RS-422 vs RS-485: differentiaalinen sarjaliikenne vertailussa

RS-422 ja RS-485 ovat molemmat differentiaalisia sarjaliikennestandardeja, ja molempia löytyy edelleen teollisuuslaitteista, valaistuksenohjauksesta, rakennusjärjestelmistä ja vanhemmista laboratoriolaitteista. Ratkaiseva ero on topologia: RS-422 on yksi lähetin, joka syöttää enintään kymmentä vastaanottajaa, pisteestä pisteeseen tai pisteestä monipisteeseen, kun taas RS-485 on todellinen monipisteväylä, jossa enintään 32 yksikkökuormaa jakaa yhden parin ja lähettää vuorotellen. Jos yhdistät kahta laitetta pitkällä kaapelilla, kumpi tahansa käy; jos laitat useita laitteita yhteen kaapeliin, tarvitset RS-485:n.

Molemmat standardit on määritellyt EIA/TIA, ja molemmat käyttävät samaa ideaa: yhden maata vasten mitatun johtimen sijaan signaali on kahden johtimen, A:n ja B:n, välinen jännite-ero. Kaapeliin kytkeytyvä kohina ilmaantuu yleensä molempiin johtimiin yhtä suurena, joten vastaanottimen havaitsema ero pysyy puhtaana. Siksi nämä standardit yltävät paljon pidemmälle kuin 15 m (50 ft), jonka yksipäinen RS-232-sarjaliitännän nastajärjestys sallii.

RS-422 ja RS-485 rinnakkain

RS-422 on näistä kahdesta yksinkertaisempi. Yksi lähetin, enintään kymmenen vastaanottajaa, ja koska se käyttää tavallisesti kahta kierrettyä paria, se voi toimia full duplexina: data kulkee molempiin suuntiin yhtä aikaa. Se on luonteva valinta kahden laitteen väliseen linkkiin pitkällä kaapelilla, kuten ohjaimen ja etänäytön tai liikeanturin välillä.

RS-485 säilyttää differentiaalisen signalloinnin mutta lisää mahdollisuuden laittaa monta laitetta yhdelle parille. Standardi laskee väylälle 32 yksikkökuormaa; yksikkökuorma on määritelty tuloimpedanssi, ja lähetin-vastaanottimet, joiden luokitus on murto-osa yksikkökuormasta, sallivat tämän määrän ylittämisen. Laitteet jakavat parin ja lähettävät vuorotellen, minkä vuoksi RS-485 on tavallisesti half duplex kahdella johtimella. Nelijohdin-RS-485 tarjoaa full duplexin monipisteväylällä, jossa yksi isäntä lähettää yhdellä parilla ja orjat vastaavat toisella.

Etäisyys ja nopeus

Molemmat standardit yltävät 1200 m (4000 ft) hitaammilla nopeuksilla, ja molemmat yltävät 10 Mbps lyhyillä etäisyyksillä. Nämä kaksi lukua eivät ole käytettävissä yhtä aikaa: kun tiedonsiirtonopeus kasvaa, käyttökelpoinen kaapelipituus pienenee. 10 Mbps:n linkki on lyhyt penkki- tai kaappivetо; kohteen halki kulkeva pitkä veto toimii vaatimattomalla baudinopeudella. Rajan asettavat signaalin nousuaika ja kaapeli, ei pelkkä lähetin.

Käytä kierrettyä paria A- ja B-johtimille. Kolmas johdin signaalimaata varten on normaali käytäntö, vaikka signaali itsessään on differentiaalinen, koska molemmat päät tarvitsevat silti yhteisen vertailutason lähetin-vastaanottimien hyväksymällä alueella. Pitkillä rakennusten välisillä vedoilla maapotentiaalien erot voivat ylittää tämän alueen, ja ratkaisu on eristetty toistin tai kuitulinkki, ei paksumpi maajohdin.

RS-232 vs RS-485 käytännössä

Käytännön ero RS-232:n ja RS-485:n välillä ei ole jännitetasot vaan topologia ja kantama. RS-232 on yksipäinen, yksi lähetin yhteen vastaanottajaan, ja standardi sallii 15 m (50 ft) nopeudella 19 200 baudia, ja hitaammat baudinopeudet yltävät pidemmälle. RS-485 on differentiaalinen, yltää 1200 m (4000 ft) ja sallii monta laitetta yhdessä kaapelissa.

Siksi niin moni teollisuuslaite käyttää RS-485:tä ja niin moni penkkilaite RS-232:ta. Modbus RTU -verkko on RS-485: yksi isäntä kyselee ketjua mittareita, taajuusmuuttajia tai PLC:itä yhdellä kierretyllä parilla. Kannettava tietokone reitittimen konsoliporttiin kytkettynä on RS-232. Nämä kaksi eivät ole vaihtokelpoisia sähköisellä tasolla, ja RS-232-portin kytkeminen suoraan RS-485-väylään ei toimi ja voi vaurioittaa lähetin-vastaanotinta. Tarvitaan muunnin, ja muuntimen on vastattava sitä suunnanohjausta, jota väylä odottaa.

Modbus RS-485 -kytkentä

Modbus RTU RS-485:n päällä on yleisin paikka, jossa ihmiset kohtaavat tämän standardin, ja useimmat viat ovat kytkentävikoja eivätkä protokollavikoja.

• Ketju, ei tähti. Väylä kulkee laitteesta toiseen. Tähti, jossa useat kaapelit kohtaavat yhdessä pisteessä, luo haaroja, jotka heijastavat signaalia. Pidä mahdollinen haara lyhyenä.
• A:n ja B:n on oltava johdonmukaiset. Valmistajat merkitsevät parin eri tavoin, joskus A ja B, joskus D+ ja D-, joskus plus ja miinus. Jos väylä ei vastaa, parin vaihtaminen toisessa päässä on ensimmäinen kokeiltava asia.
• Päätä molemmat päät. 120 ohmin vastus A:n ja B:n väliin väylän kummassakin fyysisessä päässä, ei muualla. Väylän keskellä olevia laitteita ei päätetä.
• Bias, jos väylä leijuu. Kun yksikään lähetin ei ole aktiivinen, päätetty väylä voi asettua määrittelemättömälle tasolle ja vastaanotin voi tulkita kohinan dataksi. Bias-vastukset yhdessä pisteessä pitävät lepotilan vakaana.
• Maa ja suojavaippa. Vedä signaalimaa parin mukana ja kytke suojavaippa toisesta päästä maasilmukan välttämiseksi.

Päätevastus ja 120 ohmin sääntö

RS-485:n päätevastus on 120 ohmin vastus kahden signaalijohtimen välissä väylän kummassakin päässä. Arvo vastaa kierretyn parin ominaisimpedanssia, joten se absorboi signaalin sen sijaan, että päästäisi sen heijastumaan takaisin kaapelia pitkin. Heijastukset saapuvat vastaanottimeen ylimääräisinä reunoina ja turmelevat datan, ja vaikutus pahenee kaapelin pidentyessä ja tiedonsiirtonopeuden kasvaessa.

Kaksi virhettä on yleisiä. Ensimmäinen on päätevastusten asentaminen jokaiseen väylän laitteeseen: kun useita 120 ohmin vastuksia on rinnan, väylä ylikuormittuu ja signaalitaso laskee. Toinen on se, ettei asenneta yhtään: lyhyet penkkilinkit toimivat usein, mutta pettävät, kun kaapelia jatketaan. Päätä kaksi fyysistä päätä, ei mitään siltä väliltä.

RS-422 käyttää samaa 120 ohmin arvoa, mutta koska se on tavallisesti yksittäinen lähetin- ja vastaanotinpari, päätevastus tulee vastaanottavan parin kauempaan päähän. Jotkin lyhyet RS-422-linkit toimivat ilman päätevastusta; mitä pidempi kaapeli, sitä tärkeämpää se on.

Liittimet ja nastajärjestykset

Kumpikaan standardi ei määritä liitintä. RS-422 ja RS-485 esiintyvät DE-9-liittimissä, liitinrimoissa, RJ45-liittimissä, 5-napaisissa pyöröliittimissä ja valmistajakohtaisissa pistokkeissa, ja nastajärjestyksen asettaa laitteen valmistaja, ei standardi. Lue edessäsi olevan laitteen käyttöohje.

Kun käytetään DE-9-liitintä, yleinen RS-485-järjestely sijoittaa parin nastoihin 1 ja 2 tai nastoihin 3 ja 8, maan ollessa nastassa 5, mutta tämä on käytäntö eikä sääntö. Liitinrimoissa pari on yleensä merkitty A:ksi ja B:ksi tai D+:ksi ja D-:ksi, ja erillinen maaliitin on olemassa. RJ45-liittimessä DMX512-valaistuksenohjaus käyttää nastoja 1 ja 2 dataparille ja nastoja 7 ja 8 toiselle parille, jälleen käytännön mukaan.

Koska nastajärjestystä ei ole standardoitu, kaapeli, joka toimii yhden merkin kahden laitteen välillä, ei välttämättä toimi toisen merkin kahden laitteen välillä. Merkitse molemmat päät ja pidä muistiinpanoa käytetystä nastajärjestyksestä.

Tietokone RS-485-väylään

Useimmissa tietokoneissa ei ole enää sarjaporttia, joten linkki on yleensä USB-sovitin. USB-RS-485-sovitin sisältää muunninsirun ja lähetin-vastaanottimen, ja se tarvitsee oikean ajurin. Sudenkuopat ovat samat kuin muissakin sarjasovittimissa: väärennetyt muunninsirut voivat estyä aidon valmistajan ajureilta, eikä TTL-lähdöllä varustettu sovitin ole lainkaan RS-485-liitäntä. Samat säännöt pätevät kuin USB-sarjasovittimiin yleensä, lisähuomiona se, että RS-485-sovittimen on hoidettava lähetyssuunnan ohjaus joko automaattisesti tai kättelylinjan kautta.

Mikä menee pieleen

• Standardien sekoittaminen. RS-232, RS-422 ja RS-485 eivät ole keskenään vaihtokelpoisia. RS-232-portin syöttäminen RS-485-väylään tai päinvastoin voi vaurioittaa lähetin-vastaanotinta matalajännitepuolella. Käytä kunnollista muunninta.
• HVD matalajänniteväylällä. Suurjännitedifferentiaalilaitteita ei saa koskaan kytkeä yksipäiseen tai matalajännitedifferentiaaliväylään. Yhteensopimattomuus voi tuhota lähetin-vastaanottimet.
• Tähtikytkentä. Väylä on ketju. Haarat ja pistokkeet aiheuttavat heijastuksia, jotka ilmenevät satunnaisina virheinä, usein vain pitkillä kaapeleilla tai suuremmilla baudinopeuksilla.
• Väärä päätevastus. Päätevastukset jokaisessa laitteessa ylikuormittavat väylän; päätevastusten puuttuminen päistä jättää heijastukset. Molemmat tuottavat virheitä, jotka näyttävät protokollavioilta.
• A ja B vaihdettu. Väylä on mykkä. Vaihda pari toisessa päässä.
• Ei maareferenssiä. Differentiaalinen pari tarvitsee silti yhteisen vertailutason lähetin-vastaanottimen alueella. Ilman sitä pitkät rakennusten väliset vedot pettävät, ja maapotentiaalierot voivat vaurioittaa portteja.
• Kiertämätön kaapeli. Rinnakkaiset johtimet poimivat kohinaa eri tavoin kumpaankin johtimeen, mikä kumoaa differentiaalisen signalloinnin koko idean. Käytä kierrettyä paria.
• Liian monta yksikkökuormaa. Yli 32 tavallista yksikkökuormaa yhdellä väylällä tai täysien ja murto-osakuormien yhdistelmä, joka ylittää rajan, ylikuormittaa lähettimet.

Niiden välillä valitseminen

Kahden laitteen väliseen linkkiin pitkällä kaapelilla RS-422 on suoraviivainen vastaus: yksi lähetin, enintään kymmenen vastaanottajaa, full duplex kahdella parilla, päätetty kauempaan päähän. Verkkoon, jossa laitteita on yhdessä kaapelissa, RS-485 on vastaus: ketjutettu kierretty pari, 120 ohmin päätevastukset molemmissa päissä, signaalimaa ja protokolla kuten Modbus RTU tai DMX512 pitämään liikenne järjestyksessä. Molemmat yltävät 1200 m (4000 ft) hitaammilla nopeuksilla ja 10 Mbps lyhyillä etäisyyksillä, ja molemmat riippuvat paljon enemmän oikeasta kytkennästä kuin itse lähetin-vastaanottimista.