Průmyslová sériová datová komunikace po RS-485 a RS-422 patří již dlouhodobě stále k základům datové komunikace a jejích služeb využívá i většina různých průmyslových sběrnic (např. PROFIBUS-DP, MODBUS atd.). Proto není nikdy odvěci si připomenou některé důležité vlastnosti, možnosti a odlišnosti, které by měli vědět nejen konstruktéři a servisní technici, ale i obchodníci, které zařízení a aplikace s těmito rozhraními nabízejí. Narazil jsem totiž již v několika případech na situaci, že obchodník sice nabízel podobné zařízení, ale moc netušil jaký je mezi RS-422 a RS-485 vlastně rozdíl a jaké požadavky na zařízení jsou s tím spojené.
Porovnání RS-485 a RS-422
I když obě zde uvedené sběrnice, tj. RS-422 a RS-485, mají několik společných vlastností, nelze je v žádném případě zaměňovat a každá je vhodná pro trošku jinou aplikaci. Zatímco RS-485 je plnohodnotná průmyslová sběrnice, RS-422 je spíše určena jen na jednoduchý rychlý sériový přenos dat na velké vzdálenosti a v prostředí se zvýšeným rušení.
Společné vlastnosti
Mezi společné vlastnosti patří následující:
- stejný princip přenosu dat
- stejná reprezentace logických stavů
- použití dvouvodičového propojení zařízení
- vzdálenost "krajních" jednotek až 500 m
- přenosová rychlost až 200 kb/s
Příklad realizace vzájemné komunikace 3 jednotek pomocí dvouvodičové sběrnice RS-485
V případě RS-422 i R-485 může jít o sériovou datovou komunikaci po dvouvodičové stíněném kabelu typu twisted pair (zkroucený pár), kde jednotlivé logické stavy jsou reprezentovány rozdílovým napětím mezi oběma vodiči. Narozdíl od známé RS-232 tak zde není žádná referenční napěťová hladina, která je u RS-232 reprezentována nulovým napětím země GND. To má zásadní vliv i pro měření a analýzu komunikace, zvláštěn při použití osciloskopů, protože obě měřící svorky musí být galvanicky odizolovány od země, což u mnoha osciloskopů není splněno a vztažný potenciál měřícího vstupu je zemnící svorka. Při měření signálů RS-422/485 takovým to osciloskopem tak dochází ke zkratu.
Dvouvodičové obousměrné propojení dvou integrovaných RS-485 rozhraní MAXIM - zde je provedeno řízení směru komunikace pomocí pinů DE a RE
Jednotlivé vodiče jsou označeny buď jako A / B nebo - / +, kde A (-) označuje tzv. invertovaný vodič a B (+) jako neinvertovaný vodič. Logický stav 1 (někdy označený jako OFF), reprezentuje napěťový rozdíl A - B < - 0.3 V, zatímco logický stav 0 (ON) reprezentuje rozdíl A - B > + 0.3 V. Přenos pomocí rozdílového napětí eliminuje vliv naindukovaného rušivého napětí vztaženého k nulovému potenciálu (zemi), protože se na obou vodičích naindukuje stejná velikost napětí. Správný vysílač by měl generovat na výstupu úrovně + 2 V a - 2 V a přijímač by měl být ještě schopen rozlišit úroveň + 200 mV a - 200 mV jak platný signál.
Z pohledu přenosu dat se využívá úplně stejné struktury jako u RS-232, tj. přenos 7 nebo 8bitových rámců se startbitem a jedním čí více stopbity, případně paritním bitem.
Rozdílné vlastnosti:
Hlavní jsou však rozdíly, které určují odlišnost jejich použití a nasazení:
- Jednosměrný přenos u RS-422 a obousměrný přenos u RS-485
- RS-422 v základu zajišťuje jen jednosměrný přenos od jednoho vysílacího zařízení až k 10 přijímačům
- RS-485 je sběrnicí pro vzájemné obousměrné propojení až 32 jednotek
Jak již z výše uvedeného vyplývá, dá se RS-422 prezentovat a často se tak i děje, i jako jednosměrný průmyslový ekvivalent k RS-232, když se nevyužívá řízení komunikace, tzv. handshaking. Při použití dvou RS-422 tak prakticky lze vytvořit náhradu RS-232 pro přenos dat na velké vzdálenosti až několika stovek metrů.
Propojení dvou zařízení (převodníků Sollae EZL-200F) pomocí RS-232
Propojení dvou zařízení (převodníků Sollae EZL-200F) pomocí dvou rozhraní RS-422
Naopak RS-485 reprezentuje klasickou sběrnici, kde lze jedním párem vodičů propojit mezi sebou více zařízení (až 32), která si mají mezi sebou přenášet data. Aby to však bylo možné je nutné zajistit řízení přístupu na sběrnici. Jde tedy o obousměrný přenos dat, ale protože nelze po jednom páru najednou přenášet data oběma směry, je zde vyžadováno řízení směru přenosu.
Propojení třech zařízení (převodníků Sollae EZL-200F) pomocí dvouvodičové RS-485
2vodičová vs. 4vodičová RS-485
I když je běžnější použití dvouvodičové verze sběrnice RS-485, existuje i méně známá čtyřvodičová verze, využívaná například sběrnicí Measurement Bus (DIN 66 348). Ta narozdíl od dvouvodičové nabízí obousměrnou komunikaci, tzn. není nutné se zabývat řízením směru komunikace, ale zase se u ní vyskytuje úskalí v podobě omezené vzájemné komunikace mezi zařízeními. Je zde totiž nutné použít komunikační model Master/Slave, kde výstup nadřazené Master jednotky je připojen na vstup všech Slave jednotek a výstupy všech Slave jednotek na vstup Master jednotky.
Příklad realizace vzájemné komunikace 3 jednotek pomocí čtyřvodičové sběrnice RS-485
Ale POZOR. I když na první pohled se zdá být čtyřvodičová RS-485 shodná s dvojnásobnou RS-422, je tomu tak jen v případě propojení dvou zařízení/rozhraní. Jinak RS-485 umožnit propojit jednu master jednotku s více slave, zatímco u RS-422 lze takto propojit vzájemně vždy jen dvě jednotky (průmyslový ekvivalent RS-232).
Při propojení pouze dvou zařízení je čtyřvodičová RS-485 shodná s použitím dvou rozhraní RS-422
Závěr
Cílem tohoto článku bylo široké skupině lidí, kteří přichází do styku s přístroji využívající komunikaci po RS-422 a RS-485, vysvětlit nebo připomenout základní vlastnosti, parametry a rozdíly. V některém z dalších článků pak volně na zde informace navážu a přiblížím možnosti volby a problematiku hojně nabízených převodníků RS-232/RS-485/RS-422.
Antonín Vojáček
DOWNLOAD & Odkazy
- Domovské stránky firmy Wiesemann & Theis GmbH, výrobce převodníků -
www.WuT.de
Komentáře
na stole mi to fungovalo
Obavam se, ze s uvedenym 2 dratovym zapojeni RS485 muzete snadno dospet k problemum typu "na stole mi to fungovalo". Napr. ve specifikaci Vami zminovaneho MODBUSu (MODBUS over serial line specification and implementation guide) najdete:
"A MODBUS solution over serial line SHOULD implement a “Two-Wire” electrical interface in accordance with EIA/TIA-485 standard. On such a 2W-bus, at any time one driver only has the right for transmitting. In fact a third conductor MUST also interconnect all the devices of the bus : the common."
Jinymi slovy, aby to spolehlive fungovalo i na delsi vzdalenosti (plnohodnotna RS485 ma myslim fungovat pri 9600bd az do 1.2 km ), tak potrebujete propojit zeme obvodu pro prijem/vysilani RS485. Podtrzene slovo "MUST" ve specifikaci od Modbus-IDA.ORG znamena, ze jde o povinny rys pro korektni implementaci MODBUSu po lince RS485. Autori teto specifikace jiste dobre vedeli proc. Ono se to nezda, ale rozdily potencialu mezi vzdalenymi misty mohou byt nekdy stovky, ba i tisice voltu. I kdyz budete mit galvanicky oddelene prevodniky, tak to muze nekde prolezt pres kapacitni vazby.
V praxi se vetsinou pouziva pojem RS485 pro oznaceni "2 dratove" linky (signaly RxTx+, RxTx- a GND), RS422 pro oznaceni "4 dratove linky" (signaly Rx+, Rx-, Tx+, Tx- a GND), kdyz napisete nekde RS422 automaticky se uvazuje "4 dratova" verze - coz je de facto nahrada RS232 pro vetsi vzdalenosti. Je to dane tim, ze jediny rozdil mezi RS422 a 4dratovou RS485 je v tom, jestli SLAVE odpojuji vystupni kanal (coz muze byt pouze otazka SW!). Zmatky ve znaceni a v zapojovani nejsou dany neznalosti lidi z praxe, ale mezerami v definici EIA RS485/RS422.