XpressNet, RS485, Verdrahtung
Laut [1] handelt es sich beim XpressNet technisch gesehen um eine RS485 Schnittstelle.
Aber was ist eine RS485-Schnittstelle und was ist dann das XpressNet und wie muss es verdrahtet werden?
Schnittstelle
Unter einer Schnittstelle wird die Definition der physikalischen (elektrischen) Eigenschaften einer Verbindung verstanden. Hier wird beschrieben, wie die Daten übertragen werden. Zum Beispiel durch elektrische Impulse oder Differenz-Spannungspegel.
Protokoll
Das Protokoll bezieht sich auf die logischen Daten. Es beschreibt den Ablauf der Datenübertragung, zum Beispiel in welcher Reihenfolge diese über die Schnittstelle übertragen werden.
Datenbus
Nach [3] ist „Ein Bus ist ein System zur Datenübertragung zwischen mehreren Teilnehmern über einen gemeinsamen Übertragungsweg.“ Der Übertragungsweg ist in den meisten Fällen ein Kabel. Jedoch sind auch andere Medien, z.B. Lichtwellenleiter als Übertragungsweg möglich.
RS485
Der Standard TIA / EIA 485A, umgangssprachlich als RS485 bezeichnet ist, definiert eine Schnittstelle und damit nur die physikalischen (elektrischen) Eigenschaften der Verbindung. Es wird kein Protokoll beschrieben. Das Protokoll ist frei wählbar. Verschiedene Protokolle nutzen RS485 für die Datenübertragung. Beispielsweise Profibus, Modbus RTU oder XpressNet.
Im Standard TIA / EIA 485A, finden sich keine Angaben zur physischen Ausführung der Schnittstelle (z.B. Steckertyp oder Pinbelegung). Auch gibt es in diesem Standard keine Angaben zur Topologie der Leitungsverlegung und auch keine Ausführungen zu verwendbaren Leitungen oder Kabeln. Diese Angaben sind in den TSB 89 - Application Guidelines (Anwendungsrichtlinien) für TIA /EIA 485A oder in den Beschreibungen der Hersteller der Treiberbausteine zu finden.
Der Standard beschreibt zwei Varianten. Eine 2‑Draht Ausführung, mit einem Aderpaar, und eine 4‑Draht Ausführung, mit zwei Aderpaaren. Mit einer 2‑Draht Ausführung ist ein sogenannter Halbduplex-Betrieb möglich. Dieser lässt nur eine wechselseitige Datenübertragung zu, das heißt, die Daten können abwechselnd, aber nicht gleichzeitig, in beide Richtungen fließen. Bei Vollduplex-Betrieb ist eine Datenübertragung in beide Richtungen gleichzeitig möglich.
Verdrahtung
Die Anforderungen an die Verdrahtung richten sich nach den elektrischen Anforderungen gemäß TSB89 (Anwendungsrichtlinien für TIA-EIA-485-A).
Nachfolgend aufgeführten Eigenschaften sollte das Kabel erfüllen:
• STP-Kabel mit 24-AWG-Drähten
• 120-Ω-Wellenwiderstand
• Betriebskapazität unter 40 pF/Meter
STP (shielded twisted pair) – ist ein symmetrisches Kabel mit paarig verseilten und geschirmten Adern.
Laut Anwendungsrichtlinien soll die Verkabelung linienförmig sein. Eine Sternstruktur ist zu vermeiden. Maschen- oder Ringstrukturen sind nicht vorgesehen.
Die EIA-485-Schnittstelle stellt ein Bussystem dar. Um Reflexionen an den Enden des Kabels zu verringern sollte an den Enden des Busses ein Abschlusswiderstand angebracht werden. Dieser bemisst sich nach dem Wellenwiderstand des verwendeten Kabels. Im konkreten Fall werden 120 Ohm (0,25 W) empfohlen. Gerade bei größeren Leitungslängen oder größeren Übertragungsraten ist der Busabschluss unbedingt erforderlich
XpressNet
Das XpressNet ist das Busprotokoll auf einer RS485-Schnittstelle. Beim XpressNet sind die nur die beiden Datenadern A und B enthalten. Daher handelt es sich um einen 2-Draht Bus mit halbduplexer Übertragung.
Da das XpressNet auf der RS485-Schnittstelle basiert, sollten auch die Empfehlungen für die Verkabelung eingehalten werden. Hier gibt es jedoch abweichende Empfehlungen. Laut [1] kann die Verkabelung des XpressNet beliebig lang sein und auch Abzweigungen enthalten. Sind Abzweigungen vorhanden, handelt es sich jedoch um eine sternförmige Verkabelung, die eigentlich zu vermeiden ist. Sind die Abzweigungen nicht allzu lang (unter 5m), sind im praktischen Betrieb keine Störungen zu erwarten. Dies setzt jedoch eine korrekte Verkabelung (STP-Kabel mit entsprechendem Querschnitt) voraus.
Ein Bauabschluss ist, bei Verwendung von Zentralen der Firma Lenz Elektronik, einseitig vorhanden. Dieser befindet sich in den Zentralen. Ein Busabschluss am anderen Ende des Busses ist nicht unbedingt notwendig, erhöht jedoch die Störsicherheit mit zunehmender Leitungslänge.
AWG – American Wire Gauge
American Wire Gauge ist eine im nordamerikanischen Raume verbreitete Kodierung für Drahtdurchmesser bzw. Querschnitte elektrischer Leitungen aus Litzen und massivem Draht.
AWG 24 entspricht, je nach Aufbau der Ader (massiver Draht oder Litze) einem Querschnitt zwischen 0,201 und 0,241 mm². Als europäisches Äquivalent wird 0,25mm² eingesetzt.
RJ-Steckverbinder
RJ (Registered Jack – genormte Buchse) - Steckverbinder sind nach Code of Federal Regulations (CFR) Part 68 genormte Steckverbinder. Dort werden die Bauform und die Kontaktbelegung der Steckverbinder beschrieben. Ein Großteil der RJ-Steckverbinder basiert auf Modularsteckverbindern. Es sind aber auch andere Steckerbauformen wie beispielsweise bei RJ21 beschrieben.
Die Modularstecker werden oftmals auch als Western-Stecker bezeichnet, da diese Steckverbinder in sehr großem Umfang von Western Electric eingesetzt wurden.
In der angeführten Norm sind der jeweilige Steckertyp, die Anzahl der kontaktierten Steckkontakte und die Ausführung der Verkabelung beschrieben. Ein paar Beispiele für RJ-Steckverbinder auf Basis von Modularsteckern sind nachfolgend aufgeführt:
RJ11 6p2c
RJ12 6p6c
RJ14 6p4c
RJ25 6p6c
RJ31 8p8c
RJ45 8p8c
Dabei bedeutet
p – positions Postionen - Anzahl der möglichen Kontakte
c – contacts Kontakte – Anzahl der tatsächlich kontaktierten (angeschlossenen) Kontakte
Bereits bei diesem kleinen Auszug ist zu erkennen, dass einige RJ-Steckverbinder eigentlich identisch sind. Beispielsweise ist der Steckverbinder von RJ12 und RJ25 nicht nur identisch, es ist auch die gleiche Anzahl von Adern kontaktiert. Der Unterschied liegt darin, dass bei RJ25 die einzelnen Ader des Kabels verseilt sind.
Daraus wird deutlich, dass der RJ-Bezeichnung kein System zugrunde liegt und es sehr verwirrend ist.
Um das ganze Wirrwarr zu vereinfachen, ist es bezüglich der MODULAR-Stecker am besten, nicht die Bezeichnung RJxx zu verwenden, sondern die Bezeichnungen mit der Anzahl der Positionen und der (kontaktierten) Kontakte. Und hierbei sollte man noch die Anzahl der (kontaktierten) Kontakte außer Acht lassen. Dann reduziert sich die Zahl der unterschiedlichen Steckverbinder nämlich auf nur noch drei. Und zwar: vier, sechs- und achtpolige Steckverbinder mit ihren jeweils unterschiedlichen Breiten. Ob ich in einem, beispielsweise, sechspoligen Stecker, zwei, vier oder sechs Kontakte kontaktiere ist erst einmal sekundär, da es der gleiche Stecker (6p) bleibt. Wenn ich die Verkabelung berücksichtige, dann würde es sich um 6p2c, 6p4c und 6p6c bzw. RJ11, R14 und RJ12 (oder RJ25) handeln.
Durch den symmetrischen Steckeraufbau und der symmetrischen Verdrahtung, ergibt sich die Möglichkeit, kleinere Stecker in größere Buchsen zu stecken. So kann z.B. ein Stecker 6p in eine 8p Buchse gesteckt werden. Genau dieser Umstand wird bei unserer Bastelei ausgenutzt.
Steckerbelegung XpressNet für Westernstecker
1 optional
2 M GND
3 B Daten B (-)
4 A Daten A (+)
5 L +12V
6 optional
Anmerkungen und weiterführende Hinweise
[1] www.digital-plus.de
[2] www.opendcc.de
[3] www.wikipedia.de
Torsten Nitz