RS-⁠485: что это такое, интерфейс RS-⁠485 для опроса счётчиков

RS-⁠485: это стандарт физического интерфейса последовательной связи, который описывает, как по паре проводов передаются электрические сигналы между несколькими устройствами. Он задаёт уровни напряжения, способ передачи и нагрузочную способность линии, но не определяет, какие данные и в каком формате передаются. Поэтому RS-⁠485 называют интерфейсом, а не протоколом: поверх него работают протоколы, чаще всего Modbus RTU или собственные протоколы производителей приборов. В учёте энергоресурсов RS-⁠485 остаётся самым распространённым способом объединить счётчики, вычислители и контроллеры объекта в одну линию опроса.

Как устроен интерфейс RS-⁠485

Сигнал передаётся дифференциально: по двум проводам, которые обычно обозначают A и B, идут противоположные по знаку сигналы, а приёмник смотрит на разность напряжений между ними. Помеха от соседнего силового кабеля наводится на оба провода одинаково и в разности почти исчезает. Благодаря этому RS-⁠485 работает на сотни метров в цехах, где много электрических помех.

Чаще всего применяют двухпроводный вариант. Устройства по очереди передают и принимают по одной паре, то есть линия работает в полудуплексном режиме: в каждый момент говорит одно устройство. Кроме пары A и B рекомендуется прокладывать общий провод, который выравнивает потенциалы устройств.

RS-⁠485 и протокол обмена

Интерфейс отвечает на вопрос «как передать биты», а протокол обмена отвечает на вопрос «что эти биты означают». Связь между ними такая же, как между телефонной линией и языком разговора.

• По RS-⁠485 работает протокол Modbus в варианте RTU: ведущее устройство по очереди опрашивает приборы по их адресам.
• Многие счётчики электроэнергии используют на той же линии собственный протокол производителя.
• На одной линии, как правило, должны работать устройства с одним протоколом и одинаковыми настройками скорости и формата данных.

Отсюда частая ошибка при закупке: наличие у прибора разъёма RS-⁠485 ещё не означает, что система его прочитает. Протокол и настройки каждого прибора проверяют отдельно.

Шина, длина линии и число устройств

Устройства на RS-⁠485 подключают в одну линию: кабель последовательно заходит от прибора к прибору. Отводы от магистрали делают как можно короче, а соединение звездой без специальных повторителей не допускается, оно вызывает отражения сигнала и сбои.

Основные ограничения, как правило, такие.

• Длина линии. До 1200 м на скоростях, обычных для опроса приборов учёта (единицы и десятки килобит в секунду). Чем выше скорость, тем короче допустимая линия.
• Число устройств. Стандарт рассчитан на 32 стандартные нагрузки в одном сегменте. Современные приёмопередатчики имеют меньшую нагрузку, и на линию можно подключить больше приборов, но реальное число ограничивают адресное пространство протокола и время цикла опроса.
• Расширение. Для большей длины или числа устройств линию делят на сегменты повторителями.

На практике на одну линию опроса подключают до нескольких десятков приборов, чтобы цикл опроса оставался коротким, а отказ одного прибора не останавливал весь участок надолго.

Терминаторы и смещение

На обоих концах линии между проводами A и B ставят согласующие резисторы, терминаторы, сопротивлением около 120 Ом, равным волновому сопротивлению кабеля. Они гасят отражения сигнала от концов линии. На коротких линиях и низких скоростях без них иногда обходятся, на длинных их отсутствие даёт плавающие сбои. Ставить терминаторы на каждом приборе тоже ошибка: линия перегружается.

Резисторы смещения задают определённое состояние линии, когда никто не передаёт, и защищают от ложных срабатываний приёмников. Их обычно ставят в одном месте, чаще у ведущего устройства.

Чем RS-⁠485 отличается от RS-⁠232 и RS-⁠422

RS-⁠232 удобен для подключения одного прибора на столе, но не подходит для линии по цеху. RS-⁠422 похож на RS-⁠485 по дальности, но не позволяет нескольким устройствам передавать по одной паре. Для систем учёта с десятками приборов RS-⁠485 оказывается самым практичным вариантом. От интерфейса M-⁠Bus RS-⁠485 отличается тем, что не питает приборы по линии и не задаёт формат данных.

Прокладка линий RS-⁠485 на практике

• Кабель. Экранированная витая пара с волновым сопротивлением около 120 Ом. Провода A и B идут в одной паре, экран заземляют в одной точке.
• Трасса. Отдельно от силовых кабелей или с разнесением по лоткам, без петель и длинных отводов.
• Защита. На линиях между зданиями и на открытых трассах ставят гальваническую развязку и защиту от импульсных перенапряжений.
• Документация. Схема линии с порядком приборов, адресами и местами терминаторов сильно упрощает поиск неисправностей.

Линия заканчивается на УСПД или преобразователе интерфейса в шкафу автоматики, откуда данные уходят на сервер по локальной сети или через модем. Прокладку линий связи мы выполняем в рамках кабельных работ, а подключение приборов к платформе и настройку опроса в рамках интеграции с оборудованием. Как эти данные используются дальше, описано на странице о телеметрии.

Вопросы и ответы

RS-⁠485 это протокол?

Нет, это физический интерфейс: он описывает электрические сигналы в линии. Протокол, например Modbus RTU, работает поверх него и задаёт формат сообщений.

Можно ли подключить к одной линии приборы разных производителей?

Можно, если они работают по одному протоколу с одинаковыми настройками скорости и формата данных и у каждого свой адрес. Совместимость проверяют до проекта.

Нужны ли терминаторы на короткой линии?

На линии в несколько десятков метров при низкой скорости связь часто работает и без них. На длинных линиях терминаторы на обоих концах обязательны.

Почему связь по RS-⁠485 то пропадает, то появляется?

Частые причины: соединение звездой, отсутствие терминаторов или их избыток, линия рядом с силовыми кабелями, разность потенциалов между приборами без общего провода, повторяющиеся адреса.