RS-485는 물리적 인터페이스 표준으로, 다양한 프로토콜이 RS-485 위에서 동작합니다. 여기서는 RS-485의 통신 방식, 주요 프로토콜 방식, 그리고 이들을 실제로 사용하는 방식에 대해 설명하겠습니다.
RS-485 protocol
1. RS-485 통신 방식
RS-485는 물리 계층에서 차동 신호(differential signaling)를 사용하여 데이터 통신을 수행합니다. 이를 통해 긴 거리에서도 신호 무결성을 유지하고 전자기 간섭(EMI)에 대한 저항력을 높입니다. RS-485는 일반적으로 반이중 통신(half-duplex)을 사용하지만, 필요에 따라 전이중 통신(full-duplex)도 가능합니다.
2. 주요 RS-485 프로토콜
RS-485는 다양한 프로토콜을 지원하는데, 여기서는 가장 널리 사용되는 몇 가지 프로토콜에 대해 설명합니다.
⑴ Modbus RTU
① 사용 분야: 산업 자동화, PLC 통신
② 프레임 구조
Ⓐ 주소 필드: 1바이트, 수신 장치의 주소
Ⓑ 기능 코드: 1바이트, 수행할 작업을 지정
Ⓒ 데이터 필드: 최대 252바이트, 실제 데이터
Ⓓ CRC: 2바이트, 오류 검출을 위한 사이클릭 중복 검사
③ 특징
Ⓐ 바이너리 데이터 형식을 사용해 통신 효율이 높음
Ⓑ 간단하고 널리 사용되는 프로토콜
⑵ Profibus
① 사용 분야: 공장 자동화, 프로세스 제어
② 프레임 구조
Ⓐ SD(Start Delimiter): 1바이트, 프레임 시작 표시
Ⓑ 주소 필드: 1-2바이트, 송신자와 수신자 주소
Ⓒ 제어 필드: 1바이트, 통신 제어 정보
Ⓓ 데이터 필드: 가변 길이, 실제 데이터
Ⓔ FCS(Frame Check Sequence): 1-2바이트, 오류 검출
③ 특징
Ⓐ 높은 데이터 전송 속도와 신뢰성
Ⓑ 마스터-슬레이브 및 멀티마스터 통신 지원
⑶ DNP3(Distributed Network Protocol)
① 사용 분야: 전력 시스템, SCADA(Supervisory Control and Data Acquisition)
② 프레임 구조
Ⓐ Start: 2바이트, 프레임 시작을 알림
Ⓑ Length: 1바이트, 프레임 길이
Ⓒ Control: 1바이트, 프레임 제어 정보
Ⓓ Address: 2-5바이트, 원본 및 대상 주소
Ⓔ Data: 가변 길이, 실제 데이터
Ⓕ CRC: 2바이트, 오류 검출
③ 특징
Ⓐ 시간 동기화와 이벤트 기반 통신 지원
Ⓑ 효율적인 오류 처리 및 데이터 신뢰성 보장
⑷ BACnet MS/TP (Master-Slave/Token-Passing)
① 사용 분야: 빌딩 자동화, HVAC 제어
② 프레임 구조
Ⓐ Preamble: 1바이트, 프레임 시작을 알림
Ⓑ Destination Address: 1바이트, 수신자 주소
Ⓒ Source Address: 1바이트, 송신자 주소
Ⓓ Length: 1바이트, 데이터 길이
Ⓔ Data: 가변 길이, 제어 명령 및 데이터
Ⓕ CRC: 2바이트, 오류 검출
③ 특징
Ⓐ 마스터-슬레이브 토큰 패싱 메커니즘
Ⓑ 빌딩 자동화 시스템에서의 상호 운용성 보장
3. RS-485 네트워크 구성
RS-485 네트워크를 구성할 때 다음 사항을 고려해야 합니다.
⑴ 배선
① 트위스트 페어 케이블을 사용하여 노이즈 간섭을 최소화합니다.
② 배선 길이는 최대 1200미터까지 지원됩니다.
⑵ 종단 저항: 네트워크의 양 끝에 120Ω 저항을 설치하여 신호 반사를 줄이고 통신 품질을 개선합니다.
⑶ 피복 및 접지: 케이블의 피복을 적절히 설치하고, 접지를 통해 전자기 간섭을 최소화합니다.
⑷ 노드 주소: 각 장치에 고유의 주소를 할당하여 네트워크 내에서 식별할 수 있도록 합니다.
4. 프로토콜 구현 예제
여기서는 Modbus RTU를 사용하는 간단한 예제를 설명합니다.
⑴ Modbus RTU 통신 흐름
① 마스터는 슬레이브에게 요청을 보냅니다.
② 슬레이브는 요청을 받고 처리한 후 응답을 보냅니다.
⑵ Modbus RTU 요청 예제
① 주소 필드: 0x01 (슬레이브 주소)
② 기능 코드: 0x03 (레지스터 읽기)
③ 데이터 필드: 0x00 0x10 0x00 0x02 (레지스터 16번부터 2개 읽기)
④ CRC: 0xC4 0xB1 (CRC16 오류 검출 코드)
⑶ Modbus RTU 응답 예제:
① 주소 필드: 0x01 (슬레이브 주소)
② 기능 코드: 0x03 (레지스터 읽기)
③ 데이터 필드: 0x04 (데이터 바이트 수) 0x00 0x0A 0x00 0x14 (레지스터 데이터)
④ CRC: 0xD0 0xF8 (CRC16 오류 검출 코드)
5. 결론
RS-485는 다양한 프로토콜을 지원하며, 산업 자동화, 빌딩 관리, 전력 시스템 등 여러 분야에서 널리 사용됩니다. 각 프로토콜은 특정 응용 분야에 최적화되어 있으며, 적절한 프로토콜을 선택함으로써 안정적이고 효율적인 통신을 구현할 수 있습니다. RS-485의 장점인 장거리 통신, 노이즈 내성, 멀티드롭 네트워크 지원 등을 활용하여 다양한 시스템에서 신뢰성 높은 데이터 전송을 구현할 수 있습니다.
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