Se for necessário conectar dispositivos de medição econômicos entre si, a interface RS485 com protocolo Modbus RTU permanece como referência. A configuração simples da topologia, a falta de sensibilidade à interferência EMC e o protocolo aberto têm sido recursos notáveis ​​da combinação do protocolo RS485 e Modbus RTU há anos. O nome completo do padrão RS485 é TIA / EIA-485-A. A atualização mais recente foi em março de 1998 e o padrão foi confirmado em 2003 sem alterações. A norma define apenas as condições da interface elétrica do emissor e do receptor, não diz nada sobre a topologia ou as linhas a serem utilizadas. Essas informações podem ser encontradas no TSB89 “Diretrizes de aplicação para TIA / EIA-485-A” ou nas descrições de aplicação dos fabricantes de módulo de driver RS485, como Texas Instruments ou Maxim. De acordo com o modelo OSI (Modelo de Referência de Interconexão de Sistemas Abertos) * apenas a “camada física” e não o protocolo é descrita. O protocolo usado pode ser selecionado de forma arbitrária, por exemplo, Modbus RTU, Profibus, BACnet etc.

A comunicação entre o remetente e o receptor ocorre em uma base com fio via cabo de par trançado blindado. Um par de cabos só deve ser usado aqui para A e B (Fig .: Imagem 1b). Se a interface não for separada galvanicamente, a conexão comum também deve ser encaminhada com ela (Fig .: Imagem 1b). Mais sobre isso mais tarde. A comunicação entre o emissor e o receptor ocorre em uma base cabeada por meio de um cabo de par trançado blindado. Um par de cabos só deve ser usado aqui para A e B (Fig .: Imagem 1b). Se a interface não for separada galvanicamente, a conexão comum também deve ser encaminhada com ela (Fig .: Imagem 1b). Mais sobre isso mais tarde. A comunicação entre o emissor e o receptor ocorre em uma base cabeada por meio de um cabo de par trançado blindado. Um par de cabos só deve ser usado aqui para A e B (Fig .: Imagem 1b). Se a interface não for separada galvanicamente, a conexão comum também deve ser encaminhada com ela (Fig .: Imagem 1b). Mais sobre isso mais tarde.

Fig .: Imagem 1

A transferência de dados ocorre por meio de um sinal de tensão serial diferencial entre as linhas [A] e [B]. Como os dados são transferidos nas linhas entre o emissor e o receptor, também se refere aqui a half-duplex ou operação alternada. Cada receptor ou emissor tem uma conexão invertida e uma não invertida. A transferência de dados ocorre simetricamente. Isso significa que se uma linha tem um sinal “alto”, a outra tem um sinal “baixo”. A linha A é, portanto, complementar à B e vice-versa. A vantagem de medir a diferença de tensão entre A e B é que a interferência de modo comum não tem grande influência.

Qualquer interferência de modo comum é acoplada em ambas as linhas de sinal de maneira aproximadamente igual e, devido à medição diferencial, portanto, não tem influência sobre os dados a serem transferidos. O emissor (driver) gera uma tensão de saída diferencial de pelo menos 1,5 V com carga de 54 Ohms. O receptor tem uma sensibilidade de +/- 200 mV (Fig. Imagem 2).

Fig .: Imagem 2

A – B <0,25 V = Lógica 1
A – B> 0,25 V = Lógica 0

A rotulagem das conexões A / B geralmente não é uniforme. O que é A com um fabricante, pode ser B com o próximo. Por que isso acontece?

Fig .: Imagem 4

V O = tensão diferencial A – B

V OB = Tensão entre B e C

V OA = Tensão entre A e C

V OS = tensão de deslocamento do driver

A tensão VCM (Common Mode Voltage) é a soma das diferenças de potencial GND entre os participantes RS485 (Fig .: Imagem 5), a tensão de deslocamento do driver e o ruído de modo comum (Vnoise), atuando na linha do barramento. Os fabricantes do driver RS485 fornecem uma faixa de voltagem para VCM de -7 a 12 V. Com problemas de comunicação, esta faixa de voltagem – resultante das diferenças de potencial entre emissor e receptor – é frequentemente impedida se a interface não for galvanicamente separada pela configuração ou não for comum linha existe. A imagem 6 mostra o cálculo da tensão de modo comum.

Fig .: Imagem 5

Abb .: Bild 5.1

Fig .: Imagem 6

Abb .: Bild 6.1

VGPD é a diferença de potencial entre emissor e receptor aqui GND (PE). As diferenças de potencial entre as conexões (aterramento) geralmente surgem com a maior expansão espacial do barramento RS485. Essas diferenças de potencial surgem em particular com instalações elétricas mais antigas, porque nenhuma equalização de potencial interligada existe em muitos casos. Além disso, os efeitos do raio resultam na diferença de potencial entre as conexões PE no sistema de distribuição que se aproxima de centenas ou milhares de volts. Também é possível, em condições normais, que diferenças de potencial de alguns volts possam existir devido às correntes de equalização das cargas. Vnoise (ruído de modo comum) é uma tensão de interferência que pode ter as seguintes causas:

• Tensão de interferência induzida por um campo magnético na linha do barramento
• Acoplamento capacitivo com peças do sistema que não são separadas galvanicamente (“capacidades parasitas”)
• Acoplamento galvânico
• Acoplamento radiante
• Descarga eletrostática

Fig .: Imagem 7

Fig .: Imagem 8

O barramento é “capaz de multiponto” e é possível conectar até 32 participantes sem repetidor. A melhor topologia de rede aqui é a “ligação em cadeia”. Isso significa que o cabo do barramento passa diretamente de escravo para escravo.

É necessário observar que as linhas de stub (ramos) devem ser evitadas em geral. As linhas stub causam reflexos no ônibus. Em teoria, é viável calcular uma possível linha de stub dependendo do transceptor usado. No entanto, isso é complexo na prática. O comprimento de uma possível linha de stub depende muito do tempo de aumento do sinal do transceptor usado e deve ser inferior a 1/10 do tempo de aumento do sinal do driver. Quanto maior for a taxa de Baud possível do transceptor, menor será o tempo de subida do sinal do driver. Isso significa que é necessário saber qual IC foi instalado com os participantes do barramento. Além disso, a velocidade do sinal do cabo também deve ser aplicada no cálculo. Por esse motivo, deve-se evitar linhas de stub em geral.

Fig .: Imagem 9

Outra causa de interrupções de comunicação são reflexos de barramento. Uma reflexão surge se o sinal do emissor não foi totalmente absorvido pela carga. A impedância da fonte deve refletir a impedância da carga e a impedância do surto da linha, porque a potência total do sinal é atingida por meio disso e apenas as reflexões mínimas surgem. A comunicação serial da interface RS485 funciona de forma mais eficiente quando a fonte e a impedância de carga são harmonizadas em 120 Ohm. Por este motivo, o padrão RS485 recomenda uma linha de barramento com impedância de surto de linha de Z0 = 120 Ohm. Para que as reflexões sejam evitadas no barramento, a linha do barramento deve ser equipada com um resistor de terminação no início e no final, e isso deve refletir a impedância de surto da linha.

Fig .: Imagem 10

Se as entradas do receptor estiverem na faixa de -200 mV a + 200 mV, a saída do módulo receptor é indeterminada, ou seja, não é possível realizar uma avaliação do sinal RS485.

• Nenhum remetente ativo
• A linha de ônibus foi interrompida (por exemplo, quebra de linha)
• A linha de ônibus entrou em curto-circuito (por exemplo, linha danificada, etc.)

Nessas condições, o barramento RS485 deve ser colocado em um status de sinal definido. Alguns barramentos de comunicação não apresentam este problema porque existe apenas um emissor, por exemplo, que controla a linha. O remetente está ativo ou inativo. No entanto, como o barramento RS485 é compatível com multiponto, vários remetentes podem ser conectados.

Para que o status do sinal seja claro nas condições acima mencionadas, geralmente se usa um resistor de “pull up” entre +5 V e a linha de sinal A e um resistor de “pull down” entre GND e a linha de sinal B. Os resistores podem, teoricamente, ser colocado em um ponto arbitrário no ônibus. No entanto, eles geralmente são usados ​​com um mestre em um grupo divisor de potencial com resistor de terminação porque existem conectores prontamente montados para esse propósito.

Com alguns fabricantes geralmente só se encontra uma recomendação para instalar um resistor de terminação no início e no final, para que as reflexões possam ser evitadas (ver seção sobre terminação ou configuração de barramento UMG 604 com UMG 103). Por que isso acontece?

Neste caso os fabricantes utilizaram transceptores para a interface RS485, que já possuem um Failsafe Bias interno integrado no chip, ou seja, com 0 V na entrada do receptor por exemplo, a saída tem automaticamente um estado lógico “Alto”. Com Maxim (como usado no UMG 604 e UMG 103) a função é chamada de “True fail-safe”. Um Failsafe Bias externo só permanece necessário se os participantes estiverem conectados ao mesmo barramento, que não possuem essa função. A carga do barramento não é afetada pela função “True fail-safe”.

Os participantes do barramento geralmente obtêm sua tensão de alimentação em diferentes áreas da instalação elétrica. Com instalações elétricas mais antigas em particular, é portanto possível que diferenças de potencial consideráveis ​​possam surgir entre os aterramentos. No entanto, para uma comunicação sem falhas, a tensão Vcm só pode ficar na faixa de -7 a +12 V, ou seja, a tensão VGPD (diferenças de potencial de terra) deve ser a menor possível (imagem 11a, imagem 5). Se a interface RS485 não estiver separada galvanicamente da tensão de alimentação, a conexão comum deve ser encaminhada com ela (imagem 11 b). No entanto, a conexão com as conexões comuns pode resultar em um loop de corrente, ou seja, sem medidas adicionais, uma corrente de compensação mais alta fluirá entre os participantes do barramento e o aterramento.

Uma alternativa melhor é a separação galvânica da interface RS485 da tensão de alimentação por meio de um conversor DC / DC interno e um isolador de sinal. Isso significa que as diferenças de potencial no solo não têm efeito sobre o sinal. O sinal diferencial, portanto, “flutua”. Melhor ainda é a separação galvânica da interface RS485 em combinação com uma conexão comum.

A imagem 12 mostra a operação mista entre participantes de interfaces galvanicamente separadas e não galvanicamente separadas. Os participantes com RS485 galvanicamente separado não têm nenhuma conexão comum no exemplo. Neste caso, é necessário garantir que as conexões comuns dos participantes estejam conectadas entre si. Apesar disso, podem surgir interferências de comunicação devido aos capacitores de acoplamento EMC. Isso faz com que os participantes não separados galvanicamente não consigam mais interpretar o sinal. Neste caso, o barramento deve ser separado e um acoplamento galvânico adicional deve ser integrado entre os circuitos participantes.

Observação: A blindagem nunca deve ser conectada à conexão comum da interface RS485. Isso resultaria em falhas sendo diretamente acopladas ao GND do transceptor RS485.

Fig .: Imagem 11

Fig .: Imagem 12