RS485 は、工場、ホーム オートメーション設定 (スマート サーモスタットや照明など)、セキュリティ システム (カメラなど) などの場所で使用される一般的な通信規格です。これにより、-センサー、コントローラー、カメラなどの複数のデバイス-が長距離で相互に通信できるようになります。しかし、アース電位差とノイズという 2 つの一般的な問題により、RS485 ネットワークが混乱することがよくあります。多くの人が「RS485 リピータでこれらの問題を解決できるでしょうか?」と尋ねます。簡単な説明と実際の例を使って、これを段階的に見ていきましょう。-
RS485 システムにおける接地電位の問題とは何ですか?
まずは「アース電位差」について理解しましょう。 RS485 ネットワーク内のすべてのデバイスには、「アース」-プラグの 3 番目の突起がアースに接続されるように、電流が流れる安全な経路が必要です。しかし、2 つのデバイスが遠く離れている場合 (たとえば、工場の倉庫にある温度センサーと隣のオフィスにあるコントローラー)、それらの接地点の電圧は同じではない可能性があります。この差を「接地電位差」といいます。
簡単な例を次に示します。10 個の温度センサーをコンピューターに接続する RS485 ネットワークを想像してください。センサーは大きな機械の近くにあるため、接地電圧は 2V です。コンピュータは別の部屋にあり、接地電圧は 0V です。この 2V ギャップにより、RS485 信号に「コモンモード電圧」--と呼ばれる余分な電気「ノイズ」が発生します。 RS485 チップは、小さなコモンモード電圧 (通常 -7V から +7V の間) のみを処理できます。差が大きすぎると、信号が歪みます。デバイスが通信を停止したり、誤ったデータが得られたりします (実際の温度が 25 度のときにセンサーが 50 度を読み取るなど)。
RS485 リピータは接地電位の問題をどのように解決しますか?
良いニュースは、RS485 リピータが接地電位の問題を解決するために構築されていることです。仕組みは次のとおりです。ほとんどの RS485 リピータには「絶縁ポート」があり、-ネットワークのある部分の電気的アースを別の部分から分離します。リピータは、接地電圧の差を通過させない「ブリッジ」と考えてください。
前の例をもう一度使用してみましょう。センサー (2V 接地) は RS485 リピータの 1 つのポートに接続します。コンピュータ (0V アース) は別のポートに接続します。リピータの絶縁設計により、2V の接地差がブロックされます。歪んだ信号を渡す代わりに、リピーターは RS485 信号を「クリーンアップ」して再送信します。これにより、接地差によって生じるコモンモード電圧が除去されます。- RS485 リピータが接地電位の問題をどのように解決するかを尋ねている人にとって、この絶縁 (接地の分離) と信号の「リフレッシュ」が鍵となります。
ただし、すべての RS485 リピータに絶縁機能があるわけではありません。したがって、接地電位が主な問題である場合は、「絶縁型 RS485 リピータ」を選択してください。これらのモデルは、ネットワークの各部分間に不要なグランド電流が流れないようにし、信号を安定に保ちます。
RS485ネットワークのノイズの原因は何ですか?
RS485 にとってノイズも大きな問題です。ノイズは、ラジオの静電気のように、RS485 信号を混乱させる不要な電気的干渉です。-一般的なノイズ源には次のようなものがあります。
- 電源ケーブル: RS485 ケーブルが高電圧送電線 (工場の機械やオフィスの照明など) の隣にある場合、送電線によって RS485 信号に漏れる「電磁干渉 (EMI)」が発生します。
- エレクトロニクス: モーター、変圧器、さらには Wi{0}} ルーターなどのデバイスは、RS485 を妨害する可能性のある EMI を放出します。
- 長いケーブル: RS485 ケーブルが長ければ長いほど、空中からのノイズをより多く拾います。-長いアンテナがより多くのラジオ局を拾うのと似ています（ただし、ここでは「静的」な状態は悪いです）。
ノイズにより RS485 信号が「曖昧」になります。たとえば、RS485 を使用して制御信号を送信するセキュリティ カメラは、カメラの角度を調整しようとして応答しなくなったときのようにフリーズし始めることがあります。-あるいは、ノイズが信号をだましているために、工場出荷時のセンサーがランダムなデータ (ある秒は「オフ」、次の秒は「オン」など) を送信する可能性があります。
RS485 リピータは RS485 システムのノイズを低減できますか?
はい、RS485 リピーターはノイズを大幅に削減できます。-その理由は次のとおりです。 RS485 は「差動信号」を使用します。つまり、2 つのワイヤを介して 2 つの反対の信号を送信します。通常、ノイズは両方のワイヤに均等に影響するため、RS485 チップはノイズを差し引いてクリーンな信号を得ることができます。しかし、ノイズが強すぎると、このトリックも失敗します。
RS485 リピータは、RS485 信号の強くてクリーンな部分をブーストし、弱くてノイズの多い部分をフィルタリングすることでこの問題を解決します。歪んだ信号を取得し、有用なデータを増幅して、シャープでノイズのない信号をネットワークの次の部分に送信します。- RS485 ケーブルが、騒音の大きいモーター (大きな騒音源) の列を越えて 1000 メートルも通っているとします。 RS485 リピーターを途中で追加すると、信号がエンドデバイス (コントローラーなど) に到達する前にクリーンアップされます。
RS485 リピータのノイズ低減のヒントについては、次の 2 つのことを覚えておいてください。 まず、リピータをノイズ源の近く (モーターの近くなど) に配置して、ノイズを早期にキャッチしてフィルタリングします。次に、-EMI フィルタ-を内蔵した RS485 リピータを使用します。これらの追加の部品は、より多くの不要な干渉をブロックします。
RS485 リピータのその他の利点 (グランドとノイズ以外)
接地電位とノイズを修正することは大きな利点ですが、RS485 リピータには RS485 ネットワークの信頼性を高める他の有益な役割もあります。これらの利点は、信号の問題に対して RS485 リピータをいつ使用するべきかを解決するのに役立ちます。
まず、距離の延長です。RS485 は通常、最大 1,200 メートルまで信号を送信できます（100 kbps の速度に設定されている場合-kbps は「データの移動速度」と考えてください）。ただし、さらに遠くに移動する必要がある場合は、-倉庫内のセンサーを 2,000 メートル離れたコントローラに接続するなど-、RS485 リピータを使用するとその距離を 2 倍にすることができます。各リピーターはさらに 1200 メートルを追加し、それらをチェーン (通常は最大 4 台) して非常に長いネットワークにすることができます。
次に、デバイスを追加します。RS485 ネットワークには、デフォルトで最大 32 個のデバイスを含めることができます。 RS485 リピータは「ハブ」のように機能し、ポートごとに 32 台のデバイスを追加できます。たとえば、50 個の温度センサーを備えた工場では、1 つのリピーターを使用して、信号を失うことなくすべての温度センサーを接続できます。
RS485 リピータを使用する際に知っておくべき重要なこと
RS485 リピータはうまく機能しますが、新たな問題を回避するには正しい方法で使用する必要があります。重要なヒントは次のとおりです。
ニーズに合った適切なリピーターを選択してください
すべての RS485 リピータが同じというわけではありません。接地電位が問題になる場合は、絶縁された RS485 リピータを選択してください (仕様で「ガルバニック絶縁」を探してください。-これは、不要な接地電流をブロックする特別な設計を意味します)。ノイズがさらにひどい場合は、EMI フィルタ機能を備えたリピータを選択してください。また、速度を確認してください。リピーターが RS485 ネットワークの速度と一致していることを確認してください (一般的な速度は 9600 bps または 115200 bps)。
正しく取り付けてください（異音防止のため）
ノイズ防止のための RS485 リピータの設置は、設置場所から始まります。リピーターは、ノイズの多い発生源 (モーターなど) と敏感なデバイス (コントローラーなど) の中間に配置します。また、次の手順に従います。
- RS485 ケーブルは電源ケーブルから少なくとも 30 cm（約 1 フィート）離してください-。
- 「シールド付き」RS485 ケーブル (ノイズをブロックするために周囲に金属層が付いている) を使用し、シールドをアースに接続します (リピータのアース ポートが役立ちます)。
- リピータを「デイジー チェーン」しすぎないでください。-「デイジー チェーン」とは、リピータを次々に接続することを意味します。それぞれ信号にわずかな遅延が追加されるため、最大 3 つまたは 4 つに固執してください。
違いを知る: RS485 リピータとグランド ループ アイソレータ
RS485 リピータとグランド ループ アイソレータを混同する人がいます。グランド ループ アイソレータはグランド電位の問題のみを解決します。-信号をブーストしたり、他の種類のノイズを低減したりすることはできません。 RS485 リピータは、接地の問題を解決し、ノイズを削減し、距離を延長し、さらに多くのデバイスを追加できるようにするなど、さまざまな機能を備えています。したがって、複数の問題 (接地差 + ノイズ + 長距離など) がある場合は、スタンドアロンのアイソレータよりも RS485 リピータの方が優れています。これは、RS485 リピータとグランド ループ アイソレータに関する一般的な質問に答えます。
最終的な答え: はい、RS485 リピータは接地電位とノイズの問題を解決します
RS485 リピータは、RS485 の最も一般的な 2 つの問題を解決するための強力なツールです。絶縁ポートと信号再生成 (信号のリフレッシュ) に関する接地電位の問題を解決します。クリーンな信号を増幅し、干渉を除去することでノイズを低減します。さらに、ネットワーク距離を延長し、より多くのデバイスを追加できるため、-大規模またはノイズの多い RS485 セットアップ（スマート デバイスを備えた工場や大きな住宅など）には必須{6}}となります。
覚えておいてください: 適切なタイプの RS485 リピーター (必要に応じて分離) を選択し、適切に設置し、ネットワークの速度に合わせてください。これらの手順を実行すると、RS485 ネットワークは厳しい環境でも安定した状態を維持できます。{3}
