[发明专利]EIA‑485总线系统中的冲突检测

说明书

技术领域

本发明涉及根据RS-485的总线系统上的数据通信的领域，并且具体地涉及这样的系统中的消息冲突检测。

背景技术

EIA-485（也称为RS-485）标准限定平衡多点通信，其可以被不同类型的串行通信协议使用。EIA-485关于接口的电特性并且未规定特定协议，它也未指特定连接器或冲突检测或冲突避免技术。根据EIA-485的总线系统可包括多至32个（单位负载）设备并且总线的长度在115200位/s或更高的波特率的情况下可多至1200米。尽管EIA-485规定为半双工（HD）传输，通信可以通过应用四线连接而变成全双工（FD）。

冲突消息使每一个通信链路上的数据吞吐量明显减少。首先，至少两个消息在冲突中丢失。其次，大部分协议具有适当的重传技术，其可导致另外的冲突。理想地，冲突应使用例如具有冲突避免的载波感测多址（CSMA）等适合的冲突避免技术而避免。但甚至在具有良好的冲突避免度量的情况下，冲突仍可能出现并且应正确地被检测。

在变电站自动化系统内，通常经由或通过EIA-485使用的协议是DNP 3.0，其允许从设备采用非协调的方式（叫作“DNP未经请求模式”）传输消息。在该情况下，必要地是识别冲突，因为如果需要发送高优先级事件消息，总线上的任何数据速率下降尤其是不可接受的。

图1描绘具有连接到总线（其包括正线A和负线B）的EIA-485收发器的典型HD设置。为了确保故障安全EIA-485通信，分别在线A与Vcc（例如，3.3或5伏）之间和线B与GND（接地）之间提供永久的上拉和下拉电阻器R_A、R_B，以便使数据线偏置到限定状态。终端电阻器R_T可在总线端处使用来避免由高波特率和快转换速率引起的反射。

图2描绘对于图1的收发器布线的典型定时图，其中‘1’叫作‘符号’并且‘0’叫作‘间隔’。只要在线路上没有业务（空闲状态），线路在连续传输符号或‘1’。起始位是‘0’（间隔）并且停止位再次是‘1’（符号）。因此，在每一个字开始时将总是存在从符号到间隔的过渡。这样，接收器可以总是使它的时钟同步而不管数据内容如何。

许多EIA-485实现包括基于软件的冲突检测原理，其中传输数据TX_D（其例如由通用异步接收器/传输器（UART）提供）与由接收器在传输数据TX_D的传输期间记录的接收数据RX_D相比较。如果数据不相关，用信号表示冲突的出现。然而，这样的技术方案仅在冲突信号与传输信号充分叠加时是适合的。在具有超出几百米的长传输线和/或具有差质量的电缆的EIA-485设置中，一个传输器可表现得比另一个更强。具体地，在两个传输器在总线的远端定位的情况下冲突可保持不被检测。

图3描绘具有1000m总线长度并且包括两个相邻IED 1和2以及远程IED 32的EIA-485总线系统的示范性设置。

图4示出在图3的总线系统上传输的结果，其中IED 1在接收，而IED 2和IED 32都在传输。显示的四个信号从上到下地包括来自IED 2的传输信号（TX2_D）、从远程IED 32传输的信号（TX32_D）、在IED 1和IED 2附近的总线上所得的叠加信号（Vbus）和在IED 1内部RS-485接收器处如通过区分而从Vbus获得的接收信号（RX1_D）。如从RX1_D显而易见的，TX32_D未强到足以明显影响Vbus。也就是说，TX2_D占主导地位并且用来自远程IED 32的消息掩盖冲突。

重要地是注意IED 2和IED 32中的EIA-485收发器用相同的强度驱动它们的信号。然而，传输线的阻抗在信号能量从一个总线端行进到另一个时使来自IED 32的信号能量减少。在到达IED 1和IED 2时，信号未强到足以充分与本地信号叠加。

发明内容

本发明的目标是促进在根据EIA-485操作的通信总线系统中（特别在具有扩展的总线拓扑（其包括两个消息源之间超出几百米的传输线距离）的变电站自动化系统中）的消息冲突检测。该目标由促进消息冲突检测的方法和根据独立权利要求的通信模块实现。优选实施例从从属专利权利要求显而易见，其中权利要求从属性不应解释为排除另外的有意义的权利要求组合。