RS-422 / RS-485 Industriestandards

Verschiedene Stecker und Buchsen mit seriellen RS-422 / RS-485 Schnittstellen

Die seriellen Schnittstellen RS-422 und RS-485

Die Industriestandards TIA/EIA RS-422 (1994) und TIA/EIA RS-485 (1998) wurden von der Telecommunications Industry Association und Industries Alliance in den 90er Jahren erarbeitet. Beide Standards definieren eine Technik für eine weitestgehend störungsfreie Datenübermittlung, die es bis dato so nicht gab. Dabei werden nur Hardwaregrundlagen bzw. deren elektrische Eigenschaften (Bitübertragungsschicht) festgelegt, das Softwareprotokoll für die Datenübermittlung bleibt dagegen unabhängig. Im Laufe der darauffolgenden Jahre führte dies zu Weiterentwicklungen für viele moderne Schnittstellen wie USB, Profibus, CAN Bus, Ethernet etc.

Die Industriestandards ermöglichen komplexe Netzwerke oder Point to Point sowie Point to Multipoint Verbindungen. Diese Netzwerke werden allgemein als Feldbussysteme bezeichnet. Aktoren, Sensoren, Maschinen, Gateways etc. werden in Multipoint Bus-Netzwerken (Halbduplex RS-485 oder Vollduplex RS-422) miteinander verbunden und meist mit einem Server oder sog. Busmaster SPS (PLC) als Steuereinheit organisiert.

Elektromagnetische Verträglichkeit der RS-422 und RS-485 Schnittstellen

Wichtiges Merkmal bei den RS-422 und RS-485 Schnittstellen ist die gesteigerte elektromagnetische Verträglichkeit(EMV), wodurch die Störanfälligkeit der Geräte drastisch reduziert ist. Die EMV resultiert aus den Vorgaben beider Spezifikationen der TIA/EIA RS-422 (1994) und TIA/EIA RS-485 (1998). Diese weisen gegenüber anderen Übertragungsverfahren wesentliche Vorteile auf:

Symmetrisches / differentielles Signal-Übertragungsverfahren

Im Folgenden wird das symmetrische bzw. differentielle Übertragungsverfahren am Beispiel von RS-485 beschrieben. RS-485 nutzt das Halbduplex-Übertragungsverfahren und kann damit zeitversetzt in beide Richtungen Daten senden und empfangen. Für die Signal- bzw. Datenübertragung ist immer ein Adernpaar je Richtung erforderlich.

Die Grafik zeigt beispielhaft die Datensignale 101010 an einem RS-485 Adernpaar. Die rote Leitung TX+ sendet mit 5 V Ausgangsspannung (Nennspannung) eine logische 1 und mit 0 V eine logische 0 (nicht invertiert). Zeitgleich, aber mit entgegengesetzter Stromrichtung (gegenphasig), sendet die blaue Leitung TX- das Signal mit 5 V logisch 0 und mit 0 V logisch 1 (invertiert). Die grünen Pfeile zeigen die an dem Adernpaar RX und TX resultierende Spannungsdifferenz. Der Empfänger bildet aus dieser Spannungsdifferenz wieder die Datenbits für 0 und 1.

Schematische Darstellung des Strom- und Spannungsverlaufs | * 2.5 V bzw. -2.5V gelten für Gleichtaktspannung

Das Beispiel zeigt den Strom- und Spannungsverlauf mit den folgenden definierten Spannungspegeln:

  • A = Nennspannung (z. B. 5 V)
  • B = Minimale Ausgangsspannung am Sender (1.5 V)
  • C = Minimale Eingangsspannung am Empfänger (200mV)

Die Anschlüsse an den Geräten werden meist mit T/R+ und T/R- bezeichnet, wobei R für Receive und T für Transmit stehen. Die Plus- bzw. Minuszeichen bedeuten, dass man dort ein nicht invertiertes (+) bzw. invertiertes (-) Signal verwendet.

Sub-D 9 Pin Buchse und beschriftete Pinbelegung am Terminalblock Art. 62406

Achtung: Möglich sind auch die Bezeichnungen A-, A+ und B-, B+ oder D-, D+. Dafür gibt es jedoch keine verbindlich festgelegte Norm. Dadurch kann es dazu kommen, dass Anschlüsse an Geräten und Steckern zwar kompatibel, aber unterschiedlich beschriftet sind. Am Wichtigsten ist, dass Plus Plus ist und Minus Minus: D+ und B+ beispielsweise sind funktionsgleich.

Schutz vor Störeinflüssen (Gleichtakt- und Gegentaktstörungen)

Schutz vor Gleichtaktstörung
Die häufig auftretenden elektromagnetischen Störungen (EMI = electromagnetical interferences), wie Spannungsimpulse oder Spannungsschwankungen, verursachen die sog. Gleichtaktstörungen. Diese von außen auftretenden niederfrequenten Störungen wirken sich auch auf das Adernpaar aus. Durch die gegenphasige und symmetrische Signalübertragung jedoch bleibt die Spannungsdifferenz zwischen den Adernpaaren erhalten. Weitere Verbesserungen erreicht man mit gut geschirmten Kabeln. Diese verhindern die Ein- und Abstrahlung hochfrequenter Felder.

Gleichtaktstörungen durch EM-Felder werden durch die gegenphasige Übertragung vermieden

Schutz vor Gegentaktstörung
Gegentaktstörungen sind induktive Kopplungen zwischen den Adern in einem Kabel. Das sogenannte Übersprechen kann man durch verdrillte Adernpaare weitestgehend vermeiden.

Die induzierten Ströme und resultierenden Spannungen zweier Adern heben sich bei Verdrillung gegenseitig auf

Impedanz- oder Leitungsanpassung

Mit Impedanz- oder Leitungsanpassung werden Signalauslöschung und Signalreflexionen verhindert. Man verwendet dazu Abschlusswiderstände an den Endpunkten der Leitungen. Damit können alle Signale eines Senders am Leitungsende reflexionsfrei durch einen Widerstand absorbiert werden.

  • RS-485 erfordert an den beiden Endpunkten einer Leitung einen Abschlusswiderstand
  • RS-422 erfordert nur am Leitungsende einen Abschlusswiderstand
Ein BIAS Widerstand an einem Leitungsende, ein Abschlusswiderstand am anderen Leitungsende

Für die Leitungsanpassung kommen unterschiedliche Verfahren zum Einsatz. Abschlusswiderstände müssen dem Wellenwiderstand der eingesetzten Leitungen entsprechen. In der Regel werden 120 Ohm Abschlusswiederstände oder BIAS Widerstände verwendet.

Einsatzgebiete

Der aktuellere TIA/EIA RS-485 Standard wird weitaus häufiger eingesetzt als der RS-422 Standard, zum Beispiel in der Industrie 4.0, Gebäudeautomatisierung oder für Smart Home Geräte (HomeMatic, Modbus, SmartBus G4, Link Network Protocol), Maschinen und Automatensteuerungen (BACNet, CC-Link, InterBus-S, Profibus-DP, DMX) etc. Auf diese Weise können weiterhin auch die Anforderungen an moderne Infrastrukturen erfüllt werden.

Produktbeispiele mit RS-422 / RS-485


Adapter USB 2.0 > 1 x Seriell RS-422/485 + Terminalblock

Mit diesem Adapter kann ein serielles Gerät, z. B. Drucker, Modem, IoT Hardware etc., über einen USB Typ-A Port angeschlossen werden.

Anschlüsse
      Adapter:
      1 x USB 2.0 Typ-A Stecker >
      1 x Seriell RS-422/485 Sub-D 9 Pin Stecker
      Terminalblock:
      1 x Seriell RS-422/485 Sub-D 9 Pin Buchse >
      1 x 6 Pin Terminalblock
Serieller Stecker mit Muttern
Chipsatz: FTDI

Art. 62406

Konverter USB 2.0 zu Seriell RS-422/485 mit 3 kV Isolation

Dieser USB 2.0 zu seriell RS-422/485 Konverter bietet einen RS-422/485 Anschluss für Messgeräte, Drucker, IoT Geräte, Modbus etc. Mit der galvanischen Trennung via optischen Isolatoren werden Datenübertragungsfehler bei ungleichmäßigen Erdpotentialen, Masseschleifen oder Störungen durch Spannungspitzen verhindert. Der Konverter ist für die Hutschienenmontage geeignet.

Anschlüsse
      Host: 1 x Mini USB 2.0 B Buchse
      Gerät: 1 x RS-422/485 Terminalblock 5 Pin
3 kV optische Isolation
Maße (LxBxH): ca. 101 x 42 x 22 mm

Art. 62501

Adapter USB 2.0 Typ-A Stecker zu 1 x Seriell RS-422/485 DB9

Dieser USB 2.0 Typ-A zu seriell Adapter bietet einen RS-485 Anschluss für Messgeräte, POS-Systeme, Drucker, Modems, IoT Geräte etc.

Anschlüsse
      1 x USB 2.0 Typ-A Stecker >
      1 x Seriell RS-422/485 DB9 Stecker mit Schrauben
Datentransferrate bis zu 921,6 Kbps
Signale: T/R+, T/R-, RXD+, RXD-, GND

Art. 66286

Konverter 1 x Seriell RS-232 DB9 zu 1 x Seriell RS-485 • 15 kV ESD Schutz

Dieser RS-232 zu RS-485 Konverter eignet sich für alle seriellen Geräte z. B. an Maschinensteuerungen, Feldbussystemen, Messgeräten, Computern, Druckern etc. Der Konverter kann als Kupplung direkt zwischen den DB9 Anschlüssen ohne eine zusätzliche Spannungsversorgung verwendet werden.

Anschlüsse
      1 x Seriell RS-232 DB9 Buchse mit Schrauben
      1 x Seriell RS-485 DB9 Stecker mit Muttern
      1 x RS-485 Terminalblock 4 Pin
Automatische Datenflusskontrolle

Art. 63969

Adapter USB 2.0 zu Seriell RS-485 • 15 kV ESD Schutz • kompaktes serielles Steckergehäuse

Dieser USB 2.0 Typ-A zu seriell Adapter bietet einen RS-485 Anschluss für Messgeräte, POS-Systeme, Drucker, Modems, IoT Geräte etc. Der anwenderfreundliche RS-485 Stecker zeichnet sich durch seine geringen Abmessungen (39 x 33 x 14,7 mm) aus und bietet damit eine angenehme Handhabung an Geräteanschlüssen, Kabeldurchführungen, Patchpanels, etc.

Anschlüsse
      1 x USB 2.0 Typ-A Stecker >
      1 x Seriell RS-485 DB9 Stecker mit Schrauben
Datentransferrate bis zu 921,6 Kbps
Signale: T/R (A+), T/R (B-) und GND

Art. 66283

Extender RS-232 DB9 Buchse • RJ45 Buchse zu RS-232 DB9 Stecker • RJ45 Buchse ESD Schutz • 1200 m Reichweite

Dieser RS-232 Extender mit zwei Konvertern und RJ45 Anschlüssen kann große Distanzen bis zu 1200 m zwischen RS-232 Geräten bidirektional und OS unabhängig überbrücken. Die differentielle Übertragungstechnik verhindert Datenfehler, die durch äußere Störeinflüsse oder unterschiedliche Erdpotentiale auftreten können. Zusätzliche Spannungsversorgungen an den Konvertern gewährleisten die Qualität der Datensignale. Der Extender verbindet Scanner, Messgeräte, Automaten, Computer, IOT-Geräte etc.

Anschlüsse
      1 x Seriell RS-232 DB9 Buchse mit Schrauben >
      1 x RJ45 Buchse
      1 x Seriell RS-232 DB9 Stecker mit Muttern >
      1 x RJ45 Buchse
±15 kV ESD Absicherung für alle seriellen Signale
Signale: RXD, TXD, CTS, RTS

Art. 63934
Anwendungsbeispiel mit dem Extender Art. 63934

Adapter USB 2.0 zu 4 x Seriell RS-422/485 • ESD Schutz

Mit diesem Adapter können bis zu vier serielle Geräte über einen USB Typ-A Port angeschlossen werden.

Anschlüsse
      1 x USB 2.0 Typ-B Buchse >
      4 x Seriell RS-422/485 DB9 Stecker
      1 x 5 V DC Strombuchse
Automatisches Erkennen und Umschalten zwischen RS-422 und RS-485
±15 kV ESD Absicherung auf allen Signal Pins

Art. 87587

Auch erhältlich mit
USB 2.0 zu 2 x Seriell RS-422/485Art. 87586
USB 2.0 zu 1 x Seriell RS-422/485Art. 87585

PCI Express Karte zu 2 x Seriell RS-422/485 • ESD Schutz

Diese PCI Express Karte erweitert den PC um zwei externe Serielle RS-422/485 Ports. Es können z. B. Scanner, Protokoll-Konverter, POS-Systeme, Infrarot -, IoT - Geräte etc. und unterschiedliche Modi verwendet werden. Mit der im Lieferumfang enthaltenen Low Profile Blende lässt sich die Karte auch in einen Mini-PC einbauen.

Anschlüsse
      intern: 1 x PCI Express x1, V1.1
      extern: 1 x DB44 Buchse
      Anschlusskabel: DB44 Stecker > 2 x Seriell RS-422/485 DB9 Stecker
RS-422 oder RS-485 Einstellung via Jumper
±15 kV ESD Absicherung auf allen Signal Pins

Art. 89320

PCI Express Karte > 2 x Seriell RS-422/485 • ESD Schutz + Überspannungsschutz

Diese PCI Express Karte eignet sich für industrielle Feldbussysteme, Maschinensteuerungen, Konverter, Messdatenerfassungen etc. Durch einen umfangreichen Überspannungsschutz und den erweiterten Betriebstemperaturbereich bietet sich diese Karte in hohem Maß auch für den Einsatz in anspruchsvollen Umgebungen an. Mit der mitgelieferten Low Profile Blende lässt sich die Karte in einen Mini-PC einbauen.

Anschlüsse
      intern: 1 x PCI Express x1, V2.0
      extern: 1 x DB25 Buchse
      Anschlusskabel: 1 x DB25 Stecker > 2 x Seriell RS-422/485 DB9 Stecker
±15 kV ESD Absicherung an allen Datenleitungen
2 x Terminalblocks mit Überspannungsschutz, 600 W Spitzenimpuls

Art. 65841
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