RS485-Kommunikations anleitung

Wie lange kann RS485 sein?

Das auf der RS-485-Schnittstelle aufgebaute Kommunikationsnetzwerk besteht aus Transceivern, die über ein verdrilltes Paar (zwei verdrillte Drähte) verbunden sind. Das Grundprinzip der RS-485-Schnittstelle ist die differentielle (symmetrische) Datenübertragung. Das heißt, ein Signal wird über zwei Drähte transportiert. Dabei überträgt eine Ader des Paares das Originalsignal und die andere transportiert seine inverse Kopie.

Durch die differentielle Signalübertragung besteht immer ein Potentialunterschied zwischen den Adern. Dies gewährleistet eine hohe Beständigkeit gegen Gleichtaktstörungen. Zusätzlich kann das Twisted Pair geschirmt sein, was den Schutz der übertragenen Daten gewährleistet. All dies ermöglicht das Senden von Daten über große Entfernungen mit relativ hohen Geschwindigkeiten, die 100 kbit/s bei 4000 Fuß .

4000 Fuß oder etwa 1200 Meter ist die maximale Kabellänge bei der RS-485-Kommunikation. Als allgemeine Richtlinie gilt jedoch, dass das Produkt aus Leitungslänge (in Metern) und Datenrate (in Bit pro Sekunde) nicht mehr als 10^8 betragen sollte. Beispielsweise erlaubt ein 20 Meter langes Kabel eine maximale Datenrate von 5 Mbit /s.

Was ist das RS485-Modbus-Protokoll?

Eines der Hauptmerkmale, das die RS485-Kommunikation von jeder anderen seriellen Kommunikation unterscheidet, ist das Format der ausgetauschten Daten. Während sich RS232-Geräte über Textprotokolle (ASCII) verbinden, verwenden die meisten RS485-Geräte Modbus.

Modbus ist ein serielles Kommunikationsprotokoll, das in Industriellen elektronischen Geräten weit verbreitet ist. Bei Modbus wird die Verbindung zwischen einem Master (Host) und Slaves (COM-basierte Geräte)* hergestellt. Modbus hilft dabei, auf die Konfiguration der Geräte zuzugreifen und die Maßnahmen auszulesen.

* Am 9. Juli 2020 ersetzte die Modbus Organization Master-Slave durch Client-Server um die Modbus-Kommunikation zu beschreiben, die gekennzeichnet wird durch die Kommunikation zwischen Client-Gerät(en), das die Kommunikation initiiert und Anfragen an Server-Geräte(s) stellt, die Anfragen verarbeiten und eine entsprechende Antwort zurückgeben (oder Fehlermeldung).

Der Datenaustausch wird von einem Host initiiert. Der Host kann seinen RS-485-Treiber selbstständig in den Sendemodus schalten, während die anderen RS485-Treiber (Slaves) im Empfangsmodus arbeiten. Damit ein Slave dem Host über die Kommunikationsleitung antwortet, sendet ihm der „Master“ einen speziellen Befehl, der dem vorgesehenen Gerät das Recht gibt, seinen Treiber für eine gewisse Zeit in einen Übertragungsmodus zu schalten.

RS485 vs RS232: Vergleich der seriellen Kommunikationsprotokolle

Die seriellen Kommunikationsprotokolle RS485 und RS232 werden seit über 50 Jahren verwendet und sind immer noch weit verbreitet in Unternehmen und Industrie. Die Erweiterung der Möglichkeiten des RS232-Standards war der Anstoß zur Entwicklung des RS485-Protokolls. Die folgende Tabelle gibt einen Überblick über die beiden Standards.

Werfen wir nun einen Blick auf die Hauptunterschiede zwischen den beiden Protokollen.

Anzahl der Sender und Empfänger

Die serielle RS232-Schnittstelle dient zum Anschluss von zwei Geräten. Das Protokoll ermöglicht die Kommunikation zwischen einem einzelnen Sender und Empfänger. Über eine RS485-Schnittstelle können bis zu 32 serielle Geräte an einen Sender angeschlossen werden.

Die effektive Nutzung serieller Geräte erfordert oft die Konvertierung zwischen RS232-, RS485- und USB-Signalen. Dies ist teilweise auf die Konzentration der Hardwarehersteller auf die Bereitstellung von USB-Konnektivität anstelle von seriellen Anschlüssen auf Laptops und Desktop-Computern zurückzuführen. Die Konvertierung ermöglicht die Koexistenz älterer Geräte mit neuer Hardware ohne serielle Schnittstellen.

Einsatzdistanz

Geräte, die das RS232-Protokoll verwenden, sind auf eine Entfernung von 15 Metern zwischen Sender und Empfänger beschränkt, wobei gleichzeitig die maximale Datenübertragungsrate erreicht wird. Diese Länge kann erweitert werden, wenn langsamere Datenraten tolerierbar sind.

Die Reichweite wird beim RS485-Protokoll erheblich erhöht. Das Protokoll unterstützt maximale Datenraten bei einer Länge von 1200 Metern, was das RS485-Protokoll zu einer ausgezeichneten Wahl für die Kommunikation zwischen physisch entfernten Geräten macht.

Datenübertragungsgeschwindigkeit

Die mit einer RS232-Schnittstelle mögliche Übertragungsgeschwindigkeit beträgt 1Mb/s für eine Entfernung von bis zu 15 Metern. RS485 bietet höhere Geschwindigkeiten von bis zu 10Mb/s über eine Entfernung von 15 Metern. Bei einer maximalen Länge von 1200 Metern überträgt das RS485-Protokoll Daten mit 100 Kb/s.

Bedenken hinsichtlich elektrischer Störungen und Erdpotential

Eine RS232-Schnittstelle ist ein auf Spannungspegeln basierendes System und funktioniert optimal in Situationen, in denen es minimale Unterschiede im Erdpotential. Umgebungen mit hohem elektrischem Rauschen und veränderlichem Erdpotential beeinträchtigen die Fähigkeit von RS232, Daten effizient zu übertragen, und können zu Datenverlust oder -korruption führen.

Das RS485-Protokoll verwendet ein Differenzspannungssystem, das einen effektiven Betrieb in Umgebungen mit höheren elektrischen Rauschpegeln ermöglicht. Ein Nebenprodukt des Differenzspannungssystems ist die verlängerte Datenübertragungsdistanz, die höhere Übertragungsgeschwindigkeit und die niedrigere Spannungsnutzung bei RS485.