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1 - Introduction au standard
2 - Les solutions cuivre en mode RS485
3 - Liaisons RS485 via fibre optique
4 - Liaisons RS485 via Ethernet
5 - Conversion de protocole
GMI-DATABOX propose une gamme d’équipements destinés aux raccordements d’interfaces RS485.
L’ensemble de ces produits permet de répondre à la plupart des problèmes liés à l’utilisation d’équipements avec interface RS485 et en particulier aux contraintes de raccordement imposées par le principe de bus.
Le but de ce document est de découvrir l’ensemble de ces produits à partir des solutions apportées par leur utilisation.
1 - Introduction au standard :
La norme RS485 définie par l’EIA, TIA-485-AElectronic Industries Association, a été publié en Avril 1983.
Elle suit le guide d‘application TSB-89-A
Ce standard précise les caractéristiques électriques des émetteurs et des récepteurs pour une utilisation dans les systèmes multi-point en mode symétrique.
Polarisation du Bus de communication :
La norme RS485 impose un niveau différentiel de 200 mV pour détection du signal. Si la ligne RS485 n‘est pas polarisée, ce niveau ne sera pas atteint au repos (sans communication sur la ligne) et donc le fonctionnement ne sera pas garanti. Pour cela, on applique une polarisation à 1 seul endroit du bus. Elle est de préférence appliquée côté maître. Sur certains modèles d’interface, il est possible d’activer cette polarisation de ligne. Sinon, il faudrait rajouter une alimentation externe. Elle doit garantir un niveau de 250-280 mV sur l’ensemble du bus lorsqu’il n’y a pas de communication qui transite. Une tension de 250-280 mV est un bon compromis. Elle garantit d’être supérieure à 200 mV et toutefois n’entraîne pas une consommation excessive. Pour vérifi er cela, le plus pratique est de positionner la source de polarisation au début du bus (côté interface) et de vérifier le niveau de tension à l’autre extrémité du bus. C‘est le cas le plus défavorable : le premier appareil communique avec le dernier. Cette polarisation est intégrée sur les interfaces et les répéteurs de GMI Databox.
Résistance de début et fin de bus :
Le Bus RS485 nécessite une résistance de part et d'autre de la liaison cuivre. La résistance de fin de ligne de même valeur que l’impédance de ligne (résistance de 120 ohms) permet de supprimer au maximum la réflexion du signal. Elle doit être placée à chaque extrémité du bus. Elle peut selon les modèles, être directement intégrée dans l’interface.
Mise à la terre du bus :
Relier le blindage à une seule extrémité à la terre pour garantir l’équipotentialité du blindage. aucune autre mise à la terre n’est nécessaire.
Type de cable recommandé :
Nous recommandons d’utiliser un cable blindé avec paires torsadées de section minimale 0,20 mm² (AWG 24) et d’impédance 100 ou 120 ohms. Pour des longueurs courtes cependant de plus petites sections de cuivre peuvent etre acceptés
Voir les cables proposés par GMI Databox
Topologies bus et étoiles :
L'interface RS485 (EIA) définit les conditions d'interconnexion de plusieurs circuits émetteurs et récepteurs (transceivers) utilisés dans des systèmes multipoint en mode symétrique (Bus 2 fils).
Cette orientation bus implique que les circuits "transceivers" soient connectés directement sur le bus, sans possibilité de raccordement distant.
L'expérience confirme la nécessité d'un câblage optimum, en évitant de créer des dérivations par rapport au bus.
Cette contrainte pose bien entendu des problèmes dans le cas de sites importants où la répartition des "stations RS485" est disparate.
GMI-DATABOX propose plusieurs solutions selon les configurations utilisateurs, avec la possibilité de topologie bus, étoile et mixte bus/étoile et déport sur divers média.
Les solutions sont en général valables aussi bien pour les raccordements "cuivre" (paires torsadées) que pour les raccordements "fibre optique", elles vous sont présentées séparemment.
Compatibilité de bus RS485 avec d'autres réseaux
Les problèmes de compatibilité avec les équipements RS485 concernent les différents paramètres suivants :
- Les caractéristiques électriques des signaux
- Les signaux utilisés par la jonction
- Les caractéristiques de transmission : vitesse, format caractère, parité ...
- Le mode d'exploitation Half-Duplex (bus 2 fils)
- Le mode de gestion de flux
D'autres paramètres tels que le code de transmission, le protocole de transmission peuvent également être source d'incompatibilité.
2 - Solutions pour liaisons Câbles paires torsadées (cuivre) :
2-1 Création d'une dérivation (réseau en Y) :
L'extendeur ou amplificateur RS485 peut être utilisé pour le raccordement d'une ou plusieurs stations secondaires dont la situation géographique génère une dérivation distante par rapport au bus principal.
L'extendeur se comporte côté bus secondaire comme une station maître.
L'ensemble des stations sur le bus secondaire fonctionne de façon identique aux stations situées sur le bus principal.
2-2 Création d'une conversion RS232 vers N branches RS485 / 422
Le convertisseur permet de transformer un flux de donnée et une interface RS232 (V24) en RS485 / 422. La transmission RS232 est limité en distance à quelques metres et est uniquement Point à Point. Les convertisseurs permettent donc donc d'étendre la distance de transmission en point à multipoint
2-3 Création d'une étoile (Hub) RS485 2/4 fils :
Le hub RS485 / RS422 dispose d'une interface primaire RS485, RS422 ou RS232 et de n voies secondaires et permet la création d'un réseau en étoile. Il n'ya communication qu'entre la voie primaire et les secondaires. Non entre les voies secondaires elles meme.
Ce dispositif est donc associé à un réseau avec un protocole maitre esclave type Modbus.
Chaque voie secondaire correspond à un bus RS485 2 ou 4 fils, avec la possibilité de raccorder jusqu'à 256 stations secondaires sur une distance de 1000m à 19.200 Bps.
L'ensemble se comporte comme un bus unique et permet de répondre à toutes les applications où la répartition géographique des équipements est incompatible avec les contraintes imposées par le mode de raccordement en bus. Le hub permet aussi d'isoler galvaniquement les branches entre elles pour des raison de surtention.
2-4 Création d'une commutation de bus série A/B RS232 / 485 / 422 :
Dans le cas d'une application très critique utilisant une transmission série de type RS232 / 485 / 422, le commutateur de bus A/B permet de basculer 2 sources en mode miroir redondés vers un destinataire unique (type écran ou machine pilotée). Les 2 sources se controlent mutuellement en permanence. Si la source 1 devient défaillante alors la source 2 sera utilisée. Dans ce cas le commutateur bascule le circuit. Ces équipement sont aussi utilisés pour des liaisons Ethernet jusqu'à 1Gbps
Voir les commutateurs de Bus A/B
3 - Solutions sur liaisons fibre optique :
Les liaisons RS485 supportent le milieu industriel dans la plupart des applications. Néanmoins, certains sites peuvent présenter des environnements très perturbés, avec des perturbations électriques et électromagnétiques très importantes.
Un autre aspect, à la base de désagréments importants, concerne l’environnement climatique de l’installation, qui peut être propice à de fréquents orages.
Dans ce cas l’utilisation de liaison extérieure, voire aérienne, implique des solutions radicales et la fibre optique est la seule solution fiable à 100 %.
L'utilisation de la fibre optique permet également de résoudre le problème de distance dans le cas de sites étendus type campus, avec des liaisons jusqu'à 2 km en multimode et 120 km en monomode.
Distances autorisées :
Les distances autorisées entre chaque équipement (tronçon) dépendent du budget optique offert par les équipements et du type de câble fibre optique utilisé :
- Câble fibre optique multimode :
La fibre optique multimode 50/125 ou 62.5/125 microns offre une atténuation moyenne d'environ 3,5 dB par kilomètre avec une longueur d'onde de 850 nm. Aujourd'hui l'utilisation de la longueur d'onde 1310nm est plus utilisée car l'afaiblissement est moindre et la portée plus importante (jusqu'à 2 km)
- Câble fibre optique monomode :
La fibre optique monomode 9/125 offre une atténuation moyenne d'environ 0,5 dB par kilomètre à une longueur d'onde de 1300 nm.
Les modules optiques et notament sous forme de SFP aujourd'hui peuvent aller sur des longueurs de 120km en monomode.
- Budget optique :
La différence entre le niveau optique d'émission de l'équipement A (par exemple -15 dBm) et le seuil de réception de l'équipement B (par exemple -27 dBm) correspond au budget optique disponible (ici 12 dB).
Ce budget de 12 dB ne doit pas être dépassé par l'affaiblissement total apporté par le raccordement entre les deux équipements A et B.
3-1 Création d'une liaison simple point à point optique :
3-2 Création d'une étoile fibre optique RS485 :
Le convertisseur d'interfaces 2, 4 ou plus voies secondaires est disponible avec interface fibre optique multimode ou monomode.
Chaque voie peut supporter à son extrémité un bus avec interface RS485 2/4 fils.
L'ensemble se comporte comme un bus unique et permet de répondre à toutes les applications où la répartition géographique des équipements est incompatible avec les contraintes imposées par le mode de raccordement en bus.
Voir les convertisseurs RS232/485/422 vers FO
3-3 Création d'un réseau optique en boucle avec tolérance de panne :
Voir les convertisseurs RS232/485/422 vers FO
4 - LIAISONS RS485 SERIE VIA ETHERNET
Chaque serveur de périphériques dialogue avec l'application "client" du superviseur et transmet de façon transparente les données "asynchrones" destinées aux API connectés.
Tous les équipements client et serveurs utilisent des serveur de consoles comme interface entre le bus RS485 et le réseau IP.
Les serveurs de consoles permettent d'établir une session de communication entre clients et esclaves à travers le réseau IP. Cette session est rétablie automatiquement en cas de coupure.
5 - CONVERSION DE PROTOCOLE
Convertisseur de protocole série / ethernet ModBus® et Profinet
Cette famille d'adaptateurs permet le raccordement d'équipements asynchrones série sur un réseau ModBus ou profinet Eth, en se comportant comme une station secondaire ou esclave.
L'adaptateur asynchrone ModBus réalise la converion de données (lecture ou écriture mots) entre une station maître (superviseur) et l'équipement esclave conformément au protocole.
Voir les convertisseurs de protocole
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