Resumen
- RS485 es una arquitectura de hardware que solo especifica las características eléctricas de los transmisores y receptores, sin definir ningún protocolo de transmisión en particular.
- RS485 transmite señales binarias generando voltajes altos y bajos, representando 0 y 1 binarios (encendido y apagado), lo que permite una comunicación eficiente a larga distancia en entornos con ruido eléctrico.
- Los dispositivos que utilizan RS485 pueden comunicarse con sistemas de control central mediante protocolos de comunicación como Modbus y ASCII.
1. ¿Qué es RS485?
RS485 es una interfaz estándar de comunicación serie, también conocida como TIA-485(-A) o EIA-485. Define las características eléctricas para comunicación multipunto de medio dúplex de dos hilos utilizando cables de par trenzado. RS485 admite múltiples dispositivos en el mismo bus y destaca en entornos de larga distancia con alto ruido eléctrico.
"RS485 No es un Protocolo de Comunicación"
RS485 solo especifica características eléctricas, como voltaje y transmisión de señales. No define la codificación, decodificación o formatos de transmisión de datos, que son gestionados por protocolos de comunicación.
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Como RS485 no define protocolos de comunicación como velocidad o formato, debe combinarse con protocolos (ej. Modbus, ASCII) para la transmisión e interpretación de datos. RS485 envía señales diferenciales, donde voltajes altos y bajos representan los valores binarios 0 y 1, permitiendo una comunicación eficiente a larga distancia en entornos con ruido.
En la mayoría de los casos, los dispositivos basados en RS485 pueden emplear protocolos de comunicación como Modbus y ASCII para establecer comunicación con un sistema de control central. Por ejemplo, el caudalímetro de rueda de paletas de LORRIC utiliza Modbus como protocolo subyacente para definir diversas transmisiones de señal. Este caudalímetro emplea RS485 para la transmisión de señales y se conecta en una configuración serie con el sistema de control central del cliente. Mediante programación y configuración adecuadas, se pueden leer los datos de medición de flujo del caudalímetro.
2. RS485 vs RS232
RS485 mejora varias limitaciones de RS232, como la distancia de transmisión, la comunicación multipunto y la resistencia al ruido. Sin embargo, no son intercambiables directamente. RS232 es más adecuado para conexiones simples de corto alcance, como la comunicación entre una computadora y dispositivos externos. En cambio, RS485 se usa comúnmente en entornos industriales y de automatización de edificios, donde se requiere comunicación estable a larga distancia con múltiples dispositivos.
| Interfaz de Comunicación |
RS232 |
RS485 |
| Método de Transmisión |
 Comunicación punto a punto, solo permite conectar dos dispositivos a la vez. |
 Comunicación multipunto, dependiendo del nivel del chip, un bus puede conectar 32, 128 o 256 transmisores y receptores. |
| Distancia de Transmisión |
Hasta 15 metros |
Distancia máxima de transmisión de hasta 1200 metros |
| Resistencia a Interferencias |
Señal de un solo extremo, amplio rango de voltaje, menor resistencia a interferencias electromagnéticas externas. |
Transmisión de señal diferencial, pequeño rango de voltaje, comunicación a través de la diferencia de voltaje entre dos cables, excelente resistencia a interferencias. |
| Velocidad de Comunicación |
Velocidad máxima de transmisión de 20 kB/s |
Cuanto menor la distancia, mayor la velocidad; velocidad máxima de transmisión de hasta 10 Mbps |
| Costo |
Bajo |
Alto |
| Diseño |
Simple |
Complejo |
3. Solución de Cableado RS485
1) Conexión RS485 para Múltiples Dispositivos
RS485 permite interconectar múltiples dispositivos en serie utilizando un par trenzado de cables para facilitar el intercambio de datos. Ofrece dos métodos principales de cableado: medio dúplex de dos hilos y dúplex completo de cuatro hilos. Aunque el sistema de cuatro hilos existe, es menos común en aplicaciones actuales, predominando el medio dúplex de dos hilos.
- Los dispositivos (Dispositivo 1, Dispositivo 2, Dispositivo N) están conectados en serie, formando una topología en cadena. Cada puerto A+ y B- de un dispositivo está conectado a los puertos correspondientes del siguiente usando cables de par trenzado. Este método de cableado usa líneas A+ y B-, representando una configuración de medio dúplex de dos hilos, la más utilizada en RS485.
- El lado izquierdo de la imagen muestra la estructura del cable de par trenzado, incluyendo cable de cobre, blindaje y aislamiento. Esta estructura ayuda a mantener una transmisión de datos estable en entornos con ruido eléctrico. Se recomienda minimizar la longitud de los cables de conexión entre dispositivos para reducir la atenuación de señal y mejorar la fiabilidad de la comunicación.
- La red en cadena se conecta finalmente a un PLC (Controlador Lógico Programable), facilitando el intercambio de datos entre múltiples dispositivos y el sistema de control central. Bajo el estándar RS485, las señales se transmiten a través de las líneas A+ y B-, donde los voltajes altos y bajos representan 1 y 0 binarios (encendido y apagado), garantizando una comunicación de datos confiable.
2) Recomendaciones de Cableado RS485
- Utilizar cables de par trenzado blindados de calibre 24AWG con los hilos 485+ y 485- trenzados juntos. Conectar los dispositivos en cadena y evitar configuraciones en anillo o estrella. Mantener los cables RS485 separados de las líneas de alta tensión para prevenir interferencias.
- En entornos ruidosos, implementar un mecanismo de reintento en el software para gestionar interferencias. Usar cables cortos para minimizar el ruido y conectar el blindaje a tierra a través de la línea principal de comunicación.
3) Cuándo Usar Resistencias de Terminación con RS485
➤ Comunicación de larga distancia: Para distancias superiores a 300m, las reflexiones de señal pueden llegar al receptor en medio de la transmisión, causando errores.
➤ Comunicación de alta velocidad: A tasas de datos altas, los tiempos de subida y bajada más cortos incrementan el riesgo de que las señales reflejadas interfieran con la transmisión de datos.
➤ Redes con múltiples dispositivos: En redes con varios dispositivos, las resistencias de terminación ayudan a garantizar la estabilidad y confiabilidad de la señal. Se recomienda instalar resistencias de terminación en el maestro y en el extremo más alejado de la línea. Una resistencia de 120Ω es la más utilizada, pero el valor exacto debe calcularse según las especificaciones del cable.
4. Medio Dúplex de Dos Hilos
El sistema de medio dúplex de dos hilos permite la transmisión bidireccional de datos entre dos dispositivos, pero no de manera simultánea. Por ejemplo, si hay dos dispositivos A y B, durante un período de tiempo específico, la transmisión de datos es permitida solo desde A hacia B. Una vez finalizada, puede comenzar la transmisión de B a A.
El circuito mostrado ilustra las conexiones básicas para un sistema de cableado de dos hilos. En este método, todos los nodos de la red comparten el mismo par de líneas de comunicación. Una línea, llamada línea A (o Data+), se encarga de transmitir señales diferenciales, mientras que la otra línea, llamada línea B (o Data-), maneja las señales diferenciales complementarias. Este uso de la transmisión de señales diferenciales ayuda a mitigar interferencias y mejorar la confiabilidad de la comunicación.
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5. Topologías Adecuadas para RS485
RS485 utiliza comúnmente topologías en cadena y de bus (o lineal), ambas ideales para conexiones de larga distancia y múltiples dispositivos manteniendo la estabilidad de la señal. Estas dos configuraciones son similares en concepto.
La topología de red define cómo los nodos, como computadoras y servidores, se conectan dentro de una red. Diferentes topologías cumplen distintas necesidades, afectando el rendimiento, la confiabilidad y la escalabilidad. Cada una tiene ventajas y desventajas específicas en relación con RS485.
| Nombre |
Diagrama |
Descripción |
Compatibilidad con RS485 |
| Topología en Cadena |
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Cada nodo se conecta en serie, teniendo dos conexiones: una con el nodo anterior y otra con el siguiente. Diseño simple, rentable y fácil de expandir, adecuado para redes pequeñas. Sin embargo, una interrupción en la conexión puede hacer que toda la red falle. |
Adecuado para RS485, ya que todos los dispositivos están conectados en paralelo a un solo bus, evitando ramificaciones largas y usando resistencias de terminación en ambos extremos. |
| Topología de Bus / Lineal |
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También conocida como topología de bus, todos los dispositivos se conectan a un cable central. Los datos enviados por un dispositivo viajan por el bus hasta llegar al receptor adecuado. Es fácil de instalar y requiere menos cableado, pero una falla en el cable principal puede afectar toda la red. |
Adecuado para RS485, los dispositivos están conectados en secuencia sin ramificaciones largas, manteniendo la integridad de la señal y permitiendo el uso correcto de resistencias de terminación. |
| Espina Dorsal con Ramificaciones |
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Una línea central conecta varias redes pequeñas o ramificaciones. Facilita la administración de la red al centralizar las rutas de comunicación. Sin embargo, si la línea principal falla, la comunicación de todas las ramificaciones puede verse afectada. |
No es ideal para RS485, ya que las ramificaciones largas pueden causar reflexión de señal y afectar la estabilidad de la comunicación. |
| Topología en Árbol |
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Conecta una línea central con varias ramas, formando una estructura jerárquica. Escalable y adecuada para redes grandes. Sin embargo, si la línea central falla, una gran parte de la red puede verse afectada. |
No ideal para RS485, ya que múltiples ramas pueden generar problemas de reflexión de señal. |
| Topología en Anillo |
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Cada nodo se conecta en un bucle cerrado, donde los mensajes circulan en un solo sentido alrededor del anillo. |
No es adecuada para RS485, ya que este estándar no admite estructuras cerradas, y la topología en anillo puede generar reflexión de señal y conflictos de comunicación. |
| Espina Dorsal con Estrellas o Clústeres |
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Una línea principal conecta múltiples redes en estrella. Este diseño mejora la tolerancia a fallos y segmenta la red en unidades manejables. |
No es adecuado para RS485. Las múltiples ramas o configuraciones en estrella pueden causar severos problemas de reflexión de señal y errores de comunicación. |
| Topología en Estrella |
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Cada nodo de la red está conectado a un nodo central, que maneja la comunicación entre los dispositivos. |
No es adecuada para RS485. Las ramas pueden ser demasiado largas, afectando la coincidencia de impedancia requerida para la estabilidad de la señal. |
6. Protocolos de Comunicación para RS485
RS485 es un estándar de comunicación de capa física y requiere un protocolo para gestionar el intercambio de datos y el control entre dispositivos. Algunos protocolos comunes incluyen:
- Modbus RTU: Usado en automatización industrial, permite transmisión de datos binarios con estructura maestro-esclavo.
- Profibus DP: Desarrollado por Siemens, admite velocidades de hasta 12 Mbps y usa una configuración multimaster.
- BACnet MS/TP: Diseñado para automatización de edificios, utiliza un mecanismo de paso de token.
- DNP3: Común en sistemas de energía, soporta transmisión de datos con sellos de tiempo.
- HART: Utilizado en instrumentación inteligente, transmite datos sobre señales analógicas de 4-20mA.
7. Caso de Estudio RS485
Ejemplo de aplicación de los caudalímetros de rueda de paletas de LORRIC en el sistema de dosificación química central de Hingsen Semiconductor.
En el sistema de dosificación química central de Hingsen Semiconductor, la configuración incluye tanques de almacenamiento de productos químicos conectados a sistemas de dosificación en cada punto del proceso. Estos sistemas están controlados por cajas de válvulas que regulan el suministro de reactivos químicos.
Cada caja de válvulas está equipada con un caudalímetro de rueda de paletas de LORRIC para medir el flujo de reactivos. Los caudalímetros transmiten información en tiempo real al sistema de control central a través de RS485, deteniendo el suministro una vez dispensada la cantidad especificada de reactivo. Dentro de este sistema, RS485 desempeña un papel clave como puente de comunicación entre el sistema de control central y cada caja de válvulas.