Dieser Artikel bietet ein umfassendes Tutorial zur RS485-Kommunikation und deren Beziehung zum Modbus-Protokoll. Es erklärt die Hauptunterschiede zwischen RS485 und RS232, untersucht das Halbduplex-System, das in RS485-Netzwerken verwendet wird, und beschreibt das Modbus-Protokoll, das in RS485-Geräten weit verbreitet ist. Erfahren Sie mehr über Modbus-Nachrichtenformate, serielle Übertragungsmodi und wie Sie RS485-basierte industrielle Kommunikationssysteme effektiv nutzen können. Dieser Leitfaden ist unerlässlich für Techniker, die mit RS485- und Modbus-Protokollen arbeiten.
RS485 ist ein serieller Datenübertragungsstandard, der in industriellen Implementierungen weit verbreitet ist. Das Modbus-Protokoll wird häufig bei der Implementierung der RS485-Kommunikation verwendet. Dies unterscheidet RS485 vom RS232-Protokoll, das durch Senden mit ASCII-Zeichen kommuniziert. Es ist wichtig, Modbus zu verstehen, wenn Sie mit Geräten arbeiten, die das RS485-Protokoll verwenden.
Wenn Sie ein Techniker sind, der für die Unterstützung von RS485-Geräten verantwortlich ist, gibt es einige Techniken, die Ihre Arbeit erleichtern können. Wir präsentieren dieses kurze Tutorial, das die Unterschiede zwischen den Protokollen Modbus und RS485 demonstriert.
RS485 ist ein RS232-ähnliches Protokoll, das zur Implementierung der seriellen Datenkommunikation verwendet wird. Die beiden Protokolle verwenden unterschiedliche elektrische Signale, um die Datenübertragung zu ermöglichen.
Einer der Gründe für die Verwendung der RS485-Schnittstelle in industriellen Umgebungen ist die Fähigkeit, mehrere an denselben Bus angeschlossene Geräte zu bedienen. Dadurch müssen nicht mehr mehrere Schnittstellen verfügbar sein, wenn verschiedene Geräte abgefragt werden. Sie können dies tun, indem Sie einen Bus Terminator benutzen, einen Schalter bewegen oder mit einem kleinen Widerstand, der an ein Terminal geschraubt ist.
Es muss darauf geachtet werden, dass die richtige Schnittstelle verwendet wird, da die Protokolle RS485 und RS32 nicht vollständig kompatibel sind. Sie können ein Gateway zwischen RS232- und RS485-Schnittstellen erstellen. In der Regel wird jedoch das RS485-Protokoll direkt mit USB-, GSM- oder Ethernet-Ports verbunden. Durch diesen kostengünstigeren Ansatz müssen keine zusätzlichen Komponenten mehr verwendet werden.
Geräte, die RS485-Ports verwenden, nutzen normalerweise das Modbus-Protokoll. Wenn Sie nicht mehr mit den ASCII-Protokollen von RS232-Geräten arbeiten, sollten Sie die Unterschiede kennenlernen, die mit dem Modbus-Protokoll verbunden sind. Dies ist der Zweck dieses kurzen Modbus-Tutorials.
Nachfolgend finden Sie eine Tabelle, in der die Eigenschaften des RS485-Protokolls zusammengefasst sind. RS485 bietet Halbduplexübertragung auf einer symmetrischen Leitung über Entfernungen von bis zu 1,2 km.
| Parameter | |
| Funktionsweise | Differential |
| Anzahl der Treiber und Empfänger | 32 Treiber 32 Empfänger |
| Maximale Kabellänge (Meter) | 1200 |
| Maximale Datenrate (Baud) | 10 M |
| Maximale Gleichtaktspannung (Volt) | 12 to -7 |
| Minimale Treiberausgangspegel (geladen) | +/- 1.5 |
| Minimale Treiberausgangspegel (entladen) | +/- 6 |
| Laufwerkslast (Ohm) | 60 (min) |
| Kurzschlussstrombegrenzung (mA) des Treiberausgangs | 150 to Gnd, 250 to -7 or 12 V |
| Minimaler Widerstand des Empfängereingangs (kohms) | 12 |
| Empfängerempfindlichkeit | +/- 200mv |
Wenn Sie weitere Informationen zu RS485 wünschen, wenden Sie sich an die EIA (Electronic Industries Association) oder Unternehmen wie Texas Instruments oder Maxim Semiconductors, die Geräte herstellen, die mit dem Protokoll kompatibel sind.
Ein Halb-Duplex System besteht aus einem oder mehreren Sendern und Empfängern, bei denen jeweils nur ein Sender aktiv sein kann. Die Kommunikation wird von einem Sender ausgeführt, der eine an einen bestimmten Empfänger gerichtete Anfrage stellt. Der Sender wartet dann eine vorbestimmte Zeitdauer auf eine Antwort oder entscheidet, dass keine Antwort vom Empfänger kommt.
Ein RS485-Netzwerk wird basierend auf einem Master/Slave-Framework aufgebaut. Der Master übernimmt die Rolle des Senders und sendet Anforderungen an einen bestimmten Slave, der als Empfänger fungiert. Der Master wartet auf die Antwort und beendet die Kommunikation, wenn sie nicht in einem geeigneten Zeitrahmen empfangen wird .
Das Prinzip der Modbus-Nachrichten. In einem Modbus RS485-Netzwerk beginnt die Kommunikation, wenn das Master-Gerät eine Anfrage an einen verbundenen Slave sendet. Ein Slave-Gerät verbringt seine Zeit damit, das Netzwerk auf speziell an es gerichtete Anfragen zu überwachen. Wenn eine Abfrage empfangen wird, führt sie entweder eine Aktion aus oder antwortet mit einer Rückmeldung an den Master. Abfragen werden nur vom Master-Gerät initiiert.
Das Modbus-Protokoll bietet dem Master die Möglichkeit, Nachrichten an bestimmte Slave-Geräte zu adressieren oder gleichzeitig mit allen Slaves zu kommunizieren. Dies erfolgt über eine spezielle Broadcast-Adresse. Einige Produkte wie die von Integra und SPR unterstützen die Verwendung dieser Broadcast-Adresse nicht..
Lese- und Schreibvorgänge werden über Modbus-Nachrichten unter Verwendung von Spulen gesendet. Eine Spule besteht aus 16-Bit-Wörtern und Binärregistern. Ein Slave kann nur auf eine empfangene Nachricht antworten und initiiert niemals die Kommunikation mit dem Master.
Jedem parallel an den RS485-Bus angeschlossenen Slave-Gerät wird eine eindeutige Modbus-Slave-ID zugewiesen. Die gesamte Modbus-Kommunikation beginnt mit dem Senden der Slave-ID, um entweder ein Slave-Gerät auf die Annahme einer Abfrage aufmerksam zu machen oder den Master darüber zu informieren, welches Gerät die Antwort geliefert hat.
In gleicher Weise wie die RS232-Konnektivität funktioniert, müssen Slave und Master Geräte korrekt konfiguriert sein. Parameter wie Geschwindigkeit und Parität müssen im gesamten Netzwerk synchronisiert werden.
Das in der Modbus-Kommunikation zwischen Master und Slave verwendete Nachrichtenformat, wird im Protokoll definiert.
Eine Modbus-Abfrage besteht aus der Geräteadresse (oder Broadcast-Adresse), einem Funktionscode, der jede angeforderte Aktion, mit der Anforderung zurückgegebene Daten und ein Fehlerprüfungsfeld definiert.
Eine Modbus-Antwort besteht aus Feldern, die überprüfen, ob die angeforderte Aktion ausgeführt wurde, Daten die mit der Antwort gesendet wurden sowie einem Fehlerprüffeld. Das Slave-Gerät erstellt eine Fehlermeldung als Antwort, wenn es die Anforderung nicht erfüllen kann oder wenn sich Fehler auf den Empfang der Nachricht auswirken.
Die Modbus-Kommunikation verwendet zwei unterschiedliche serielle Übertragungsmodi: ASCII und RTU.
Modbus ASCII (Amerikanischer Standardcode für Informationsaustausch) sendet jede 8-Bit-Nachricht als zwei ASCII-Zeichen. Zu den Vorteilen des ASCII-Modus gehört die Möglichkeit, Nachrichten in einer Textkonsole einfach zu überwachen. In diesem Modus kann auch ein Intervall von einer Sekunde akzeptiert werden, ohne dass eine Zeitüberschreitung eingeleitet wird.
Modbus RTU (Remote Terminal Unit) -Modus überträgt Nachrichten in einem anderen Format. Hier enthält eine 8-Bit-Nachricht zwei 4-Bit-Hexadezimalzeichen. Daten, die diesen Übertragungsmodus verwenden, müssen in einem kontinuierlichen Strom gesendet werden und ermöglichen einen besseren Durchsatz bei einer vergleichbaren Baudrate als der ASCII-Modus.
