Poprawne połączenie przewodów w magistrali RS-485 (Modbus RTU)

Modbus RTU króluje wśród standardów komunikacji przemysłowej od prawie 50 lat. Największą zaletą jest zgodność tysięcy różnego rodzaju urządzeń i sterowników, które dzięki Modbus RTU mogą między sobą wymieniać różne dane. Również firma Fronius oferuje ten interfejs na karcie Datamanager 2.0, znajdującej się na podstawowym wyposażeniu większości falowników.  Dzięki temu możliwe jest podłączenie do falownika inteligentnego, dwukierunkowego licznika energii Fronius Smart Meter, ale również podłączenie falownika do różnego rodzaju systemów BMS lub SCADA. Między innymi dlatego na infolinii Wsparcia Technicznego często pojawia się pytanie, jak poprawnie wykonać połączenie magistrali RS-485, która właśnie wykorzystywana jest jako medium w komunikacji Modbus RTU.

Modbus RTU & TCP oraz Datamanager 2.0

Na początek kilka definicji oraz wyjaśnienie, jakie standardy są dostępne w przypadku produktów Fronius i do czego mogą zostać wykorzystane:

Karta Fronius Datamanager 2.0:

• – zawiera Modbus RTU oraz Modbus TCP
• – może działać jako Modbus RTU Master lub jako RTU Slave
• – może działać jako Modbus TCP Client lub jako TCP Server

Modbus RTU jest wykorzystywany w Datamanager 2.0 do podłączenia:

• – liczników energii Fronius Smart Meter
• – akumulatorów (Fronius Solar Battery, LG Chem RESU H)
• – sterownika obciążenia Fronius Ohmpilot
• – urządzeń innych firm

Modbus TCP jest wykorzystywany w Datamanager 2.0 do

• – podłączenia urządzeń firm trzecich
• – sterowania Fronius Ohmpilot

Podstawy Modbus RTU & RS-485

Poniżej wyjaśnienie podstawowych zasad tworzenia magistrali RS-485 w formie kilku prostych punktów:

• – RS-485 to standard definiujący interfejs połączenia elektrycznego (nie protokół!). Magistrala RS-485 stosowana jest w protokole “Modbus RTU” na urządzeniu Datamanager 2.0.
• – Fizyczny nośnik jest zbalansowanym/zrównoważonym kablem połączeniowym, zwanym “skrętką“. Dwie linie (A i B) MUSZĄ wykorzystywać JEDNĄ skręconą parę!
• – Sygnał elektryczny jest zbalansowany (różnicowa transmisja sygnału). Jest to komunikacja odpowiednia dla otoczenia, w którym występują zakłócenia.
• – Topologia magistrali jest liniową topologią punkt-punkt, która może być rozszerzona na wiele punktów

Uwaga: połączenie w “gwiazdę” lub “równoległe” jest nieprawidłowe! –> prowadzi do nadmiernie wysokich odbić lub niskiej impedancji

• – Magistrala RS-485 może być zrealizowana jako system “2-przewodowy” lub “4-przewodowy” (Datamanager 2.0 oferuje tylko opcję 2-przewodową).
• – Magistrala RS-485 musi mieć tylko dwa końce i muszą być zakończone terminatorami (rezystory 120 Ω), aby uniknąć odbić i obniżyć impedancję (zmniejsza to wrażliwość na zakłócenia).
• – Obie linie danych powinny być wyrównane do potencjałów +5V i GND, aby uniknąć „pływającego” potencjału. Zapewnia to bezpieczną pracę i zmniejsza wrażliwość na zakłócenia, gdy żaden węzeł nie zasila linii lub magistrala jest uszkodzona / zwarta.

Połączenia sygnałów są zwykle oznaczone jako:

D +	(A)	(+)	sygnał nieodwrócony
D –	(B)	(-)	sygnał odwrócony
–	(C)	(wspólne GND)

• – Nie ma zalecenia, jak podłączyć ekran przewodów RS-485
• – Tylko urządzenie RTU Master może zainicjować komunikację na magistrali

Architektura magistrali RS-485 – Schemat

• – Rezystory polaryzacji (pull-up i pull-down) nie są montowane w urządzeniu DataManager w celu zapewnienia elastyczności
• – Dwie linie danych MUSZĄ być jedną skręconą parą!
• – Zaleca się, aby długość magistrali od terminatora do terminatora nie przekraczała 300m, choć przy niższych parametrach transmisji może ona być znacznie dłuższa (nawet do 1200m). Oczywiście pod warunkiem, że fizyczne połączenie zostało wykonane zgodnie ze wszystkimi przedstawionymi w tym artykule zaleceniami.

Architektura magistrali RS-485

Uziemiony ekran jest tutaj przykładem dla pojedynczego punktu połączenia PE, ale nie dajemy zaleceń dotyczących ekranowania, z  jednym wyjątkiem: NIGDY nie podłączaj ekranu do sygnału-GND!

Przełącznik Master / Slave na Datamanager nie odpowiada funkcji Modbus RTU!

Rezystory terminujące na karcie Datamanager

W przypadku kart Datamanager rezystory terminujące 120 Ω są już umieszczone na płytce PCB i należy je aktywować/dezaktywować przy pomocy małego DIP-switcha umieszczonego pod anteną WiFi. Karta, która znajduje się na końcu linii musi mieć go w pozycji ON, pozostałe (te w środku linii): w pozycji OFF, tak jak to zaznaczono na rysunku powyżej.

Lokalizacja przełącznika terminującego 120 Ω na karcie Datamanager i na karcie Pilot jest pokazana poniżej:

RS-485 – wewnątrz przewodów

Czasami instalatorzy popełniają taki błąd	To jest jedyny poprawny sposób połączenia
© janitza.de	© janitza.de

Uziemienie sygnału (C) jest obowiązkowe, jeżeli interfejs nie jest izolowany galwanicznie.

Podsumowanie

Zawsze potrójnie sprawdź, czy okablowanie RS-485 jest naprawdę w doskonałym stanie, zanim zmarnujesz swój czas!