Un bus RS-485 pour Modbus RTU est une paire torsadée principale reliant les appareils en chaîne, avec une terminaison à chacune de ses extrémités physiques et une polarisation en un seul point. La plupart des défauts viennent d’une de ces règles enfreintes : branchement en étoile, troisième terminaison, polarisation sur deux appareils ou conducteurs inversés. Ce guide explique les règles et leur vérification sur l’installation.
Ce guide fait partie de la série Modbus et RS-485. Le guide RS-485 et Modbus distingue ces deux notions. Les valeurs propres au protocole présentées ici viennent du guide Modbus série. Vérifiez-les toujours dans les instructions des appareils exacts.
Câbler une seule ligne principale en chaîne
Faites passer un câble du premier appareil au dernier et raccordez chaque appareil sur le trajet. Ne divisez pas le bus en étoile.
Le raccordement entre la ligne principale et un appareil est une dérivation (stub dans le guide Modbus). Gardez-la aussi courte que les bornes le permettent. Le guide Modbus série limite une dérivation à 20 m, ou à 40 m divisés par le nombre de dérivations sur un raccord multivoie. Une longue branche vers un compteur éloigné constitue une seconde ligne principale et nécessite un répéteur.
Dessinez le bus tel qu’il est installé : trajet et longueur de chaque section de câble, appareils, raccords et répéteurs. Le maître n’est pas nécessairement à une extrémité. Un contrôleur placé dans une armoire intermédiaire se trouve au milieu de la ligne.
Terminer les deux extrémités, et seulement elles
La terminaison empêche le signal de se réfléchir au bout du câble. Elle se place entre les deux conducteurs de signal à chacune des extrémités physiques de la ligne principale. Le guide Modbus série demande une terminaison près de chaque extrémité et n’en autorise pas plus de deux sur la même paire. Il interdit aussi la terminaison sur une dérivation.
La valeur doit correspondre à l’impédance caractéristique du câble, généralement 120 Ω pour une paire torsadée RS-485. Le guide Modbus série donne deux possibilités :
- une résistance de 150 Ω, 0,5 W ; ou
- une résistance de 120 Ω, 0,25 W en série avec un condensateur de 1 nF, préférable si la ligne est polarisée.
De nombreux compteurs et interfaces possèdent une terminaison intégrée activable par interrupteur ou cavalier. Comptez toutes celles qui sont actives. Les résistances de terminaison sont en parallèle : chaque résistance supplémentaire réduit la charge équivalente vue par les émetteurs.
| Terminaisons de 120 Ω actives | Résistance équivalente en parallèle |
|---|---|
| 2 (correct) | 60 Ω |
| 3 | 40 Ω |
| 4 | 30 Ω |
Le vérificateur de terminaison et de polarisation RS-485 détecte des incohérences telles que trois terminaisons ou deux points de polarisation :
Polariser en un seul point si un appareil en a besoin
Quand aucun appareil n’émet, personne ne pilote le bus. Le bruit peut alors être interprété comme des données par un récepteur. La polarisation maintient un état de repos défini : une résistance tire D1 vers 5 V et une autre tire D0 vers le commun. Le guide Modbus série fixe les règles suivantes :
- la documentation de chaque appareil doit indiquer s’il a besoin de polarisation et s’il en fournit une ;
- si un appareil en a besoin, installez une seule paire de résistances de 450 à 650 Ω, en un seul point du bus, généralement au maître ;
- aucun autre appareil ne doit polariser le bus ;
- avec une polarisation, le nombre d’appareils admis sur le bus diminue de quatre.
De nombreux émetteurs-récepteurs modernes sont dits « failsafe » : ils interprètent correctement un bus au repos sans polarisation. Consultez la documentation au lieu d’ajouter systématiquement des résistances.
Interaction entre terminaison et polarisation
Un récepteur a besoin d’au moins 200 mV entre les deux conducteurs pour reconnaître un état défini. La polarisation crée cette tension à travers un diviseur avec les terminaisons. Pour un bus au repos, une alimentation de polarisation de 5 V et des résistances de 650 Ω :
| Terminaisons | Charge entre conducteurs | Tension au repos |
|---|---|---|
| Deux résistances de 150 Ω | 75 Ω | 0,27 V |
| Deux résistances de 120 Ω | 60 Ω | 0,22 V |
| Deux résistances de 120 Ω avec condensateurs de 1 nF | Aucune charge en courant continu | Bien supérieure à 0,2 V |
Avec de simples terminaisons de 120 Ω, la marge au-dessus de 200 mV est presque nulle avant de tenir compte des tolérances ou du bruit. C’est pourquoi le guide Modbus préfère la version avec condensateur sur un bus polarisé : le condensateur bloque le courant de polarisation continu, tandis que la résistance termine les fronts rapides du signal. Ces chiffres ignorent les récepteurs, le câble et les tolérances des composants. Ils aident à comprendre la conception ; ils ne suffisent pas à valider un bus.
Polarité, commun et blindage
Les désignations A et B varient. Le guide Modbus série appelle les conducteurs D0 et D1 et les associe aux noms de bornes RS-485 A/A’ et B/B’. Tous les fabricants ne suivent pas cette convention. Certains inversent A et B ; d’autres utilisent D+/D−, 485+/485− ou TX+/TX−. Fiez-vous à la définition des signaux dans la notice de chaque appareil, pas à la seule lettre sur la borne. Le guide Modbus recommande le jaune pour D1, le marron pour D0 et le gris pour le commun.
Raccordez le commun. RS-485 est différentiel, mais les tensions des conducteurs doivent rester dans la plage de mode commun des récepteurs. Le guide Modbus prévoit un conducteur commun relié à la terre de protection en un seul point, généralement au maître. Les interfaces isolées changent cette règle. Suivez la documentation des appareils et le plan de mise à la terre du site.
Traitez le blindage séparément. Blindage, commun du signal et terre de protection ont des fonctions différentes. Ne les reliez pas systématiquement.
Choisir le câble RS485
Le guide Modbus série fixe ces règles pour le câble :
- Utilisez un câble blindé et raccordez le blindage à la terre de protection à une extrémité de chaque câble.
- Utilisez une paire torsadée équilibrée pour D0 et D1, et un troisième conducteur pour le commun. Un bus à quatre fils exige une seconde paire.
- Un conducteur AWG 24 (environ 0,2 mm²) suffit toujours pour les données Modbus sur la totalité des 1 000 m.
- Préférez une impédance caractéristique supérieure à 100 Ω, en particulier à 19 200 bauds et au-delà.
Un câble blindé à 1,5 paire ou à 2 paires conçu pour RS-485 respecte ces quatre règles. Sa paire transporte les données, et le conducteur ou la paire supplémentaire sert au commun. Son impédance est généralement de 120 Ω, ce qui correspond aux terminaisons de 120 Ω décrites plus haut.
Câble de catégorie 5 et 6
Le guide Modbus série autorise un câble de catégorie 5 jusqu’à 600 m. Son impédance caractéristique est de 100 Ω, en deçà de la valeur plus élevée que le guide préfère à 19 200 bauds et au-delà. La catégorie 6 a la même impédance nominale. Le guide ne la mentionne pas : appliquez-lui la même limite de 600 m.
- Placez D0 et D1 sur les deux conducteurs d’une même paire torsadée. N’utilisez jamais un conducteur de chacune de deux paires : la paire perd sa réjection du bruit.
- Utilisez un conducteur d’une autre paire pour le commun.
- La plupart des câbles réseau ne sont pas blindés (U/UTP). Le guide exige un blindage : choisissez un type blindé tel que F/UTP.
- Avec des connecteurs RJ45, suivez le brochage de l’appareil. Le guide avertit qu’un câble croisé sur un bus à deux fils peut causer des dommages.
Brochage RS485 : RJ45, Sub-D 9 broches et borniers
RS-485 ne définit lui-même aucun connecteur. La plupart des compteurs et régulateurs ont des borniers à vis. Quand un appareil Modbus a une prise RJ45 ou Sub-D 9 broches, le guide Modbus sur liaison série fixe le brochage :
| Signal | Broche RJ45 | Broche Sub-D 9 | Exigence | Remarque |
|---|---|---|---|---|
| D1 (B/B′) | 4 | 5 | Obligatoire | La ligne la plus positive quand le bus est au repos |
| D0 (A/A′) | 5 | 9 | Obligatoire | |
| Commun | 8 | 1 | Obligatoire | Commun du signal et de l’alimentation |
| VP | 7 | 2 | Recommandé | Alimentation positive de 5 V à 24 V CC |
| PMC | 3 | 3 | Facultatif | Commande du mode de port |
Beaucoup d’appareils ne le respectent pas. Les prises RJ45 des onduleurs, variateurs et automates utilisent souvent d’autres broches, et certaines prises Sub-D emploient les broches 3 et 8, selon la convention Profibus. Vérifiez chaque notice avant de confectionner un câble, et ne branchez jamais un cordon RS-485 en RJ45 sur un commutateur Ethernet.
Deux fils ou quatre fils
La plupart des compteurs et contrôleurs utilisent RS-485 à deux fils. Une seule paire transporte les données dans les deux sens, et un seul appareil émet à la fois (semi-duplex). RS-485 à quatre fils utilise une paire distincte pour chaque sens (TXD et RXD) ; il est facultatif dans le guide Modbus série. Modbus reste limité à une requête et une réponse à la fois : quatre fils n’apportent donc guère de gain de vitesse.
Pour raccorder des appareils à deux fils à un système existant à quatre fils, le guide relie TXD0 à RXD0 pour former D0, et TXD1 à RXD1 pour former D1. Un câble à quatre fils utilisé ainsi comme bus à deux fils n’autorise que la moitié de la longueur de ligne principale. Lorsqu’un appareil prend en charge les deux modes, un commutateur ou un réglage sélectionne l’un d’eux. Vérifiez que tous les appareils du bus utilisent le même mode.
Longueur, appareils et débit
| Limite | Valeur du guide Modbus série |
|---|---|
| Longueur de la ligne principale | 1 000 m jusqu’à 9 600 bauds avec un câble AWG 26 ou plus gros ; moitié moins pour un câble à quatre fils utilisé comme liaison à deux fils |
| Câble de catégorie 5 | Jusqu’à 600 m |
| Longueur d’une dérivation | 20 m au maximum |
| Appareils sans répéteur | 32, ou davantage avec des appareils à faible charge unitaire si leur documentation le permet ; quatre de moins avec polarisation |
| Adresses | 1 à 247 |
Un débit plus élevé, davantage d’appareils et un câble de moindre qualité réduisent la portée. Le guide de conception de Texas Instruments explique comment la capacité du câble et le temps de montée du signal fixent la limite pratique.
Un bus électriquement correct peut néanmoins être trop lent. Le calculateur de temporisation Modbus RTU indique la durée d’un cycle d’interrogation. Un débit supérieur réduit la durée de transmission, pas le temps de réponse de chaque appareil ; un seul appareil hors ligne peut ajouter un délai d’expiration entier à chaque cycle.
Symptômes et causes probables
| Symptôme | Première vérification |
|---|---|
| Aucun appareil ne répond | Réglages série, adresses, polarité des bornes du maître lui-même |
| Un appareil ne répond jamais | Son adresse, ses réglages série, sa polarité, sa dérivation |
| Réponses avec erreurs CRC, plus fréquentes à haut débit | Terminaisons mal placées, longues dérivations, branchement en étoile |
| Erreurs quand le bus est au repos ou sur la première trame | Polarisation absente ou présente en double |
| Erreurs après le raccordement d’un second maître | Deux maîtres sur un bus ; un seul peut interroger |
| Réponses correctes mais valeurs fausses | Pas un défaut de câblage : vérifiez la table de registres et le type de données |
Changez un seul paramètre à la fois et consignez la modification. Le guide de dépannage Modbus poursuit le diagnostic des défauts de protocole.
Garder un bus court avec une ZMB
Une interface Modbus ZMB se place près des équipements qu’elle lit et envoie les registres au Gateway par le réseau maillé Zigbee. Le câble RS-485 ne parcourt alors que quelques mètres dans un tableau, pas tout le bâtiment, et la ZMB est le maître à une extrémité de cette courte ligne. Le guide de mise en service Modbus RS-485 décrit toute la procédure.
Questions fréquentes
Où placer les résistances de terminaison RS-485 ?
Entre les deux conducteurs de signal à chacune des extrémités physiques de la ligne principale, et uniquement là. Il faut deux terminaisons par bus ; le guide Modbus série n’en autorise pas davantage sur une même paire. Si le maître est au milieu du câble, il ne doit pas être terminé.
Quelle valeur choisir pour une terminaison RS-485 ?
Elle doit correspondre à l’impédance caractéristique du câble, généralement 120 Ω pour une paire torsadée RS-485. Le guide Modbus série autorise 150 Ω (0,5 W), ou 120 Ω (0,25 W) en série avec un condensateur de 1 nF lorsque la ligne est polarisée.
Qu’est-ce que la polarisation RS-485 ?
Une résistance tire un conducteur de signal vers le haut et une autre tire l’autre vers le bas, en un seul point, pour donner aux récepteurs un état de repos défini lorsque personne n’émet. Le guide Modbus série prescrit des résistances de 450 à 650 Ω vers 5 V et vers le commun.
Quelle longueur peut atteindre un câble RS-485 ?
Le guide Modbus série indique 1 000 m à 9 600 bauds avec un câble AWG 26 ou plus gros, et moitié moins pour un câble à quatre fils utilisé comme liaison à deux fils. Un débit plus élevé, davantage d’appareils ou un câble moins adapté réduisent cette longueur.
Combien d’appareils un bus RS-485 peut-il accueillir ?
32 charges unitaires standard sans répéteur. Des appareils à charge unitaire plus faible permettent d’en raccorder davantage si leur documentation le confirme. Le guide Modbus série réduit le nombre de quatre lorsque le bus est polarisé.
Quel câble utiliser pour RS-485 ?
Un câble à paires torsadées blindé, avec une paire pour les données et un troisième conducteur pour le commun, par exemple un câble à 1,5 paire ou à 2 paires conçu pour RS-485. Le guide Modbus série indique qu’un conducteur AWG 24 suffit toujours pour les données Modbus et qu’une impédance supérieure à 100 Ω est préférable à 19 200 bauds et au-delà. Le câble RS-485 présente généralement 120 Ω, ce qui correspond aux terminaisons.
Peut-on utiliser un câble Cat5 ou Cat6 pour RS-485 ?
Le guide Modbus série autorise un câble de catégorie 5 jusqu’à 600 m. Utilisez une paire torsadée pour les deux conducteurs de données et un conducteur d’une autre paire pour le commun. Choisissez un type blindé, car le guide exige un blindage et la plupart des câbles réseau ne sont pas blindés. La catégorie 6 a la même impédance nominale de 100 Ω.
RS-485 fonctionne-t-il en deux fils ou en quatre fils ?
Les deux existent. La plupart des compteurs et contrôleurs utilisent RS-485 à deux fils, où une seule paire transporte les données dans les deux sens. RS-485 à quatre fils utilise une paire pour chaque sens et reste facultatif dans le guide Modbus série. Tous les appareils d’un même bus doivent utiliser le même mode, et les deux modes exigent aussi un conducteur commun.
Quel est le brochage RS485 ?
RS-485 n’a pas de connecteur normalisé ; la plupart des appareils ont des borniers à vis. Pour les appareils Modbus à prise RJ45, le guide Modbus sur liaison série place D1 (B) sur la broche 4, D0 (A) sur la broche 5 et le commun sur la broche 8, avec une alimentation recommandée de 5 V à 24 V CC (VP) sur la broche 7 (broche 2 sur le Sub-D). Sur un Sub-D 9 broches, D1, D0 et le commun sont sur les broches 5, 9 et 1. Beaucoup d’appareils utilisent d’autres broches : vérifiez toujours la notice.