Los problemas de comunicación RS-485 son comunes en los proyectos de automatización de edificios debido a que muchas cosas pueden salir mal durante la instalación. Este artículo le enseña lo esencial sobre la instalación de una red RS-485 para evitar problemas de comunicación. Los protocolos Modbus RTU y BACnet MSTP se implementan a través de la capa física RS-485. Por lo tanto, los siguientes consejos se aplican a ambos protocolos de bus y a su cableado.
Modbus es un protocolo maestro-esclavo
Cuando se instala una red RS-485, es fundamental entender que Modbus RTU sobre RS-485 es un protocolo maestro-esclavo. Los dispositivos esclavos no pueden iniciar la comunicación; solo pueden responder a las peticiones del maestro. Por lo tanto, todos los esclavos deben estar conectados al dispositivo maestro de la instalación. Tenga en cuenta que siempre hay un solo maestro en una red RS-485, pero puede haber hasta 247 esclavos en función de la carga de la unidad.
La carga de la unidad especifica el número permitido de dispositivos
Todos los esclavos Modbus cargan el segmento, y la carga afecta al número de unidades que se pueden conectar con seguridad a un segmento. Esta carga se denomina carga unitaria (UL). Si una red está sobrecargada, el transceptor tendrá dificultades para enviar los niveles de tensión necesarios y podría, incluso, romperse.
Un segmento puede manejar hasta 32 UL. Los transceptores anteriores solían tener 1 UL, mientras que los modernos tienen capacidades de carga aún menores, como 1/10 UL o 1/4 UL. Por ejemplo, los controladores Modbus Produal Proxima® CU-LH y HLS 44-SE utilizan transceptores 1/10 UL. En teoría, se puede construir una red RS-485 hasta un segmento completo de 247 dispositivos. Sin embargo, no es fácil de conseguir debido al cable utilizado, su longitud y la calidad general del trabajo de instalación. No obstante, con unas buenas prácticas de instalación y un cable adecuado, se pueden conseguir con seguridad segmentos de 60-90 unidades.
Elija los cables adecuados y compruebe las conexiones
La red RS-485 suele denominarse sistema de dos hilos. Sin embargo, según el estándar Modbus, la mejor práctica, para tener un equilibrio, es incluir una toma de tierra entre todos los dispositivos de un segmento. Por ello, se recomienda utilizar siempre al menos tres hilos para la transmisión de datos (2 x 2 pares trenzados).
Utilice A+ y B- con un par y G0 con uno de los hilos del segundo par. Un buen G0 sólido para cada unidad estabiliza el potencial de tierra y evita el riesgo de posibles problemas de tierra. Asegúrese de no mezclar las conexiones de los terminales A+ y B-; deben ser las mismas en cada dispositivo esclavo.
Cuando elija un cable, recuerde que la longitud máxima de un segmento es de 1200 m. entre 9600 baudios y 38400 baudios. Por ejemplo, Belden 9842 es una opción sólida.
Evite a toda costa los ramales largos
Otra cuestión crítica que ayuda a evitar problemas de comunicación en las redes RS-485 es evitar a toda costa los ramales largos y utilizar siempre un tipo de conexión encadenada. Por "ramales" nos referimos a conexiones cortas y largas con un cable RS-485 desde el dispositivo hasta el cable de red principal.
Los ramales largos pueden interferir en las comunicaciones, y el maestro y los esclavos podrían tener problemas para detectar los niveles de señal. Por lo tanto, siempre se recomienda utilizar conexión encadenada cuando sea posible. Por ejemplo, vea la imagen que ilustra las diferencias en los niveles de señal (extraído de "Tutorial 763 / Guidelines for Proper Wiring of an RS-485 (TIA/EIA-485-A) Network" con la aprobación de Analog Devices Inc.)
Mantenga la terminación equilibrada en ambos extremos
Una terminación correcta desempeña un papel fundamental para garantizar una señal clara. La terminación en un segmento RS-485 se consigue cuando se conectan dos resistencias de 120 ohmios a la primera y última unidad del segmento. La terminación se añade para dar a la red la misma impedancia en el cable y reducir las reflexiones de la señal.
Si los niveles de ohmios de la terminación son diferentes en cada extremo, las señales podrían ser poco claras y estar llenas de señales de reflejo. El reflejo de la señal, a su vez, pueden interferir en la comunicación de la red y provocar errores. Por lo tanto, es fundamental asegurarse de tener siempre los niveles de terminación en la primera y última unidad del segmento.
Finalizar la instalación con el apantallamiento correcto
El apantallamiento no siempre es necesario, pero se recomienda si hay dispositivos eléctricos ruidosos cercanos, como los convertidores de frecuencia. Si se utiliza un apantallado, hay que tener cuidado de conectarlo correctamente; el apantallamiento nunca debe conectarse directamente a las tomas de tierra de todos los dispositivos. En cambio, la toma de tierra del apantallado solo debe conectarse en un extremo, preferiblemente en la pasarela Modbus. Vea el siguiente dibujo de ejemplo del apantallamiento adecuado.
Y si se encuentra con problemas en su red RS-485, a continuación os dejamos una serie de consejos para tratar de solucionarlos:
En primer lugar, inspeccione los parámetros de comunicación
La forma más fácil de solucionar los errores en las redes RS-485 es comprobar el estado general del producto, como los parámetros de comunicación. Todos los dispositivos Modbus conectados deben tener los mismos parámetros de comunicación para garantizar la funcionalidad de la red. Por lo tanto, asegúrese de que los parámetros de comunicación coinciden con cada dispositivo de la red y que el maestro tiene los mismos parámetros de comunicación que los esclavos.
Además, busque ID de esclavos Modbus duplicados: todos los dispositivos de la red deben tener un ID de esclavo único entre 1 y 247. Si los esclavos tienen identificaciones idénticas, y tratan de comunicarse simultáneamente, podrían dañar el transceptor.
A continuación, examine la alimentación de cada unidad de la red para que no haya sobrecarga en el transformador. El nivel de voltaje debe ser de alrededor de 27 Vac, pero incluso 22 Vac es seguro. Si cae por debajo de los valores recomendados, las comunicaciones en la red podrían verse afectadas.
Compruebe dos veces el cableado y las conexiones
Asegúrese de que los cables de comunicación A+ y B- son los mismos en toda la red. Si se cruza un par, es probable que la comunicación se detenga ahí, haciendo que todos los dispositivos detrás del cruce no respondan.
Compruebe que el apantallado no se ha utilizado como conexión a tierra (en una cadena), ya que podría debilitar las señales en todo el segmento. Si utiliza una terminación de 120 ohmios, compruebe que solo se utiliza en la primera y la última unidad del segmento para evitar la sobrecarga.
Además, la ausencia de una conexión a tierra puede provocar fallos en la misma. Por lo tanto, utilice siempre un tercer cable para conectar la tierra entre cada esclavo Modbus y la pasarela.
Buenas prácticas para comprobar la red en busca de errores de comunicación
La comunicación con cada dispositivo esclavo Modbus de la red puede examinarse con un ordenador portátil, un USB, un convertidor RS-485 y un programa Modbus (como Modbus Poll). Lea a continuación nuestras buenas prácticas sobre cómo utilizarlas eficazmente.
5 pasos para encontrar y solucionar errores de comunicación en una red RS-485:
- Desconecte la pasarela Modbus y conecte los cables al adaptador RS-485 para obtener el control total de la red.
- Examine cada ID de esclavo Modbus con un registro Modbus válido. Si el software Modbus no tiene respuesta, indica un error de comunicación con la unidad esclava, si hay un problema con el dispositivo, o la instalación.
- Desconecte los esclavos Modbus individualmente para identificar la ubicación exacta del problema. A continuación, examine los dispositivos disponibles y comprueba dónde falla la conexión. Sugerencia: Para aligerar la carga de trabajo, divida la red por la mitad al escanear los errores.
- Anule temporalmente una unidad defectuosa y compruebe los dispositivos que hay detrás para asegurarse de que siguen funcionando correctamente.
- Sustituya una unidad que no funcione por otra similar que sí lo haga.
Nota: Asegúrese de que todas las conexiones están hechas correctamente antes de sustituir una unidad defectuosa. La nueva unidad puede dañarse si hay un error de instalación subyacente.