻抗相同的终端电阻，保证电缆的阻抗连续及线路阻抗匹配。由于信号传输是双向的，所以两端都要有终端电阻。


使用SB CM01信号板也可用于RS485网络，当信号板为终端通信节点时需要接终端电阻和连接偏置电阻。

西门子RS485网络中继器

上部分为网段1，下部分为网段2。

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L+为24V正极
M为负极
PE为接地端
A1/B1和A1'/B1'是网段1的信号线接线端
A2/B2和A2'/B2'是网段2的信号线接线端
S1是网段1的终端电阻设置开关
S2是网段2的终端电阻设置开关
PG OP属于网段1，用于PG/OP连接到网段1的接口


MODE开关用来接通或断开两个网段。如果拨到OFF位置，网段1和网段2之间是完全隔开的，之间没有信号通过也没有信号放大功能。



“M5.2”是信号线“A、B”的“信号地”，用于信号电压测量时做为参考地，一般不接线。

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​A1/B1和A1’/B1’是网段1的接口，A2/B2 和 A2’ / B2 ‘ 是网段2 的接口，PG/OP接口属于网段1，信号再生在网段1和网段2之间实现，同一网段内信号不能再生。两个网段之间物理隔离，所以RS485中继器除了扩展网段外，还可以进行网络隔离。



网络拓扑结构

1、中继器作为终端设备

RS485中继器连接了网段1和网段2，因为中继器内部是隔离的，所以在网段1中，中继器是该网段的终端设备，应该将信号线缆A/B接在A1/B1上，同时网段1的终端电阻设置开关S1设为On。网段2也需将电缆连接在A2/B2上，同时终端电阻设置开关S2设置为On。


由于在一个RS485物理网段中，只能连接32个物理设备，但RS485中继器本身也属于一个特殊的从站设备，在网段1和网段2中，都分别占用一个物理位置（不用分配站号），因而实际在这两个网段中都只能再连接31个主站/从站设备。中继器扩展的距离，假设1.5Mbps 的波特率时，通讯距离为200米，则网段1从最远站到中继器，网段1之间的距离为200米，而从中继器的网段2到最远站还可以再扩展200米，这样整个网络的距离为400米。


2、中继在网段中作为中间设备网络拓展

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网段1正常连接，终端电阻S1设置为ON，但网段2是网络中间的一个设备，此时网段2上中继器的终端电阻开关S2应当设置为Off，网段2上的两个终端设备应分别设置终端电阻。在这种网络拓扑中，网段1的连接方式和距离和上一种方式相同，但网段2的扩展距离是从网段2的左、右两个终端站点之间的距离（1.5Mbps时为200米）。



3、中继器在两网段内均为中间设备

网段1和网段2都按照上一种拓扑结构中网段2的方式进行连接和拓展。即终端电阻开关S1和S2都为Off，网段1的总长度左右两个终端站点距离为(1.5Mbps，200米)，网段2的总长度左右两个终端站点距离为(1.5Mbps，200米)。两个网段之间是电气隔离的。当网络中的终端站出现断电情况时，终端电阻也因无法得到电源而丢失，这将导致信号中断或者出现乱码，从而影响到另外一个网段甚至整个网络的通讯质量,因而建议可以将两个网段断开，可以避免网段之间的相互干扰。


只有网段1和网段2之间的数据信号有放大功能，端子号带撇的端子只是短接（例如A1/B1和A1’/B1’之间属于短接，没有信号放大功能）。


终端电阻如果拨到ON的位置，会在总线AB/之间接入一个电阻，同时会将端子号带撇的端子与同组的端子断开。如果中继器是本网段总线上最后一个站点的话，应将总线接入端子号不带撇的端子上，同时将终端电阻拨到ON的位置。例如总线只接A1/B1，终端电阻S1就要拨到ON位置。在一个物理网段内，应该保证网络的首尾两端都连接终端电阻，否则就可能导致通信故障。

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