RS-422 vs RS-485: Diferansiyel Seri Karşılaştırma

RS-422 ve RS-485 her ikisi de diferansiyel seri standartlardır ve her ikisi de endüstriyel ekipmanlarda, aydınlatma kontrolünde, bina sistemlerinde ve eski laboratuvar cihazlarında hâlâ görülür. Önemli olan fark topolojidir: RS-422, noktadan noktaya veya noktadan çok noktaya, on alıcıya kadar besleyen tek bir sürücüdür; RS-485 ise 32 birim yükün tek bir çifti paylaşıp sırayla ilettiği gerçek bir çok noktalı veri yoludur. Uzun bir mesafede iki cihazı birleştiriyorsanız, her ikisi de işe yarar; tek bir kabloya birkaç cihaz bağlıyorsanız, RS-485 istersiniz.

Her iki standart da EIA/TIA tarafından tanımlanmıştır ve ikisi de aynı fikri kullanır: toprağa göre ölçülen tek bir kablo yerine, sinyal iki kablo (A ve B) arasındaki voltaj farkıdır. Kabloya kuplajlanan gürültü her iki kabloda eşit olarak görünme eğilimindedir, böylece alıcıdaki fark temiz kalır. Bu nedenle bu standartlar, tek uçlu RS-232 seri pinout’un izin verdiği 15 m (50 ft)‘nin çok ötesine ulaşır.

RS-422 ve RS-485 yan yana

RS-422 ikisinden daha basittir. Bir sürücü, on alıcıya kadar ve normalde iki bükümlü çift kullandığı için tam dupleks çalışabilir: veri her iki yönde aynı anda akar. Uzun bir kablo üzerinden iki ekipman arasındaki bağlantı için doğal seçimdir; örneğin bir denetleyicinin uzak bir ekranla veya bir hareket enkoderiyle konuşması.

RS-485 diferansiyel sinyalleşmeyi korur ancak tek bir çifte birçok cihaz koyma yeteneği ekler. Standart bir veri yolunda 32 birim yük sayar; birim yük tanımlanmış bir giriş empedansıdır ve birim yükün bir kesri olarak derecelendirilen alıcı-vericiler bu sayıyı aşmanıza izin verir. Cihazlar çifti paylaşır ve sırayla iletişim kurar, bu nedenle RS-485 genellikle iki tel üzerinde yarı duplekstir. Dört telli RS-485, çok noktalı bir veri yolunda tam dupleks sağlar; bir ana cihaz bir çiftten iletir ve köleler diğerinden yanıt verir.

Mesafe ve hız

Her iki standart da düşük hızlarda 1200 m (4000 ft)‘ye ulaşır ve her ikisi de kısa mesafelerde 10 Mbps’ye ulaşır. İki rakam aynı anda mevcut değildir: veri hızı arttıkça, kullanılabilir kablo uzunluğu düşer. 10 Mbps’lik bir bağlantı kısa bir tezgah veya pano bağlantısıdır; bir saha boyunca uzun bir mesafe mütevazı bir baud hızında çalışır. Sınır, yalnızca sürücü tarafından değil, sinyalin yükselme süresi ve kablo tarafından belirlenir.

A ve B iletkenleri için bükümlü çift kullanın. Sinyal kendisi diferansiyel olsa da, sinyal toprağı için üçüncü bir iletken normal uygulamadır, çünkü iki uç hâlâ alıcı-vericilerin kabul ettiği aralıkta ortak bir referansa ihtiyaç duyar. Binalar arasındaki uzun mesafelerde, toprak potansiyelindeki farklılıklar bu aralığı aşabilir ve daha ağır bir toprak teli yerine izole bir tekrarlayıcı veya fiber bağlantı çözümdür.

Pratikte RS-232 vs RS-485

RS-232 ile RS-485 arasındaki pratik fark voltaj seviyeleri değil, topoloji ve erişimdir. RS-232 tek uçludur, bir sürücüden bir alıcıya ve standart 19.200 baud’da 15 m (50 ft)‘ye izin verir, daha düşük baud hızları daha uzağa gider. RS-485 diferansiyeldir, 1200 m (4000 ft)‘ye ulaşır ve tek bir kabloya birçok cihaz koyar.

Bu nedenle bu kadar çok endüstriyel ekipman RS-485 ve bu kadar çok tezgah ekipmanı RS-232 kullanır. Bir Modbus RTU ağı RS-485’tir: bir ana cihaz, tek bir bükümlü çift üzerinden bir dizi sayacı, sürücüyü veya PLC’yi yoklar. Bir yönlendiricinin konsol bağlantı noktasına bağlanan bir dizüstü bilgisayar RS-232’dir. İkisi elektriksel düzeyde birbirinin yerine kullanılamaz ve bir RS-232 bağlantı noktasını doğrudan bir RS-485 veri yoluna bağlamak çalışmaz ve alıcı-vericiye zarar verebilir. Bir dönüştürücü gereklidir ve dönüştürücü, veri yolunun beklediği yön kontrolüyle eşleşmelidir.

Modbus RS-485 kablolama

RS-485 üzerinden Modbus RTU, insanların bu standartla en sık karşılaştığı yerdir ve arızaların çoğu protokol arızaları değil kablolama arızalarıdır.

• Papatya zinciri, yıldız değil. Veri yolu cihazdan cihaza gider. Birkaç kablonun bir noktada buluştuğu bir yıldız, sinyali yansıtan dallar oluşturur. Herhangi bir dalı kısa tutun.
• A ve B tutarlı olmalıdır. Üreticiler çifti farklı şekilde etiketler, bazen A ve B, bazen D+ ve D-, bazen artı ve eksi. Veri yolu yanıt vermiyorsa, bir uçta çifti değiştirmek denenecek ilk şeydir.
• Her iki ucu sonlandırın. Veri yolunun her fiziksel ucunda A ve B arasına 120 ohm’luk bir direnç ve yalnızca orada. Orta veri yolu cihazları sonlandırılmaz.
• Veri yolu boştaysa öngerilim uygulayın. Hiçbir sürücü etkin değilken, sonlandırılmış bir veri yolu belirsiz bir seviyede kalabilir ve alıcı gürültüyü veri olarak okuyabilir. Bir noktadaki öngerilim dirençleri boşta durumunu korur.
• Toprak ve ekran. Sinyal toprağını çiftle birlikte çekin ve toprak döngüsünden kaçınmak için ekranı bir uçtan bağlayın.

Sonlandırma ve 120 ohm kuralı

RS-485 sonlandırması, veri yolunun her iki ucunda iki sinyal teli arasına 120 ohm’luk bir dirençtir. Değer, bükümlü çiftin karakteristik empedansıyla eşleşir, böylece sinyali kablo boyunca geri yansıtmak yerine emer. Yansımalar alıcıya ekstra kenarlar olarak ulaşır ve veriyi bozar; etki kablo uzadıkça ve veri hızı arttıkça kötüleşir.

İki hata yaygındır. Birincisi, veri yolundaki her cihaza sonlandırıcı takmaktır: paralel birkaç 120 ohm’luk dirençle veri yolu aşırı yüklenir ve sinyal seviyesi düşer. İkincisi, hiç takmamaktır: kısa tezgah bağlantıları genellikle çalışır, sonra kablo uzatıldığında başarısız olur. İki fiziksel ucu sonlandırın ve arada hiçbir şeyi sonlandırmayın.

RS-422 aynı 120 ohm değerini kullanır, ancak normalde tek bir sürücü ve alıcı çifti olduğu için sonlandırıcı alıcı çiftin uzak ucuna gider. Bazı kısa RS-422 bağlantıları sonlandırma olmadan çalışır; kablo uzadıkça bu daha önemli hale gelir.

Konektörler ve pinout’lar

Hiçbir standart bir konektörü sabitlemez. RS-422 ve RS-485, DE-9 konektörlerde, terminal bloklarında, RJ45 jaklarda, 5 pinli dairesel konektörlerde ve tescilli fişlerde görülür ve pinout standart tarafından değil, ekipman üreticisi tarafından belirlenir. Önünüzdeki cihazın kılavuzunu okuyun.

Bir DE-9 kullanıldığında, yaygın bir RS-485 düzeni çifti pin 1 ve 2’ye veya pin 3 ve 8’e, toprağı pin 5’e koyar, ancak bu bir kural değil bir gelenektir. Terminal bloklarında çift genellikle A ve B veya D+ ve D- olarak işaretlenir, ayrı bir toprak terminali vardır. RJ45’te, DMX512 aydınlatma kontrolü veri çifti için pin 1 ve 2’yi ve ikinci bir çift için pin 7 ve 8’i kullanır, yine gelenek gereği.

Pinout standartlaştırılmadığı için, bir markanın iki cihazı arasında çalışan bir kablo, başka bir markanın iki cihazı arasında çalışmayabilir. Her iki ucu etiketleyin ve kullanılan pinout’un notunu tutun.

Bir PC’yi RS-485 veri yoluna bağlamak

Çoğu bilgisayarda artık seri bağlantı noktası yoktur, bu nedenle bağlantı genellikle bir USB adaptörüdür. Bir USB-RS-485 adaptörü bir dönüştürücü çipi ve bir alıcı-verici içerir ve doğru sürücüye ihtiyaç duyar. Tuzaklar diğer seri adaptörlerle aynıdır: sahte dönüştürücü çipleri, orijinal üreticinin sürücüleri tarafından engellenebilir ve TTL çıkışlı bir adaptör hiç RS-485 arayüzü değildir. Genel olarak USB’den seri adaptörler için geçerli olan aynı kurallar geçerlidir, ek olarak bir RS-485 adaptörünün iletim yönü kontrolünü otomatik olarak veya bir el sıkışma hattı aracılığıyla yapması gerektiği unutulmamalıdır.

Neler ters gider

• Standartları karıştırmak. RS-232, RS-422 ve RS-485 birbirinin yerine kullanılamaz. Bir RS-232 bağlantı noktasını RS-485 veri yoluna beslemek veya tersi, düşük voltaj tarafındaki alıcı-vericiye zarar verebilir. Uygun bir dönüştürücü kullanın.
• Düşük voltajlı veri yolunda HVD. Yüksek voltaj diferansiyel cihazlar asla tek uçlu veya düşük voltaj diferansiyel veri yoluna bağlanmamalıdır. Uyumsuzluk alıcı-vericileri yok edebilir.
• Yıldız kablolama. Veri yolu bir zincirdir. Dallar ve çıkıntılar, genellikle yalnızca uzun kablolarda veya daha yüksek baud hızlarında görülen aralıklı hatalar olarak ortaya çıkan yansımalara neden olur.
• Yanlış sonlandırma. Her cihazdaki sonlandırıcılar veri yolunu aşırı yükler; uçlarda sonlandırıcı olmaması yansımalara neden olur. Her ikisi de protokol hataları gibi görünen hatalar üretir.
• A ve B’nin yer değiştirmesi. Veri yolu sessizdir. Bir uçta çifti değiştirin.
• Toprak referansı yok. Diferansiyel çift hâlâ alıcı-vericinin aralığında ortak bir referansa ihtiyaç duyar. Bu olmadan, binalar arasındaki uzun mesafeler başarısız olur ve toprak potansiyeli farklılıkları bağlantı noktalarına zarar verebilir.
• Bükümsüz kablo. Paralel iletkenler gürültüyü her telde farklı alır, bu da diferansiyel sinyalleşmenin tüm amacını bozar. Bükümlü çift kullanın.
• Çok fazla birim yük. Tek bir veri yolunda 32 standart birim yükten fazlası veya sınırı aşan tam ve kesirli yük karışımı, sürücüleri aşırı yükler.

Aralarında seçim yapmak

Uzun bir kablo üzerinden iki cihaz arasındaki bağlantı için RS-422 basit yanıttır: bir sürücü, on alıcıya kadar, iki çift üzerinde tam dupleks, uzak uçta sonlandırılmış. Tek bir kablodaki cihaz ağı için RS-485 yanıttır: papatya zinciri bükümlü çift, her iki uçta 120 ohm sonlandırıcı, bir sinyal toprağı ve trafiği düzenli tutmak için Modbus RTU veya DMX512 gibi bir protokol. Her ikisi de düşük hızlarda 1200 m (4000 ft)‘ye ve kısa mesafelerde 10 Mbps’ye ulaşır ve her ikisi de alıcı-vericilerin kendisinden çok doğru kablolamaya bağlıdır.