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RS485

Über diesen Artikel

Lesezeit

3 Minuten

Veröffentlichung

23.11.2020

Letztes Update

18.08.2022

RS485 – Definition des Standards für die serielle Datenübertragung, Pinbelegung und Protokoll

Inhalt des Wiki-Artikels

RS485 – Standard für die serielle Datenübertragung in Hochgeschwindigkeit

RS485 ist eine Schnittstelle, die serielle Hochgeschwindigkeitsübertragungen von Daten über große Entfernungen ermöglicht. Sie ist in der industriellen Automatisierung weit verbreitet, wird aber nach und nach durch Schnittstellen, die auf Ethernet basieren, abgelöst. Die RS485 ist ein bidirektionales Bussystem, das bis zu 32 Teilnehmer – Sender und Empfänger – zulässt. Unter Verwendung eines Transceiver-IC, der die Belastung durch den Busknoten reduziert, können sogar bis zu 128 Teilnehmer angeschlossen werden. Eine Definition der elektrischen Spezifikationen von Sendern und Empfängern enthält die RS485-Norm.1

Ausführungen der Schnittstelle RS485

Der RS485-Bus kann entweder als Zwei-Draht- oder als Vier-Draht-System ausgeführt sein. Ein Buskabel mit einer Maximallänge von 500 Metern bildet die Grundlage für das Zwei-Draht-System, über eine Stichleitung werden die Teilnehmer angeschlossen. In dieser Ausführung bietet die RS485-Schnittstelle den Vorteil der Multimaster-Fähigkeit, das heißt, dass grundsätzlich jeder Teilnehmer mit jedem anderen Teilnehmer Daten austauschen kann. Sie ist allerdings nur halbduplexfähig: Lediglich ein Übertragungsweg ist gegeben, so dass immer nur ein Sender Daten abschicken kann. Erst wenn die Datenübertragung abgeschlossen ist, können Antworten der Teilnehmer versendet werden. Eine gängige Anwendung der Zwei-Draht-Technik ist der sogenannte Profibus.

Ein RS485-Vier-Draht-Bus basiert auf dem Master/Slave-System. Der Datenausgang des Masters wird auf die Dateneingänge der Slaves verdrahtet, die Ausgänge der Slaves werden zusammen zum Eingang des Masters geführt. Ein Beispiel für die Vier-Draht-Technik ist der DIN-Messbus nach der DIN-Norm 66 348. Beim RS485-Protokoll können mehrere Geräte den gleichen Bus nutzen, mittels eines Bus-Terminators ist es möglich, mehrere Geräte abzufragen.2

Datenübertragung in einem RS485-Bus

Beim RS485 werden Daten mittels eines differenziellen und seriellen Spannungspegels zwischen zwei korrespondierenden Leitungen übertragen. Alle Teilnehmer verfügen über einen invertierten und über einen nicht invertierenden Anschluss, für Übertragungssignale gibt es ein Aderpaar, das sich aus einer invertierten und einer nicht invertierten Signalleitung zusammensetzt. Gewöhnlich wird die invertierte Leitung mit einem A oder einem Minuszeichen und die nicht invertierte Leitung mit einem B oder einem Pluszeichen bezeichnet. Die Datenübertragung läuft symmetrisch ab, wenn eine Leitung ein High-Signal hat, hat die andere ein Low-Signal. Vom Empfänger wird die Differenz zwischen den beiden Leitungen ausgewertet, was den Vorteil hat, dass Gleichtaktstörungen auf der Übertragungsleitung das Nutzsignal nicht verfälschen und deshalb die Übertragung der Daten nicht beeinträchtigen. Die differenzielle Ausgangsspannung des Senders liegt in der Regel bei mindestens 1,5 Volt an 54 Ohm Last, die Empfindlichkeit des Empfängers beträgt ± 200 Millivolt. Dabei ist der Differenzspannungspegel dem logischen Zustand folgendermaßen zugeordnet:

A – B < – 0,25 V = MARK = OFF = Logisch 1

A – B < + 0,25 V = SPACE = ON = Logisch 0

Modbus: Protokoll für RS485

Der Austausch von Daten über den RS485-Bus erfolgt vorwiegend über das Protokoll Modbus. Durch das Protokoll wird die Kommunikation zwischen Master und Slaves geregelt. Während der Host Anfragen startet, antworten die Slave-Geräte lediglich. Sind mehrere Geräte parallel an den RS485 angeschlossen, muss jedem eine eindeutige Slave-ID zugewiesen werden. Bei einer Anforderung kontaktiert der Master die ID des Zielgeräts, die darauf erfolgende Antwort des Slaves beginnt immer mit seiner ID. Die Konfiguration der Slave-IDs muss korrekt ausgeführt sein, damit die Kommunikation über das Modbus-Protokoll wie vorgesehen funktioniert. Darüber hinaus müssen Geschwindigkeit und Parität synchron sein.3

Pinbelegung bei einer RS485-Schaltung

Der Standard RS485 ist ein Physical-Layer-Bus-Design, das besonders oft in Anwendungen der Industrie und der Messtechnik verwendet wird. Er kommt unter anderem bei Netzwerken zur Prozesssteuerung, dezentralen Bedieneinheiten sowie Geräten für die Gebäudeautomatisierung wie Heizungen, Lüftungen, Klimaanlagen und Sicherheitssystemen zum Einsatz. In den Systemen der praktischen Anwendung können transiente Spannungen, Schwankungen der Versorgungsspannung, induktive Schaltvorgänge oder elektrostatische Entladungen auftreten, welche das Risiko bergen, dass die Schnittstellen der Kommunikationsgeräte Schaden nehmen. Um sicherzustellen, dass eine Schaltung auch in einer Umgebung mit elektromagnetischen Störungen ordnungsgemäß funktioniert, müssen die geltenden Vorschriften zur elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) berücksichtigt werden. Die Anforderungen an die EMV-Konformität sind in der Norm IEC 61000 festgehalten. Gegen folgende drei Arten von Störungen müssen RS485-Schaltungen gesichert werden:

  • Elektrostatische Entladungen (ESD)
  • Schnelle Transienten (EFT)
  • Überspannungen

Dafür kann ein RS485-Bus mit dem Transceiver ADM3485E kombiniert werden. Der Daten-Transceiver ist auf 3,3 Volt ausgelegt und für die Halbduplex-Kommunikation auf Multipoint-Übertragungsleitungen geeignet. Die Pinbelegung ist ausschlaggebend für eine sichere Funktion des RS485. Die Übertragung der Daten erfolgt über den Pin DI, über den Pin RO werden die Daten empfangen. Der Eingangspin DI und die Ausgangspins RO sind direkt mit einem vierpoligen Stecker verbunden. Treiber- und Empfängerausgänge können aktiviert beziehungsweise abgeschaltet werden. Die Pins DE und RE\ sind Logikeingänge. Eine Abschaltung wird dadurch ausgelöst, dass die Logikpegel dieser Pins in einen hochohmigen Zustand versetzt werden.4

Galvanische Trennung beim RS485

Eine galvanische Trennung ist laut der RS485-Norm bei der Schnittstelle zwar nicht direkt vorgeschrieben, aber sinnvoll. Denn die Empfängerkomponenten sind empfindlich gegenüber einer Verschiebung der Massepotenziale und Potenzialverschiebungen sind in industrieller Umgebung gewöhnlich unvermeidbar. Die Installation einer galvanischen Trennung nach der ISO 9549 sollte aus diesem Grund besser erfolgen.5

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