As redes RS-485, também conhecidas como EIA-485 ou EIA/TIA-485, são amplamente utilizadas em diversas aplicações industriais devido à sua versatilidade e eficiência na comunicação de dados. Este artigo oferece uma visão geral sobre as principais características dessas redes, suas aplicações práticas e os benefícios que elas proporcionam. Se você deseja aprofundar seus conhecimentos e se especializar nesse tema com certificação, convido você a conhecer este curso sobre redes RS-485 no Udemy.

O Padrão RS-485

O RS-485 é um padrão definido pela norma ANSI/TIA/EIA-485-A, estabelecida inicialmente em 13 de março de 1998 e reafirmada em 7 de dezembro de 2012. Essa norma especifica os parâmetros elétricos e mecânicos para comunicação serial balanceada em sistemas multiponto. Fabricantes de componentes eletrônicos adquirem essa norma para desenvolver circuitos compatíveis com as exigências estabelecidas, garantindo interoperabilidade e conformidade no mercado.

Principais Características

Topologias de Rede

As redes RS-485 suportam duas principais topologias, apresentadas na Figura 1. Os sinais A e B são utilizados para transmitir tensões diferenciais de acordo com os bits e, opcionalmente um sinal de referência de terra SG (Signal Ground). Todos os terminais A são ligados em um mesmo fio, enquanto que todos os sinais B em outro fio. O mesmo vale para os dispositivos que possuem o SG disponível.

• Ponto a Ponto: Conexão direta entre dois dispositivos, como um dispositivo (Device 1) e um (Device 2). Essa configuração é simples e eficaz para comunicações diretas sem o compartilhamento do meio físico com outros dispositivos.
• Multiponto (Barramento): Vários dispositivos são conectados em um barramento comum, utilizando um par de fios para os sinais A e B e, opcionalmente, um fio de referência de terra (SG). Essa topologia é ideal para sistemas que requerem comunicação entre múltiplos equipamentos, permitindo até 32 dispositivos em um único barramento padrão, podendo ser expandido para até 256 com transceivers especiais.

Versatilidade

Uma das grandes vantagens do RS-485 é sua flexibilidade:

• Conectores: O padrão não define um tipo específico de conector, permitindo o uso de diferentes modelos conforme a necessidade da aplicação. Alguns tipos são apresentados na Figura 2.
• Protocolos de Comunicação: O RS-485 especifica apenas a camada física, ou seja, como os sinais elétricos se comportam. Ele não define protocolos de comunicação, deixando essa escolha para o desenvolvedor. Protocolos como Modbus, Profibus, DMX-512 e outros podem ser implementados sobre o RS-485.

Baixo Custo

O RS-485 requer poucos componentes eletrônicos de hardware para sua implementação:

• Microcontrolador: Responsável pelo processamento e controle da comunicação. Normalmente possui uma porta UART (Serial) conectada ao transceiver.
• Transceiver: Componente que converte os níveis de tensão entre o microcontrolador e a rede RS-485, garantindo compatibilidade e integridade dos sinais.
• Resistores de terminação e fail-safe bias: Utilizados para reduzir o efeito de ruídos e equilibrar o nível de tensão dos sinais A e B na rede.

Essa simplicidade resulta em um custo reduzido, tornando o RS-485 uma opção econômica para diversas aplicações. Equipamentos com este tipo de rede são mais acessíveis quando comparados àqueles com protocolos como o EtherNet/IP, ProfiNet e outros.

Taxas de Comunicação e Alcance

O RS-485 oferece uma excelente relação entre velocidade de comunicação e distância:

• Até 1.200 metros: A taxas inferiores a 100 kbps, é possível alcançar distâncias de até 1.200 metros, ideal para instalações industriais extensas, onde diversos painéis contendo controladores e inversores estão distribuídos pelo chão de fábrica.
• Velocidades Elevadas: Para distâncias menores, como 50 metros, é possível atingir taxas de até 2 Mbps, e a 6 metros, até 10 Mbps. Estes casos de uso demandam um certo cuidado e normalmente são encontrados em redes Profibus DP.

Essa flexibilidade permite que o RS-485 seja adaptado conforme as necessidades específicas de cada projeto.

Alta Imunidade a Ruídos

A robustez do RS-485 em ambientes ruidosos é alcançada através de:

• Cabo de Par Trançado: Utiliza fios trançados para reduzir interferências eletromagnéticas, já que ruídos induzidos afetam ambos os fios de maneira similar, permitindo que sejam cancelados no par trançado.
• Comunicação Diferencial: Transmite sinais com tensões diferenciais nos sinais A e B, que facilitam a eliminação de ruídos comuns no circuito do receptor.
• Referência de Terra (SG): O uso de um fio de terra como referência de tensão para os transceivers melhora a estabilidade dos sinais e reduz problemas causados por diferenças de potencial entre dispositivos.
• Blindagem e Aterramento: Técnicas adicionais de blindagem dos cabos e aterramento adequado proporcionam uma camada extra de proteção contra interferências externas.

Topologia de rede

A topologia recomendada é a Daisy Chain, onde as conexões dos sinas A, B e SG nos dispositivos do barramento são feitas próximas aos terminais de conexão. A Figura 3 apresenta uma das formas de instalação recomendadas para manter uma alta confiabilidade e imunidade a ruídos.

Comunicação Half Duplex

No RS-485, a comunicação é half duplex, o que significa que apenas um dispositivo pode transmitir por vez no barramento. Para coordenar o acesso e evitar colisões, é necessário implementar um mecanismo de controle em protocolo, como por exemplo:

• Protocolo Mestre-Escravo: Um dispositivo mestre inicia as comunicações, enviando requisições aos escravos, que respondem conforme solicitado. Protocolos como Modbus RTU e Profibus DP utilizam esse modelo.

Essa abordagem garante uma comunicação organizada e eficiente entre os dispositivos conectados.

Aplicações na Automação Industrial

O RS-485 é amplamente utilizado em diversos dispositivos utilizados na automação de processos:

• Controladores Lógicos Programáveis (CLPs): Muitos CLPs possuem portas RS-485 integradas ou módulos de expansão, facilitando a comunicação com outros dispositivos.
• Interfaces Homem-Máquina (IHMs): IHMs utilizam o RS-485 para trocar informações com CLPs e outros equipamentos de controle.
• Inversores de Frequência: Permitem o controle de motores elétricos trifásicos através de comandos enviados via RS-485.
• Módulos de Entradas e Saídas Remotas: Sensores, atuadores e outros dispositivos distribuídos pelo chão de fábrica podem ser conectados ao sistema de controle usando o RS-485, simplificando a infraestrutura e reduzindo custos de cabeamento.

Outros Protocolos e Aplicações

• DH-485: Utilizado em equipamentos Allen-Bradley, é um protocolo que opera sobre o RS-485 em aplicações industriais específicas.
• DMX-512: Amplamente empregado em iluminação profissional para controle de luminárias e dispositivos de efeitos especiais. Cada equipamento recebe um endereço e é controlado por uma mesa central através do RS-485.
• Circuitos Fechados de TV (CFTV): Em sistemas que não utilizam Ethernet, o RS-485 é usado para controlar câmeras PTZ (Pan-Tilt-Zoom), permitindo ajustes de foco, movimento e zoom a partir de uma central de controle.

Conclusão

O RS-485 continua sendo uma escolha para diversas aplicações industriais e comerciais, oferecendo um equilíbrio entre desempenho, custo e robustez. Sua capacidade de operar em ambientes adversos e suportar longas distâncias de comunicação ainda o tornam atraentes em muitos sistemas.

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Conteúdos de Comunicação de Dados e Redes

Referências

O curso e este artigo é pautado em uma vasta bibliografia que engloba, entre outras:

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