EIA-485 / RS485 LES SOLUTIONS GMI DATABOX

EIA-485 / RS485
LES SOLUTIONS
GMI DATABOX
I.
Sommaire
Introduction
La norme EIA-485 définie par l’EIA, Electronic Industries
Association, a été publiée en Avril 1983.
Ce standard précise les caractéristiques électriques des
1 - Introduction
2 - Topologies bus et étoile
3 - Les distances en mode EIA-485
émetteurs et des récepteurs pour une utilisation dans le
système multi-point en mode symétrique.
GMI-DATABOX propose depuis plusieurs années, une
gamme d’équipements destinés aux raccordements
4- Liaisons EIA-485 via fibre optique
d’interfaces EIA-485.
5 - Liaisons EIA-485 via Ethernet
L’ensemble de ces produits permet de répondre à la
6 - Gestion réseau multipoint EIA485
plupart des problèmes liés à l’utilisation d’équipements
avec interface EIA-485 et en particulier aux contraintes
de raccordement imposées par le principe de bus.
7 - Compatibilité EIA-485
Le catalogue général GMI-DATABOX ainsi que notre site
web présentent ces produits dans différents chapitres
ou rubriques, selon leur fonction.
Le but de ce document est de découvrir l’ensemble de
ces produits à partir des solutions apportées par leur
utilisation.
II. EIA-485 : Topologies bus et étoiles
L'interface EIA-485 (EIA) définit les conditions d'interconnexion de plusieurs circuits
émetteurs et récepteurs (transceivers) utilisés dans des systèmes multipoint en mode
symétrique (Bus 2 fils).
Bus RS485
Rt
Rt
Transceiver
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 EIA-485" est disparate.
GMI-DATABOX propose plusieurs solutions selon les configurations utilisateurs, avec
la possibilité de topologie bus, étoile et mixte bus/étoile.
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.
2-1 Solutions pour liaisons Câbles paires torsadées (cuivre)
Bus RS485
Bus RS485
L'extenseur EIA-485 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'extenseur 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.
L’extenseur/Isolateur EIA-485 permet la création d'un réseau en étoile.
Chaque voie secondaire correspond à un bus EIA-485 2 ou 4 fils, avec la possibilité de
raccorder jusqu'à 128 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.
2-2 Solutions pour liaisons fibre optique :
Le Splitter fibre optique 2 à 24 ports 9024, permet la création d'un réseau en étoile avec
interface fibre optique multimode ou monomode.
Chaque voie principale ou secondaire peut supporter à son extrémité un convertisseur avec
interface EIA-485 2/4 fils. D'autres types d'interfaces sont également disponibles V24, et V11
ce qui autorise le raccordement de tout équipement.
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 Splitter fibre optique 2 ports 9024-3 permet de réaliser une liaison en Y à partir d'une seule
E/S EIA-485 (via un convertisseur EIA-485/Fibre optique. Chaque liaison secondaire fibre
optique est capable de supporter un module de communication EIA-485/Fibre optique
point à point aussi bien en version fibre multimode que monomode.
De nombreuses configurations peuvent être réalisées à partir de ces différents produits GMIDATABOX, afin de répondre à la majorité des applications clients.
III - Les distances en mode EIA-485 :
Bus RS485
- Nombre de stations : 32
- Longueur du bus : 1000 m à 19.200 Bps
Le principe même d'un bus interdit toute dérivation importante et oblige le bus a être
connecté aux différentes stations les unes à la suite des autres, ce qui peut conduire à
des distances importantes.
Distance supérieure à 1000 mètres :
Dans le cas où la liaison "bus" vers chaque station est supérieure à 1000 mètres, plusieurs
solutions peuvent être envisagées pour étendre ou déporter le bus EIA-485 :
- Utilisation d'un répéteur de liaison EIA-485
- Utilisation de modem EIA-485 point à point Chaque solution est décrite ci-après avec
les équipements correspondants.
3-1 Utilisation d'un répéteur EIA-485 :
Bus 2 fils
32 stations 1000m
à 19.200 Bps
32 stations 1000m
à 19.200 Bps
Cet équipement se raccorde sur un bus EIA-485 et permet de disposer d’une nouvelle
E/S EIA-485 avec les mêmes caractéristiques de base.
L’extenseur EIA-485 est totalement transparent aux données jusqu'à 115,2 Kbps.
Plusieurs modèles sont disponibles :
- Boitier compact avec alim. Externe 230V livré avec kit pour montage rail Din.
IV - Liaisons EIA-485 en fibre optique
Les liaisons EIA-485 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 6 km en multimode et 20 km
en monomode.
4-1 Liaison point à point EIA-485 :
L’utilisation de modules de communication fibre optique permet soit d'étendre un bus EIA485 via un "tronçon" fibre optique, soit de déporter un bus EIA-485 via une liaison fibre
optique.
Bus RS485
Fibre optique
Bus RS485
E/S
V24
BDC
V11
Ou RS485
Fibre optique
Bus RS485
4-2 Liaison multipoint EIA-485
Bus
Fibre Optique
Fibre Optique
Max 6Kms
Max 6Kms
Fibre Optique
RS485
Bus RS485
Bus RS485
La version multipoint des modules de communication fibre optique comporte deux étages fibre
optique indépendants (amont/aval) gérés dans une logique de transmission maître/esclave.
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.
- 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.
- 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.
GMI-DATABOX vous propose des pseudo-modems avec interface fibre optique multimode
(budget 12dB et 25dB) ou monomode (budget 12dB).
Plusieurs modèles sont disponibles
- Boîtier indépendant 230VAC
- Boîtier compact rail Din
4-3 Liaisons EIA-485 multiplexées :
Les multiplexeurs temporels fibre optique sont destinés à transmettre jusqu'à 2 ou 16 liaisons
ou bus EIA-485 sur un seul et même câble fibre optique 2 brins multimode ou monomode.
Cette technique de multiplexage temporel permet de déporter les bus EIA-485 2 ou 4 fils
dans des sites étendues en limitant le nombre de câbles paires torsadées et en garantissant
la qualité de transmission grâce à l'immunité totale apportée par la fibre optique.
V - Liaisons EIA-485 via Ethernet
L'adoption des réseaux locaux Ethernet dans le monde industriel conduit à vouloir utiliser les
systèmes de câblage, à base de câbles cuivres et/ou fibres optiques, comme support de
communication universel, pour l'ensemble des besoins informatiques, d'automatismes, de
télécontrôle, téléacquisition, télésurveillance, etc …
Différentes solutions existent désormais pour gérer des équipements "asynchrones" tels
qu’automates, API, capteurs, etc … via un réseau local Ethernet multi-utilisateurs
5-1 : Configuration classique : Prenons
l'exemple d'une application avec des automates
gérés à partir d'un superviseur via le protocole
ModBus :
Bus RS485
Superviseur
API
API
API
API
ModBus
A
B
C
D/E/F/G
Le raccordement est effectué via un bus EIA-485 2 ou 4 fils reliant chaque API. Les
requêtes du superviseur ModBus sont reçues par chaque API, seul celui "adressé" peut
répondre.
5-2 : Configuration via un réseau Ethernet
Deux types de configuration sont disponibles. Elles diffèrent selon le mode d'accès du
superviseur.
Dans ce mode, le superviseur fonctionne exactement de la même façon que dans la
configuration standard (voir 5-1 ci-dessus). L'utilisateur n'apporte aucune modification à
son application. La mise en place d'adaptateurs ou convertisseurs asynchrone/Ethernet
permet la transparence totale via le réseau Ethernet :
Superviseur
RESEAU LOCAL ETHERNET
RJ45
API
RJ45
D
E
RJ45
RJ45
RJ45
F
G
RS485
RS485
RS485
API A
API C
API B
Comme dans la configuration standard, les requêtes ModBus envoyées par le
superviseur sont reçues par tous les API et seul celui "adressé" peut répondre au
superviseur.
Le superviseur possède sa propre carte réseau Ethernet (NIC) et les applications utilisent
le protocole TCP/IP. Le raccordement au serveur s'effectue directement sur le réseau et
chaque API ou groupe d'API est connecté au réseau Ethernet via un serveur de
périphérique TCP/IP.
Chaque serveur de périphériques dialogue avec l'application "client" du superviseur et
transmet de façon transparente les données "asynchrones" destinées aux API connectés.
Plusieurs "méthodes" de compatibilité TCP/IP peuvent être utilisées pour le logiciel
applicatif du superviseur.
Superviseur
RESEAU LOCAL ETHERNET
RJ45
API
RJ45
E
RJ45
RJ45
RJ45
10BaseT
D
F
G
RS485
RS485
RS485
API A
API C
API B
Les serveurs de périphériques supportent des E/S avec interface V24, V11 ou EIA-485
avec/sans isolation optique.
Les serveurs de périphériques sont capables de supporter des fonctions spécifiques
supplémentaires selon les besoins de l'application.
VI - GESTION RESEAU MULTIPOINT EIA-485
La possibilité de raccorder 32 équipements sur un même bus amène la question sur le mode de
gestion du réseau ainsi créé.
En effet, une procédure de transmission doit être adaptée pour que chaque équipement puisse
transmettre et recevoir des données, selon des règles précises.
De nombreuses procédures de transmission ou protocoles existent sur le marché, en particulier
le protocole ModBus développé par la société MODICOM®.
Tous ces protocoles sont basés sur le principe d'adressage maître/esclave, qui consiste à
envoyer une requête ou question à un destinataire précis, sous forme d'une trame, et d'attendre
la réponse du destinataire ayant reconnu son adresse.
Ceci implique bien sûr que chaque équipement "esclave" ou secondaire comporte un
minimum d'intelligence pour gérer ce protocole.
Equipement non intelligent :
Le raccordement d'équipements dépourvus de toute notion d'adressage conduit à trouver des
solutions complémentaires pour pallier à cette incompatibilité.
Deux solutions sont envisageables selon le mode de gestion du réseau EIA-485 :
Si la gestion du réseau ne comporte aucun protocole particulier, l'utilisation de commutateur
automatique permet de répondre à cette application.
Si la gestion du réseau est effectuée à partir d'un protocole de transmission, type ModBus par
exemple, la solution consiste à utiliser un convertisseur de protocole.
VII - COMPATIBILITE EIA-485
Les problèmes de compatibilité avec les équipements EIA-485 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.
Plusieurs équipements sont proposés pour résoudre l'ensemble de ces problèmes
7-1 Convertisseurs d'interfaces :
Le convertisseur d'interfaces permet le raccordement d'équipements dont les interfaces d'E/S
sont incompatibles sur le plan électrique.
La gamme de convertisseurs GMI-DATABOX permet de répondre à la plupart des besoins
utilisateurs, de par la multitude de modèles disponibles.
RS485
V24
Parallèle
V11
BDC
Ces convertisseurs sont proposés sous des formats différents :
- Carte PC 1 ou 2 ports de communication
- Boitier compact alim. Externe 230 VAC
- Boitier compact industriel (rail Din), alim. DC
- Boitier miniature autoalimenté.
Tous les modèles, à l'exception des boitiers miniatures comportent une isolation galvanique,
grâce à l'utilisation des coupleurs optiques.
Ils permettent également le fonctionnement en 2 ou 4 fils, et supportent la gestion du mode
d'exploitation à l'alternat (HDX) à partir du signal DPE (RTS) ou de la détection automatique des
données, de façon totalement transparente pour l'application.
Cette nouvelle famille d'adaptateurs due à l'adoption de plus en plus massive de réseaux
locaux Ethernet dans le monde industriel, est destinée à l'exploitation des processus industriels
sous TCP-IP.
GMI-DATABOX propose deux types de produits asynchrone / Ethernet :
- les adaptateurs asynchrones / Ethernet permettant la transmission de données entre des
équipements asynchrones en utilisant le réseau local comme support de transmission. Ces
adaptateurs assureront la conversion des données et l'échange des données entre des
équipements en mode point à point ou multipoint.
- les serveurs de périphériques GMI-DATABOX dont le but est de gérer des équipements
asynchrones divers à partir d'applications sous TCP/IP.