Aunque Ethernet es el protocolo de comunicación más utilizado en muchos tipos de dispositivos, desde dispositivos de consumo hasta equipos industriales, los servidores de puerto serie RS485 suelen seguir utilizándose ampliamente en la comunicación de redes industriales, lo que tiene mucho que ver con la capacidad de conectar varios dispositivos en paralelo Mejoró enormemente la conveniencia del proyecto.
Introducción a RS485
Muchas personas a menudo se confunden cuando se trata de estándares de comunicación. A menudo, términos como "RS485", "USB" y "Ethernet" se intercambian como si pudieran cambiarse y hacer el mismo trabajo. Pero, de hecho, el estándar RS485 es solo un estándar de capa física. Define las características eléctricas del transmisor y del receptor. Lo que es más importante, la capa de aplicación debe usarse para manejar el direccionamiento de dispositivos, las colisiones de paquetes de suma de verificación, la topología maestro/esclavo, la construcción de marcos y más. En el caso de Ethernet y USB, estos protocolos definen la capa física y la capa de aplicación en sus estándares de comunicación.
Si está perdido en este punto, usemos una analogía de comunicación humana. Como humanos, usamos nuestra voz como transmisor y nuestros oídos como receptores. Esta es nuestra capa física, la forma en que transmitimos información. Otro ejemplo de la capa física en nuestra era digital también podría ser el SMS que envía nuestros mensajes. Desde nuestra perspectiva, sigue siendo una capa física. En el caso de los humanos, la capa de aplicación es el lenguaje. Así es como organizamos la información. Hay cientos de ellos, e incluso si usan la misma capa física, no son necesariamente compatibles.
Por qué existe RS485 en Ethernet?
Ethernet (IEEE 802.3) es actualmente el protocolo de red más utilizado. También es un estándar de comunicación serial. Dado que se usa en tantas redes modernas, la pregunta es por qué no ha reemplazado a RS485 y sus variantes (RS232, RS422).
Al comparar RS485 con Ethernet, ambos tienen ventajas y desventajas. La principal desventaja de RS485 es su velocidad de comunicación limitada, hasta 10 baudios. RS485 está diseñado para topología maestro/esclavo. En este sistema, el maestro sondea a cada esclavo, espera una respuesta y luego sondea al siguiente esclavo. Esto permite un comportamiento determinista al evitar colisiones de paquetes de datos. Sin embargo, Ethernet no tiene un método integrado para evitar colisiones de paquetes. En aplicaciones como el control de procesos o el control de robots, para nosotros el comportamiento determinista es obligatorio, mientras que las velocidades de comunicación suelen ser mucho más altas. Comunicarse a velocidades más bajas también tiene la ventaja de ser más resistente al ruido presente en entornos industriales.
Estándar RS485
En las aplicaciones estándar, el equipo de comunicación industrial se conecta directamente al controlador del robot a través del cable suministrado (normalmente de 5 o 10 metros), y normalmente no se requiere atención especial para que funcione el bus de comunicación. Pero para aquellos que tengan la intención de conectar nuestros productos a buses personalizados o usar cables más largos, deben tener en cuenta los siguientes conceptos.
RS485 admite hasta 32 controladores y hasta 32 receptores en una configuración multipunto semidúplex. La sensibilidad de entrada del receptor es de ±200 mV, lo que significa que para reconocer un bit 1 o 0, el receptor debe ver un nivel de señal entre +200 mV y -200 mV. La impedancia mínima de entrada del receptor es de 12 kΩ y el voltaje de salida del controlador es de ±1,5 V como mínimo y ±5 V como máximo. Este es un ejemplo de un bus RS-485 multipunto.
Longitud del cable
Cuando la velocidad de datos es inferior a 100 kbps, RS485 puede transmitir a una distancia de hasta 1200 m (4000 pies). A velocidades de datos más altas, la longitud del cable debe reducirse.
Los cables largos pueden actuar como líneas de transmisión, en cuyo caso se debe tener cuidado para conectar correctamente la red. Veamos las características más importantes de la red que requieren un control preciso.
Topología de la red
La topología de la red determina cómo se conectan los dispositivos entre sí. De estas posibilidades, la mejor topología de red para RS485 es una conexión en cadena (o cable), ya que tiene el menor impacto en la integridad de la señal. Es posible una topología de bus (red troncal que utiliza stubs), pero a medida que aumenta la longitud de cada stub, la tasa de datos máxima que se puede transmitir disminuye debido a la distorsión de la señal en la línea de comunicación.
Par trenzado
El uso de par trenzado RS485 ayuda a reducir la interferencia electromagnética. El par trenzado permite que el ruido en la línea sea igual en ambas líneas. El ruido sigue ahí, pero dado que el receptor observa la diferencia entre las dos señales, esta diferencia no se ve afectada por el ruido, por lo que el receptor puede recrear con precisión la señal original al final.
Resistencia de terminación
La práctica de terminar un cable es agregar una resistencia a la línea diferencial en ambos extremos del cable. El propósito de esto es reducir o eliminar el coeficiente de reflexión en la línea causado por el desajuste de impedancia. La resistencia del estándar RS485 se define como 120 ohmios. Dichos reflejos pueden causar interferencias en la entrada del receptor, lo que puede afectar la integridad de la señal. Este fenómeno está estrechamente relacionado con la velocidad de datos y la longitud del cable. Por lo tanto, RS485 puede funcionar sin resistencias de terminación en algunos casos con velocidades de datos bajas y cables cortos. Pero por precaución y para evitar cualquier problema, siempre se debe usar una resistencia.
