Interfaces de contadores

Cableado, terminación y polarización de RS-485

Cableado RS-485 para Modbus RTU: cadena, derivaciones, terminaciones, polarización, polaridad A/B, conductor común y longitud del cable.

Un bus RS-485 para Modbus RTU consta de un único troncal de par trenzado, conectado en cadena de dispositivo a dispositivo, con una terminación en cada extremo físico y polarización en un solo punto. Muchos fallos de RS-485 aparecen al incumplir una de estas reglas: una ramificación en estrella, una tercera terminación, polarización en dos dispositivos o conductores intercambiados. Esta guía explica cada regla y cómo comprobar la instalación.

Esta guía forma parte de la serie sobre Modbus y RS-485. La guía de RS-485 frente a Modbus explica qué define cada uno. Aquí se utilizan los valores específicos del protocolo que figuran en la guía de la línea serie Modbus. Compárelos siempre con las instrucciones de los dispositivos exactos.

Cablear un único bus troncal en cadena

Tienda un cable desde el primer dispositivo hasta el último y conecte los demás a lo largo del recorrido. No ramifique el bus en estrella.

Bus Modbus RTU RS-485 de dos hilos Una interfaz Modbus ZMB se sitúa en un extremo de un bus troncal en cadena con conductores A, B y común. Tres contadores se conectan a lo largo del bus. Hay una terminación de 120 Ω en cada extremo y polarización en un solo punto. Interfaz ZMB Maestro Modbus RTU polarización aquí A B C 120 Ω Contador ID 1 Contador ID 2 Contador ID 3 bus: A, B y común Polarizar en un solo punto 120 Ω en cada extremo Bus en cadena con derivaciones cortas, ID de unidad único por dispositivo
Un bus troncal RS-485 de dos hilos: el maestro en un extremo, dispositivos conectados mediante derivaciones cortas, una terminación de 120 Ω en cada extremo y polarización en un punto.

Cada conexión del troncal a un dispositivo es una derivación. Manténgala tan corta como permitan los bornes. La guía de la línea serie Modbus establece un máximo de 20 m para una derivación y, en una toma de varios puertos, 40 m divididos entre el número de derivaciones. Una ramificación larga hasta un contador alejado constituye otro troncal, no una derivación, y requiere un repetidor.

Dibuje el bus tal como está instalado: el recorrido del cable, la longitud de cada tramo, todos los dispositivos, empalmes y repetidores. El maestro no tiene que estar en un extremo. Un controlador situado en un cuadro intermedio queda en el centro del troncal.

Terminar ambos extremos y solo los extremos

Una terminación evita que la señal se refleje desde el extremo del cable. Se conecta entre los dos conductores de señal en cada extremo físico del troncal. La guía de la línea serie Modbus exige una terminación cerca de cada extremo y no permite más de dos en un mismo par. También prohíbe colocarla en una derivación.

Su valor debe coincidir con la impedancia característica del cable, normalmente 120 Ω para un par trenzado RS-485. La guía Modbus ofrece dos opciones:

  • una resistencia de 150 Ω y 0,5 W; o
  • una resistencia de 120 Ω y 0,25 W en serie con un condensador de 1 nF, opción preferible cuando el bus está polarizado.

Muchos contadores e interfaces incorporan una terminación que se activa con un interruptor o puente. Cuente todas las que estén habilitadas. Las terminaciones están en paralelo, por lo que cada una adicional reduce la resistencia equivalente que ven los controladores de línea y aumenta la carga:

Terminaciones de 120 Ω habilitadasResistencia en paralelo
2 (correcto)60 Ω
340 Ω
430 Ω

El comprobador de terminación y polarización RS-485 detecta contradicciones como tres terminaciones o polarización en dos puntos:

Polarizar en un punto si algún dispositivo lo necesita

Cuando ningún dispositivo transmite, nadie controla el bus. Entonces, el ruido puede parecer datos a un receptor. La polarización (denominada también bias en la guía Modbus) mantiene el bus inactivo en un estado definido: una resistencia de elevación entre D1 y 5 V y una resistencia de reducción entre D0 y el conductor común. La guía de la línea serie Modbus establece estas reglas:

  • la documentación de cada dispositivo debe indicar si necesita polarización y si la proporciona;
  • si algún dispositivo la necesita, instale un par de resistencias de 450 a 650 Ω en un único punto de todo el bus, normalmente junto al maestro;
  • ningún otro dispositivo debe aplicar polarización;
  • con polarización, el número de dispositivos permitidos en el bus se reduce en cuatro.

Muchos transceptores modernos tienen comportamiento seguro ante ausencia de señal: interpretan correctamente un bus inactivo sin polarización. Consulte la documentación del dispositivo en lugar de añadirla por costumbre.

Por qué interactúan la terminación y la polarización

Un receptor necesita al menos 200 mV entre los dos conductores para leer un estado definido. La polarización produce esa tensión mediante un divisor con las terminaciones. Con el bus inactivo, alimentación de polarización de 5 V y resistencias de 650 Ω:

TerminacionesCarga entre conductoresTensión en reposo
Dos resistencias de 150 Ω75 Ω0,27 V
Dos resistencias de 120 Ω60 Ω0,22 V
Dos resistencias de 120 Ω con condensadores de 1 nFSin carga de CCMuy superior a 0,2 V

Con terminaciones simples de 120 Ω apenas queda margen sobre 200 mV, incluso antes de considerar tolerancias o ruido. Por eso la guía Modbus prefiere la opción con condensador para un bus polarizado: el condensador bloquea la corriente continua de polarización y la resistencia sigue terminando los flancos rápidos de la señal. Las cifras anteriores no incluyen los receptores, el cable ni las tolerancias de los componentes. Úselas para comprender el diseño, no para dar por aceptado un bus.

Polaridad, conductor común y pantalla

A y B no se nombran de forma uniforme. La guía de la línea serie Modbus llama D0 y D1 a los conductores y los relaciona con los nombres de terminales RS-485 A/A' y B/B'. No todos los fabricantes siguen esa convención. Algunos intercambian A/B y otros utilizan D+/D−, 485+/485− o TX+/TX−. Utilice la definición de señales del manual de cada dispositivo, no la letra impresa en el borne. Los colores recomendados por la guía Modbus son amarillo para D1, marrón para D0 y gris para el común.

Conecte el común. RS-485 es diferencial, pero los receptores necesitan que las tensiones de los dos conductores permanezcan dentro de su rango de modo común. La guía Modbus incluye un conductor común, conectado a tierra de protección en un único punto, normalmente junto al maestro. Las interfaces aisladas cambian esta disposición. Siga la documentación del dispositivo y el diseño de puesta a tierra de la instalación.

Trate la pantalla por separado. La pantalla, el común de señal y la tierra de protección cumplen funciones distintas. No los una por costumbre.

Longitud del cable, dispositivos y baudios

LímiteValor de la guía de la línea serie Modbus
Longitud del troncal1.000 m a un máximo de 9.600 baudios con cable AWG 26 o más grueso; la mitad para cable de cuatro hilos utilizado como dos hilos
Cable de categoría 5Hasta 600 m
Longitud de una derivación20 m como máximo
Dispositivos sin repetidor32, o más si los dispositivos tienen una carga unitaria menor y su documentación lo permite; cuatro menos con polarización
DireccionesDe 1 a 247

Una velocidad en baudios mayor, más dispositivos o un cable de peor calidad reducen la longitud admisible. La guía de diseño de TI explica cómo la capacitancia del cable y el tiempo de subida de la señal determinan el límite práctico.

Un bus eléctricamente correcto también puede ser demasiado lento. La calculadora de tiempos de Modbus RTU muestra la duración de un ciclo de sondeo. Una velocidad en baudios mayor reduce el tiempo de transmisión, no el tiempo de respuesta de cada dispositivo; un solo dispositivo desconectado puede añadir un tiempo de espera completo a cada ciclo.

Síntomas y causas probables

SíntomaCompruebe primero
Ningún dispositivo respondeAjustes serie, direcciones y polaridad de los bornes del propio maestro
Un dispositivo nunca respondeSu dirección, ajustes serie, polaridad y derivación
Respuestas con errores CRC, más frecuentes a mayor velocidadTerminaciones en lugares incorrectos, derivaciones largas o ramificación en estrella
Errores con el bus inactivo o en la primera tramaPolarización ausente o duplicada
Errores al conectar un segundo maestroDos maestros en un mismo bus; solo uno puede sondear
Respuestas correctas con valores incorrectosNo es un fallo de cableado: compruebe el mapa de registros y el tipo de dato

Cambie un solo elemento cada vez y registre el cambio. La guía de diagnóstico Modbus continúa con los fallos de protocolo.

Mantener corto el bus con un ZMB

Una interfaz Modbus ZMB se instala junto al equipo que lee y transmite los registros por la red mallada Zigbee al Gateway. Así, el cable RS-485 recorre unos metros dentro de un solo cuadro en lugar de atravesar el edificio, y el ZMB actúa como maestro en un extremo de ese troncal corto. La guía de puesta en marcha de Modbus RS-485 cubre toda la secuencia de aceptación.

Preguntas frecuentes

¿Dónde se colocan las resistencias de terminación RS-485?

Entre los dos conductores de señal en cada extremo físico del troncal y solo allí. La regla es dos terminaciones por bus; la guía de la línea serie Modbus no permite más de dos en un mismo par. Si el maestro está en medio del recorrido del cable, no debe llevar terminación.

¿Qué valor debe tener una terminación RS-485?

Debe coincidir con la impedancia característica del cable, normalmente 120 Ω para un par trenzado RS-485. La guía Modbus admite una resistencia de 150 Ω (0,5 W) o una de 120 Ω (0,25 W) en serie con un condensador de 1 nF cuando el bus está polarizado.

¿Qué es la polarización (bias) de RS-485?

Una resistencia de elevación en un conductor de señal y otra de reducción en el otro, instaladas en un solo punto para que los receptores vean un estado definido cuando ningún dispositivo transmite. La guía de la línea serie Modbus especifica resistencias de 450 a 650 Ω hacia 5 V y hacia el conductor común.

¿Qué longitud puede tener un cable RS-485?

La guía de la línea serie Modbus indica 1.000 m a 9.600 baudios con cable AWG 26 o más grueso, y la mitad para cable de cuatro hilos utilizado como dos hilos. Una velocidad mayor, más dispositivos y un cable de peor calidad reducen esa longitud.

¿Cuántos dispositivos caben en un bus RS-485?

32 cargas unitarias estándar sin repetidor. Los dispositivos con menor carga unitaria permiten más si así lo indica su documentación. La guía de la línea serie Modbus reduce esa cantidad en cuatro cuando el bus está polarizado.