産業オートメーション、プロセス制御、機械設計、またはその他の産業アプリケーションに携わっている場合でも、ある時点でRS-485ネットワークに遭遇する可能性があり、そのトラブルシューティングは絶対的な悪夢です。
RS-485には多くの利点があり、RS-485接続により、数千メートルの信号線を敷設し、短いRS-485ラインでも長いRS-485ラインでもデータを伝送することができます。RS-485を使用して、最大256台の異なるデバイスを接続することもできます（デバイス数は、RS-485ネットワーク構成、RS-485ドライバ、および各RS-485ノードの単位負荷によって異なります）。
配線の観点から見ると、ほとんどが非常にシンプルで、送信ライン、受信ライン、信号共通ラインが必要です（はい、信号共通ラインを使用してください。一方の端だけを接地してください。しかし、堅牢で信頼性の高いRS-485ネットワークの構築には多くの要因が必要です。
RS-485はまた、バス構成が間違っていても何年も正常に動作する非常に寛容なプロトコルです。一部のRS-485ネットワーク設計では、バイアスと終端がRS-485ネットワークをより堅牢にし、通信の信頼性を高めるために使用される。
ネットワークに通信問題が発生した場合、終端とバイアスは通常、RS-485ネットワーク通信を改善するための最初の出発点です。
いつ、どのように実装するかを本当に理解するには、まず長いRS-485ラインと短いRS-485ラインを理解する必要があります。これはワイヤの物理的な長さだけではありません。
Long and Shortシングル
長いRS-485ラインと短いRS-485ラインがケーブルの長さと完全に相関していないことに驚くかもしれません。長さと短さは、実際にはRS-485回線の挙動、特に信号がRS-485送信側からRS-485受信側に移動するのにかかる時間とより関係があります。
必要な時間には、特定の種類の物理的なラインを通過する信号の速度、ラインを通過する信号の周波数（例えば9600 bpsのデータ転送速度を考慮してください）、ワイヤ自体の物理的な長さなど、多くの要因が影響します。
配線がかなり短く、信号周波数（データ伝送速度）が300 bpsなど比較的低い場合、データの送受信にかかる時間は、伝送されるデータの品質にほとんど影響しません。これらのタイプのシナリオでは、トランスミッタがオンまたはオンになると、反対側のレシーバがすぐに信号を見ると仮定できます。
しかし周波数を19，200 bpsに上げて配線を延長すると
1200メートルこれにより、送信されたRS-485 信号がRS-485レシーバに到達するのにかかる時間が大幅に増加します。
信号レベルで実際に何が起こっているかを理解するには、“立上り時間”と“ケーブル遅延”という用語を理解する必要があります。
上昇の時間。
ケーブルの遅延を見てみましょう。
ケーブルの遅延
ケーブルの遅延信号がRS-485トランスミッタからRS-485レシーバにケーブルを介して送信されるのにかかる時間を指します。電気信号は、銅線を通って毎秒124，000から140，000マイル（すごい、速すぎる）で伝送されます。この速度は、一般に信号の伝搬速度、伝搬速度または伝搬速度と呼ばれる。基本的に、これは実際に電線を介して電気信号を取得するのにかかる時間です。
立上り時間と立下り時間とケーブル遅延をまとめると、ケーブルが短く立上り時間が速い場合、信号遅延は実際に心配する必要はありません。ただし、立ち上がり時間が遅いRS-485トランスミッタを1200メートルまで延長したワイヤを使用し始めると、問題が発生する可能性があります。
長いか短いか。
一般的なガイドラインは、TIA-485-A規格に基づいてRS-485ラインが長いか短いかを決定することです。この規格、特に補足TSB-89-Aでは、信号の立上り時間が一方向ケーブルの遅延の2倍未満である場合、RS-485ラインは長いとみなされます。
RS-485ラインが物理的に短いか長いからといって、必ずしもバイアスや終端が必要ではないことに注意してください。では、いつオフセットと終了を行う必要がありますか？
RS-485回線を終了するタイミング
RS-485ドライバの立上り時間が遅いか速いか、RS-485ラインが長いか短いかにかかわらず、すべてのRS-485ラインはインピーダンスのミスマッチの影響を受け、電圧と電流の反射を引き起こす可能性があります。通常、反射は長い線で発生し、レシーバがロジックレベルを誤読します。適切な終了は、リフレクションを防ぎ、データの整合性を向上させます。
RS-485ラインに電圧が初めて印加されると、（ラインがオープンしていても）電流がラインに流れます。ラインの終端に達した直後に、電流はライン内の直列抵抗、印加電圧、終端によって決定される最終値まで安定します。初期電流と最終電流が変化すると、電流が安定している間にラインに反射電圧が表示され、データの完全性に問題が発生する可能性があります。
データレートが低い場合やケーブルが短い場合は、終端が不要になる場合があります。ほとんどの場合、データレートおよび/またはケーブル長が長くなるにつれて、終端が必須になります。
RS-485ラインの接続方法
特性インピーダンスに等しい値を使用してデータケーブルを終端すると、反射を低減し、RS-485ネットワークの信頼性が向上します。バス上のどのデバイスでもいつでも送信できるため、バスの中央にあるノードが送信を行う可能性が高く、セグメントの両端に終端を適用する必要があります。
長いラインを正しく接続するには、まずラインの特性インピーダンスを知る必要があります。この情報は通常、ケーブルメーカーから入手できます。（この問題を解決するためのより複雑な方法がありますが、ここでは説明しません。
ラインに端子を追加する場合は、ラインの両端に1つずつ2つ以上の抵抗を使用しないでください。特性インピーダンスが120Ωのケーブルの場合、終端抵抗は120Ωにします。私の経験では、ツイストペアをシールドするために必要なものであるため、ほとんどの場合、終端に120 Ωの抵抗を使用します。だから、古いツールボックスにそれらのいくつかを残すことは良い考えかもしれません。
適切な終了方法の選択
最も一般的な接続方法は
パラレルターミナル接続つまり、物理リンクの両端に抵抗を設定します。ラインの端に設定すると、すべての反射を除去できますが、この方法では消費電力が大きくなります。抵抗終端抵抗の値は通常120 ~ 130 Ωです。ツイストペアケーブルのインピーダンスは100 Ωと低くすることができますが、RS-485ドライバの定格負荷が54 Ω以上であるのに対し、2つの並列接続が50 Ωを生成するため、100 Ωの終端抵抗は低すぎます。
ケーブルのインピーダンスに合わせた終端抵抗を、できるだけRS-485ラインの端に近い便利な場所に設定してください。RS-485ラインに接続されたノードには、設定可能な設定として終端抵抗が内蔵されている場合がありますので、いずれかのラインに終端抵抗を追加する際はご確認ください。
一般的に、終端はすべての長距離RS-485接続では良いアイデアです。しかし、特定のショートラインが速い場合は、エンドポイントを実装することで恩恵を受けることもできます。
あなたは正式にRS-485ターミネーターですが、バイアスの問題を解決するには？
バイアスRS-485接続
RS-485は、すべてのノードが共通の2線接続を共有するマルチポイント通信仕様です（信号の共通端のための追加線）。これは、オンラインデータの競合の多くの機会につながります。RS-485ネットワークでは、一度に1つのデバイスしか通信できません。そうでなければ、データの競合が発生する可能性があります。
マスター/スレーブプロトコルでは、マスターがリクエストを開始し、スレーブがその時点で応答するため、これはあまり重要ではありません。しかしながら、マスタまたはスレーブが送信を行わない間、回線はいわゆるトライステートモードにあります。各トランシーバは、オン、オフ（送信）、または無効（送信なし）の3つの異なる状態をサポートします。一度に1つのトランシーバのみがリンクのオンまたはオフ状態を制御できます。他のすべてのデバイスは、送信しないときはトライステートモードにする必要があります。
ラインが3状態モードでフローティングすると、ライン上のノイズがレシーバを誤ってトリガする可能性があります。すべてのトランスミッタがオフになったときにRS-485ラインが定義された状態にあることを確認するには、ラインにフェイルセーフバイアスを使用できます。
バイアスの目的は、デバイスが送信しないときにRS-485ラインを既知の非変動状態に維持することです。ネットワーク全体をバイアスするには、+V信号線に接続された+5 Vのプルアップ抵抗と-V信号線に接続された接地プルダウン抵抗のペアが必要です。
バイアス抵抗と終端抵抗を組み合わせると、分圧器が作成されます。ノードがネットワークから切断されたり、ネットワーク回線が切断されたりすると、内部フェイルセーフ回路は入力を論理1に保持します。
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