NỘI DUNG CHÍNH
Cáp tín hiệu RS485 là gì? Cấu tạo của cáp RS485 vặn xoắn chống nhiễu
Cáp điều khiển là gì?
Cáp tín hiệu RS485 hay cáp điều khiển RS485 vặn xoắn chống nhiễu là loại cáp truyền thông trong công nghiệp hay còn gọi là cáp mạng công nghiệp. Hiện nay, cáp tín hiệu chuẩn RS485 với nhiều ưu việt được sử dụng rộng rãi, phổ biến trong truyền thông công nghiệp thay thế cho chuẩn RS232 không còn đáp ứng được yêu cầu cao hơn của việc truyền tải thông tin.
Giới thiệu chung về cáp tín hiệu RS485 vặn xoắn chống nhiễu – Chuẩn giao tiếp RS485
Vào năm 1983, Hiệp hội công nghiệp điện tử (EIA) đã chính thức phê duyệt một tiêu chuẩn truyền cân bằng mới gọi là RS485. Tiêu chuẩn này đã được chấp nhận và sử dụng phổ biến trong các ngành công nghiệp, y tế, và dân dụng. Chuẩn giao tiếp RS485 là một phát triển của chuẩn kết nối RS232 trong việc truyền tải dữ liệu nối tiếp. Nhờ có những bộ chuyển đổi RS232/RS485 cho phép người sử dụng có thể giao tiếp với bất kỳ thiết bị đang sử dụng liên kết nối tiếp RS232 thông qua RS485. Giao tiếp RS485 được hình thành để giúp cho việc thu nhận dữ liệu ở khoảng cách xa và điều khiển cho những ứng dụng trong hệ thống. Những đặc điểm nổi trội của kết nối RS485 là nó có thể hỗ trợ một mạng lên tới 32 trạm thu phát trên cùng một đường truyền, tốc độ baud có thể lên tới 115.200 cho một khoảng cách là 4000feet (1200m). Cáp tín hiệu RS485 được sử dụng rộng rãi trong hệ thống truyền thông trong công nghiệp, hệ thống báo cháy sử dụng tín hiệu Modbus rs485.
Xem các bảng báo giá sản phẩm cáp tín hiệu chuẩn RS485 tại đây:
RS485 là gì? Giới thiệu chuẩn giao tiếp RS485
Khi một hệ thống mạng cần phải truyền trải các khối nhỏ thông tin trên một khoảng cách xa, liên kết RS485 thường là chuẩn giao tiếp được lựa chọn. Các nút mạng có thể là máy tính, mạch vi điều khiển, hoặc bất kỳ thiết bị nào có khả năng truyền thông nối tiếp không đồng bộ. Để giải quyết vấn đề này thì đối với Ethernet và một số giao diện mạng khác thì phần cứng và giao thức yêu cầu của chuẩn RS485 đơn giản và chi phí rẻ hơn.
Ở môi trường khả năng nhiễu điện từ cao, với kiểu truyền cân bằng và các cặp dây được xoắn lại với nhau từng đôi một nên khi có hiện tượng nhiễu xảy ra ở dây này thì cũng xảy ra ở dây còn lại, có nghĩa là hai dây sẽ cùng bị nhiễu như nhau. Điều này giúp cho điện áp sai lệch giữa hai dây thay đổi không đáng kể do đó tại thiết bị thu vẫn nhận được tín hiệu chính xác nhờ vào tính năng đặc biệt của bộ thu đã loại bỏ nhiễu. Giao tiếp chuẩn RS485 được sử dụng rất rộng rãi trong công nghiệp, nơi mà môi trường nhiễu khá cao và yêu cầu khắt khe về sự chính xác và ổn định cao của hệ thống cũng như khả năng truyền thông qua khoảng cách xa ở tốc độ cao, đặc biệt là tại những nơi mà có nhiều trạm giao tiếp trong pham vi rộng.
Cấu tạo dây cáp tín hiệu RS485 vặn xoắn chống nhiễu
Cáp tín hiệu RS485 cặp đôi vặn xoắn chống nhiễu: giống với tên gọi, cáp RS485 có các cặp đôi được vặn xoắn với nhau từng đôi một, cấu trúc này giúp cho điện áp trên mỗi sợi trong mỗi cặp dây không bị sai lệnh, giúp giữ chính xác tín hiệu truyền tải đến thiết bị thu. Ngoài cùng cáp tín hiệu vặn xoắn là lớp vỏ bọc PVC, tiếp đến là lớp lưới bện chống nhiễu, tăng khả năng chống nhiễu cũng như độ bền của cáp. Tùy vào đặc thù sử dụng mà cáp RS485 sẽ có thêm các thành phần hoặc chất liệu khác nhau (số cặp dây, tiết diện lõi,…)
Chi tiết cụ thể về các thành phần của cáp tín hiệu modbus chuẩn giao tiếp RS485
Truyền dẫn cân bằng
Hệ thống truyền dẫn cân bằng gồm có hai dây tín hiệu A,B nhưng không có dây mass. Sở dĩ được gọi là cân bằng là do tín hiệu trên dây này ngược với tín hiệu trên dây kia. Nghĩa là dây này đang phát mức cao thì dây kia phải đang phát mức thấp và ngược lại.
Mức tín hiệu của cáp RS485
Với hai dây A, B truyền dẫn cân bằng, tín hiệu mức cao TTL được quy định khi điện áp của dây A lớn hơn so với dây B tối thiểu là 200mV, tín hiệu mức thấp TTL được quy định khi điện áp của dây A nhỏ hơn dây B tối thiểu cũng là 200mV. Nếu điện áp VAB mà nằm trong khoảng -200mV < VAB< 200mV thì tín hiệu lúc này được xem như là rơi vào vùng bất định. Điện thế của mỗi dây tín hiệu so với mass bên phía thu phải nằm trong khoảng –7V đến +12V.
Cặp dây xoắn
Cặp dây xoắn (Twisted-pair wire) là cặp dây được xoắn lại với nhau. Sử dụng cặp dây xoắn sẽ giảm thiểu tối đa được nhiễu, đặc biệt là khi truyền tín hiệu ở khoảng cách xa với tốc độ cao.
Trở kháng đặc tính cặp dây xoắn
Phụ thuộc vào cấu tạo hình dáng và chất liệu cách điện của dây mà nó sẽ có một trở kháng đặc tính (Characteristic impedence -Zo), điều này thường được chỉ rõ bởi các nhà sản xuất. Theo như khuyến cáo thì trở kháng đặc tính của đường dây vào khoảng từ 100 – 120Ω nhưng không phải lúc nào cũng đúng ở mức nhưa vậy.
Điện áp kiểu chung
Tín hiệu truyền dẫn bao gồm hai dây dẫn không có dây mass nên chúng cần được tham chiếu đến một điểm chung, điểm chung có thể là mass hay bất kì một mức điện áp cho phép nào đó. Điện áp kiểu chung (Common-mode voltage -VCM) về mặt toán học được phát biểu như là giá trị trung bình của hai điện áp tín hiệu được tham chiếu với mass hay một điểm chung.
Vấn đề nối đất
Tín hiệu trên hai dây dẫn khi được tham chiếu đến điểm chung là điểm nối đất (Ground) thì khi đó nó cần được xem xét kỹ lưỡng. Lúc này bộ nhận sẽ xác định tín hiệu bằng cách tham chiếu tín hiệu đó với đất của nơi nhận, nếu đất giữa nơi nhận và nơi phát có một sự chênh lệch điện thế vượt qua ngưỡng cho phép thì tín hiệu thu được sẽ bị sai hoặc phá hỏng thiết bị. Điều này cho thấy mạng RS485 gồm hai dây nhưng có tới ba mức điện áp được xem xét. Do đất là một vật dẫn điện không hoàn hảo nên nó có một điện trở xác định, gây ra chênh lệch điện thế từ điểm này tới điểm kia, đặc biệt là tại các vùng có nhiều sấm sét, máy móc tiêu thụ dòng lớn, những bộ chuyển đổi được lắp đặt và có nối đất.
Chuẩn RS485 cho phép chênh lệch điện thế đất <7V. Như vậy, có thể thấy điểm nối đất đất là điểm tham chiếu không đáng tin tưởng nên có một cách tốt hơn cho việc truyền tín hiệu lúc này là đi thêm một dây thứ ba, dây này sẽ được nối mass tại nguồn cung cấp để dùng làm điện áp tham chiếu.
Điện trở đầu cuối
Điện trở đầu cuối (Terminating Resistor) là điện trở được đặt tại hai điểm tận cùng kết thúc của đường truyền. Giá trị của điện trở đầu cuối lí tưởng là bằng giá trị trở kháng đặc tính của đường dây xoắn, thường thì vào khoảng 100 – 120Ω.
Nếu điện trở đầu cuối không phù hợp với giá trị trở kháng đặc tính của đường dây thì nhiễu có thể xảy ra do có sự phản xạ xuất hiện trên đường truyền, nhiễu ở mức độ nhỏ thì không sao nhưng nếu ở mức độ lớn thì có thể làm tín hiệu bị sai lệch.
Phân cực đường truyền
Khi mạng RS485 ở trạng thái rảnh thì tất cả các khối thu đều ở trạng thái lắng nghe đường truyền và tất cả khối phát đều ở trạng thái tổng trở cao cách li với đường truyền. Lúc này trạng thái của đường truyền được xem là bất định.
Nếu -200mV ≤ VAB ≤ 200mV thì trạng thái logic tại ngõ ra khối thu sẽ mang giá trị của bit cuối cùng nhận được. Điều này không đảm bảo vì đường truyền rảnh trong truyền dữ liệu nối tiếp đòi hỏi phải ở mức cao để khối thu không hiểu nhầm là có dữ liệu xuất hiện trên đường truyền.
Để duy trì trạng thái mức cao khi đường truyền rảnh thì việc phân cực đường truyền (Biasing) phải được thực hiện. Một điện trở R kéo lên nguồn ở đường A và một điện trở R kéo xuống mass ở đường B sao cho VAB ≥ 200mV sẽ ép đường truyền lên mức cao.
Tham khảo thêm: Cáp tín hiệu modbus chuẩn RS485
Sự khác nhau giữa các chuẩn giao tiếp RS485 – RS232
So sánh sự khác nhau chuẩn giao tiếp của cáp tín hiệu RS485 – RS232 – RS422 -RS423
Bảng so sánh thông số kỹ thuật giữa chuẩn RS232, RS422, RS423, RS485
Khác nhau chính giữa RS232 và RS485 là ở phương thức truyền tín hiệu
RS232 trong cấu hình đấu nối liên kết tối thiểu là sử dụng 3 dây: RX(nhận), TX(truyền) và GND (đất), trong đó trạng thái logic của tín hiệu sử dụng mức chênh lệnh điện áp giữa TX hoặc RX so với dây nối đất GND.
RS485 thì sử dụng chênh lệch điện áp giữa 2 dây A và B để phân biệt logic 0 và 1, chứ không so với đất. Khi truyền tín hiệu xa, nếu xảy ra sụt áp thì đồng thời sẽ sụt trên cả 2 dây, do đó chênh lệnh về điện áp giữa 2 dây sẽ không bị thay đổi lớn nên tín hiệu vẫn đảm bảo chính xác ở thiết bị thu tín hiệu (RX: đầu nhận)
Chính vì điểm này chuẩn RS485 cho phép truyền tín hiệu đi xa hơn và tốc độ truyền cũng cao hơn so với chuẩn RS232.
Một điều khác biệt hơn so với chuẩn RS232, kết nối RS485 cho phép liên kết đa điểm, gồm nhiều đối tác truyền thông trong 1 hệ thống mạng, RS232 chỉ đấu ghép điểm-điểm, trực tiếp giữa 2 đối tác truyền thông.
Vì sao chuẩn giao tiếp RS485 được sử dụng rộng rãi?
Trong nền công nghiệp hiện đại ngày nay, chuẩn truyền thông RS232 không còn đáp ứng được nhu cầu truyền thông nữa vì đường truyền không cân bằng (các tín hiệu đều lấy điểm chuẩn là đường mass chung, tín hiệu bị ảnh hưởng của nhiễu tác động) điện áp của dây so với đất trong khoảng từ -15 đến 15 V, mức 0 được thể hiện là từ 3 đến 15V, mức 1 được thể hiện từ -15 đến -3V.
Do đó có thể thấy trong khoảng từ -3 đến 3 V là mức không xác định.
Khoảng cách truyền tín hiệu càng lớn thì sụt áp càng nhiều do đó khoảng cách truyền dành cho RS232 tối đa không quá 50m tốc độ truyền hạn chế 9600kbps.
Chính vì vậy để đáp ứng nhu cầu truyền thông công nghiệp, người ta phải sử dụng chuẩn truyền thông RS485 khi cần tăng khoảng cách và tốc độ truyền thông (khoảng cách truyền thông tối đa 1.200m và vận tốc truyền lên đến 10Mbits/s). Giao tiếp RS485 có thể có thể tăng khoảng cách và tốc độ truyền thông là do RS485 sử dụng phương pháp truyền 2 dây vi sai (vì 2 dây có đặc tính giống nhau, tín hiệu truyền đi là hiệu số điện áp giữa 2 dây do đó loại trừ được nhiễu chung).
Chuẩn truyền thông RS232 không cho phép có hơn 2 thiết bị truyền nhận tin trên đường dây, còn với chuẩn RS485 có thể kết nối 32 thiết bị thu phát trên 2 dây cho phép tạo thành 1 mạng cục bộ.
Ngoài ra, trong mạng truyền thông công nghiệp chuẩn RS485 là nền tảng của các hệ thống bus điều khiển, bus trường tiên tiến nhất hiện nay như Control Net (DH485, DH+,DH++)(Rockwell Atomation), Profibus, FieldBus (Siemens)…
Thiết bị mạng viễn thông Long Phú chuyên cung cấp cáp điều khiển tín hiệu, cáp tín hiệu RS485 vặn xoắn chống nhiễu, chậm cháy, chống cháy lan chuẩn AWG của các hãng như Belden, Alantek, Altek Kabel,… Cáp tín hiệu – cáp điều khiển được sản xuất với các tiết diện: 14AWG, 16AWG, 18AWG, 20AWG, 22AWG, 24AWG và số sợi, số cặp dây: 1 Pair (1 đôi), 2 Pair (2 đôi), 3 Pair (3 đôi),…
Liên hệ nhận tư vấn, báo giá các loại cáp tín hiệu chống nhiễu chuẩn RS485
Quý khách hàng có nhu cầu cần mua cáp điều khiển, cáp tín hiệu, cáp RS485 hoặc muốn tìm hiểu về cáp tín hiệu RS485, cáp tín hiệu vặn xoắn (cáp tín hiệu RS485 là gì?, chuẩn RS485 là gì? hay cáp RS485 là gì?) vui lòng liên hệ với chúng tôi để được hỗ trợ và giới thiệu, báo giá các loại cáp điều khiển, cáp tín hiệu RS485 mà chúng tôi đang phân phối trên thị trường. Rất vui được phục vụ quý khách hàng!
Quý khách hàng có thể tham khảo các loại cáp điều khiển tín hiệu chuẩn RS485 trên website tại đây:
