RS-485

busz rs_485 en: Recommanded Standard 485

Az RS-485 szabványt 1983-ban jelentette meg az EIA, és a szabvány legutolsó felülvizsgálata 1998 március 3.-án történt, a szabvány teljes neve TIA/EIA-485-A (PN-3498 Project Number), az európai változatának neve pedig ISO/IEC 8482.

Az RS-ek (232, 422, 485) paramétereinek összevetését itt találja.

Az RS-485 az automatizálástechnikában leggyakrabban alkalmazott busz. Az ISO modell szerinti besorolásban a legalsó, fizikai szintet foglalja el, és az átviteli tulajdonságaira épülnek rá a protokolok. Az RS-232-vel szemben - ami csak pont-pont kapcsolatra képes, az RS-485 valóban busz tulajdonságokkal bír, ennek előnyei:

elvileg alkalmas a 2Mbit-es átvitelre
a busz egy szegmensére jellemzően maximum 32 állomás lehet felfűzve, de ez az érték 128-ig emelhető
az átvitel több száz méteren biztosítható
alacsony a költségvonzata: a driver sokféle kivitelben, több gyártótól kapható
hibatűrő kommunikáció

Hátrányai:

két vezetéken csak half duplex átvitelre képes
a full duplex átvitelhez négy vezetékre van szüksége
a vezérlő részéről saját vezénylőszignált igényel
nem támogatja a multimaster megoldásokat

A multimaster az RS-485-én csak akkor lehetséges, hogy ha a ráépített protokoll garantálja, hogy a két master nem szólal meg egyidőben. Ennek a korlátozásnak az egyik megvalósítási módszere a token, amit a Profibus is alkalmaz.

Az RS szabványok összehasonlítását itt találja.

	RS-485
Működési mód	szinkron átvitel
Meghajtók és vevők száma egy vonalon	32 állomás szegmensenként
Adatátvitel módja	félduplex
Adatátvitel	multipoint
Max. kábelhosszúság	1200 m
Max. adatátvitel 12 m 1200 m	35 Mbps 100 kbps
Max. jelváltozási sebesség (slew rate)	n.a.
Vevő bemeneti ellenállás	≧ 12 kΩ
Meghajtó terhelés- impedancia	54 Ω
Vevő „holtsáv”	±200 mV
Vevő feszültségszint	–7..12 V
Meghajtó kimenő feszültség max.	–7..12 V
Meghajtó kimenő feszültség min. (terheléssel)	±1.5 V
Meghajtó kimeneti rövidzárási áram limit	150 mA tól Test felé 250 mA Vcc felé
Vevő hiszterézis	50 mV

Szint	Magyarul	Németül	Angolul
7	Alkalmazási réteg	Anwendungsschicht	Application layer
6	Megjelenítési réteg	Darstellungsschicht	Presentation layer
5	Viszonylati réteg	Kommunikationssteuerungsschicht	Session layer
4	Forgalmazási réteg	Transportschicht	Transport layer
3	Hálózati réteg	Vermittlungsschicht	Network layer
2	Adatkapcsolati réteg	Sicherungsschicht	Data Link layer
1	Fizikai réteg	Physikalische Schicht	Physical layer

Az RS-485 átvitel - csakúgy, mint az összes, RS-ben definiált protokoll - a fizikai réteg szerepét tölti be, a jelprotokoll nem kerül ebben definiálásra - meglehetősen sok protokoll esetében (Profibus, Interbus, Modbus,.. ezekrol bovebben itt talál áttekintést). Az RS-485-öt magában, „csupaszon” is lehet alkalmazni, de ebben az esetben a fizikai réteg feletti feladatok megvalósítását nekünk kell megoldanunk.

Az RS-485 egy szimmetrikus átviteli mód. Az EIA-485 megnevezés azonos az RS-485 standard-dal, de a forrás-dokumentum szerint az RS-485 elnevezés elavult - ezt a tapasztalatom nem támasztja alá. A 32 egység / szegmens elvi határon belül az adó és vevő egységek száma szabadon variálható (multipoint). A multi-drop (broadcast) felosztás az egyik leggyakrabban alkalmazott (decentrális periféria) megoldás, amikor egy adóhoz tartozhat maximum 31 vevő egység.

A maximum 32 egység / szegmens határ az előre definiált meghajtó terhelés (Unit Load [UL]) mellett érvényes, ami az RS-485 esetében 12 kΩ. Az egységek száma emelhető, ha a meghajtó terhelés csökken. Jellemzően ezt - az UL-t - a negyedére (48 kΩ) vagy nyolcadára (96 kΩ) szokás csökkenteni, így az állomások száma rendre 128-ra, vagy 256-ra emelhető. Hálózati erősítővel (repeater-rel) az állomások száma szintén emelhető, erre példa a Profibus.

Az RS-485 120 Ω vonalimpedanciát tételez fel a vezetéktől, ezt jellemzően STP vezeték alkalmazásával szokás teljesíteni. A szegmens két végét 680 Ω-os 120W-os (10%, 1/2 watt) véglezárókkal szükséges zárni.

Az RS-485-nek nincs definiálva maximális hossz, de jellemzően a jeleket 1200 méter távolságig tudja továbbítani, és kb. 50 méterig lehet biztosítani a 10 Mbps átvitelt. Az átviteli ráta / távolság hányadosa jelentősen függ az alkalmazott vezeték minőségétől és a vonali erősítők (repeater-ek) számától.

A meghajtó kimenő feszültsége +12V..-7V tartományban kell, hogy maradjon. A +0.2V..-0.2V a holtsáv. A +0.2V..+6V tartomány a vevő oldalon a logikai „0” értéknek felel meg, a -0.2V..-6V tartomány pedig a logikai „1”-nek.

Az RS-485 átvitel a PROFIBUS rendszerekben leggyakrabban alkalmazott átviteli technológia. Gyakran hivatkoznak rá H2 néven is. Alkalmazási területe magában foglalja a nagy átviteli sebességet és egyszerű, olcsó installációt igénylő területeket. Egy vezetőpáras, árnyékolt, sodrott érpárt használ fel.

Az RS-485 átviteli technológia nagyon egyszerűen kezelhető. A sodrott érpár bekötése nem igényel szaktudást. A busz struktúrája lehetővé teszi állomások hozzáadását és eltávolítását, a rendszer lépésről lépésre történő felállítását a többi állomás zavarása nélkül. A későbbi bővítéseknek nincs hatása a már működő állomásokra.

Az átviteli sebesség 9.6 kbit/sec és 12 Mbit/sec között választható meg. A rendszer összeállításakor egy átviteli sebességet kell meghatározni az összes berendezés számára. A sebesség meghatározásához figyelembe kell venni a vezeték típusát.

A tipikus hálózati kiépítés a lenti ábrán látható.

A fenti ellenállás értékek „A” típusú vezetékre értendők - ebben az esetben a baudrate > 500 kBaud. „B” típusú vezeték esetén az ellenállások így módosulnak: 390 → 330 Ω, 220 → 120 Ω. A baudrate ebben az esetben 500 kBaud alá csökken. Két állomás összekötése esetén így néz ki a kötésrajz:

Hálózati topológia	Lineáris busz, mindkét végén aktív lezárással, lezárás nélkül csak ⇐ 1.5 Mbit/sec átvitel valósítható meg
Átviteli közeg	Árnyékolt sodrott érpár. Az árnyékolás a környezeti feltételektől (EMC) függően elhagyható
Állomások száma	32 állomás szegmensenként repeaterek nélkül, max. 127 állomás repeaterek-kel
Csatlakozók	Jellemzően 9 tűs D csatlakozó

Minden eszköz a buszhoz - lánc topológiával - csatlakozik. Egy szegmensre maximum 32 állomás (master vagy slave) csatlakoztatható. A szegmensek mindkét végét aktív buszvégződéssel kell lezárni.

A hibamentes működés biztosításához gondoskodni kell a buszvégződések tápfeszültség-ellátásáról. Sok gyártó kínálja eszközeit és csatlakozóit bekapcsolható buszvégződéssel. Ha az állomások száma meghaladja a 32-t, repeater-eket (vonali erősítők) kell használni a busz szegmensek összekötésére.

A legnagyobb kábelhossz az átviteli sebességtől függ. A megadott kábelhosszak repeater-ek használatával növelhetők, de 3-nál több repeater soros alkalmazása nem javasolt.

RS-485 'A' típusú vezeték technikai adatai

Impedancia	135 - 165 Ohm
Kapacitás	< 30 pf/m
Hurokellenállás	110 Ohm/km
Vezetékméret	0.64mm
Vezető terület	> 0.34mm²

RS-485 ’A’ típusú vezeték jellemző kbps adatok a hossz függvényében

Baud rate (kbit/sec)	9.6	19.2	93.75	187.5	500	1500	12000
Távolság/szegmens	1200 m	1200 m	1200 m	1000 m	400 m	200 m	100 m

Állomások csatlakoztatásakor meg kell győződni arról, hogy az adatvonalak nem cserélődtek-e fel. Az árnyékolt adatvonalak használata nagy elektromágneses terekben (pl. autógyárak) létfontosságú a rendszer védettsége szempontjából. Az árnyékolás az elektromágneses kompatibilitás (EMC) növelésére szolgál. Az árnyékoló fonatot vagy fóliát a vezeték mindkét végén földelni kell. Ajánlott továbbá az adatvonalak elkülönítése a nagyfeszültségű kábelektől.

A lezárás nélküli vonalak használatát 500 kbit/sec átviteli sebesség fölött kerülni kell. A jelenleg kapható csatlakozók lehetővé teszik, hogy a bejövő és kimenő adatvonalak közvetlenül a csatlakozóhoz kapcsolódjanak. Ez azt jelenti, hogy nincs szükség lezárás nélküli vonalakra, hiszen a csatlakozó a többi állomás zavarása nélkül bármikor hozzákapcsolható a buszhoz illetve levehető róla.

Profibus csatlakozó

de: Profibus Stecker en: Profibus connector

A Profibus csatlakozókba jellemzően már a véglezárást lehetővé tevő kapcsolót is beépítették. Ennek „ON” állása jelzi, hogy a csatlakozó az adott állomás csatolása mellett a szegmenst is lezárja.