Checkliste für die SPS- und HMI-Kommunikation: RS-232, RS-485, Ethernet

Checkliste für die RS-232-Kommunikation

RS-232 ist für kurze Punkt-zu-Punkt-Kommunikation vorgesehen. Es ist nach wie vor weit verbreitet bei kompakten SPSen, älteren Bedienfeldern, Barcode-Lesegeräten und Programmieranschlüssen.

1. Prüfen Sie, ob beide Anschlüsse tatsächlich RS-232-Anschlüsse sind.

Ein RS-232-Anschluss kann nicht direkt mit einem RS-485-Anschluss verbunden werden. Wenn eine Seite RS-232 und die andere RS-422/485 ist, verwenden Sie einen geeigneten Industriekonverter und prüfen Sie, ob das System einen Zwei- oder Vierdrahtbetrieb benötigt.

Gehen Sie nicht davon aus, dass jeder 9-polige Stecker RS-232-kompatibel ist. Einige SPSen verwenden einen DB9-Stecker für RS-422, RS-485 oder eine herstellerspezifische Pinbelegung. Prüfen Sie die Portspezifikation und Pinbelegung für das jeweilige Modell und die Optionskarte.

2. Überprüfen Sie die Kabelbelegung

Eine RS-232-Datenverbindung benötigt in der Regel mindestens Sende-, Empfangs- und eine gemeinsame Signalleitung. Die Sendedaten eines Geräts müssen beim anderen Gerät empfangen werden können.

Je nachdem, ob die Anschlüsse als DTE oder DCE verdrahtet sind, kann das richtige Kabel ein Straight-Through- oder ein Crossover-Kabel sein. Daher ist ein Standard-PC-Seriellkabel nicht automatisch das richtige PLC-HMI-Kabel.

Vergleichen Sie diese Punkte mit dem offiziellen Anschlussplan:

• Der TXD-Pin an einem Ende wird mit dem entsprechenden RXD-Pin am anderen Ende verbunden.
• RXD kehrt zum korrekten TXD-Pin zurück.
• Die Signalmasse/der gemeinsame Anschluss ist wie angegeben angeschlossen.
• RTS, CTS, DTR, DSR oder andere Handshake-Pins werden nur dann verdrahtet oder durchschleift, wenn die Geräte dies erfordern.
• Die Steckergehäuse und Kabelschirme werden gemäß der Zeichnung des Herstellers angeschlossen.

RS-485-Abschlusswiderstände gehören nicht auf eine RS-232-Verbindung.

3. Alle Serieneinstellungen abgleichen

Beide Geräte müssen in Folgendem übereinstimmen:

• Protokoll oder Kommunikationsmodus
• Baudrate
• Datenlänge
• Parität
• Stoppbits
• Stations-, Geräte- oder Knotennummer, wenn das Protokoll eine solche verwendet.
• Prüfsummen- oder Rahmenmodus, sofern konfigurierbar

Ein einziger Fehler kann die Kommunikation unterbrechen. Ein häufiger Fehler ist die Anpassung der Baudrate bei gleichzeitiger Vernachlässigung der Parität oder der Datenlänge.

Prüfen Sie außerdem, ob das HMI-Projekt dem physischen Port zugewiesen ist, an dem das Kabel angeschlossen ist. Die Konfiguration von COM1 und das Anschließen des Kabels an COM2 führt zu einem sehr überzeugenden “Hardwarefehler”.”

4. Verwenden Sie einen minimalen Punkt-zu-Punkt-Test

Nicht benötigte Adapter und Verlängerungskabel abziehen. HMI und SPS nahe beieinander platzieren und mit einem nachweislich funktionierenden, nach dem offiziellen Schaltplan aufgebauten Kabel testen.

Wenn die vereinfachte Verbindung funktioniert, fügen Sie die entfernten Komponenten nacheinander wieder hinzu. Dadurch lassen sich schnell ein defekter Konverter, ein zu langes Verlängerungskabel, ein falscher Stecker oder ein Problem mit der Erdung identifizieren.

RS-485-Kommunikations-Checkliste

RS-485 wird eingesetzt, wenn größere Entfernungen, Mehrpunktnetzwerke oder eine höhere Störfestigkeit erforderlich sind. Die meisten SPS-HMI-Probleme über RS-485 entstehen durch falsche Polarität, Topologie, Stationseinstellungen, Terminierung oder ein fehlendes Referenzsignal.

1. Zwei- oder Vierdrahtbetrieb feststellen

Die Zweidraht-RS-485-Schnittstelle nutzt ein symmetrisches Datenpaar für Senden und Empfangen. Bei der Vierdraht-Kommunikation werden separate Sende- und Empfangspaare verwendet. SPS, HMI-Treiber, Konverter und Verkabelung müssen für dieselbe Methode konfiguriert sein.

Für Modbus über Zweidraht-RS-485 zeigt die offizielle Modbus-Anleitung ein symmetrisches Adernpaar plus einen gemeinsamen Leiter. Die Verbindung nur als “zwei Drähte” zu betrachten und den Referenzleiter wegzulassen, kann die Kommunikation instabil machen, insbesondere wenn die Geräte unterschiedliche Massepotenziale aufweisen.

2. Polarität anhand der Funktion und nicht nur anhand des Buchstabens überprüfen.

Die Hersteller verwenden die A- und B-Bezeichnungen nicht immer einheitlich. In einer Bedienungsanleitung kann A/B, in einer anderen D+/D- und in einer weiteren SDA/SDB oder RDA/RDB angegeben sein.

Beachten Sie die Pinbelegungen und Signaldefinitionen in beiden Handbüchern. In der aktuellen Modbus-Terminologie ordnet die serielle Schnittstellenanleitung D1 dem Typ B/B' und D0 dem Typ A/A' zu, die endgültige Zuordnung erfolgt jedoch anhand des Anschlussplans des Geräts.

Bei vertauschter Polarität reagiert das Gerät in der Regel nicht, obwohl das Kabel Durchgang hat. Schalten Sie das Gerät aus, bevor Sie die Verkabelung korrigieren.

3. Bus-Topologie prüfen

Verwenden Sie eine Stamm- oder Reihenschaltung mit kurzen Abzweigungen, sofern dies in den Produkthandbüchern gefordert wird. Lange Sternverzweigungen erzeugen Reflexionen und werden mit zunehmender Kabellänge und Baudrate immer problematischer.

Prüfen Sie Folgendes:

• Ein durchgehender Hauptbus anstelle mehrerer langer Sternkabel
• Kurze Stichleitungen vom Hauptanschluss zu jeder Station
• Geschirmtes verdrilltes Zweidrahtkabel mit der für das Netzwerk spezifizierten Impedanz
• Datenkabel wurden so verlegt, dass sie von Motorleitungen, Schützen, Bremswiderständen und anderen stark störanfälligen Leitern ferngehalten wurden.
• Schirmpotentialausgleich und Schutzerdung gemäß den EMV-Anweisungen für Geräte und Standort
• Es darf keine versehentliche Verbindung zwischen dem Signalpaar und der Schutzerde hergestellt werden.

Es gibt keine allgemeingültige maximale Entfernung für jede RS-485-Installation. Die nutzbare Länge hängt von der Baudrate, den Kabeleigenschaften, der Topologie, der Anzahl der Lasten, der Isolation und den Anforderungen der angeschlossenen Produkte ab.

4. Kündigung und Voreingenommenheit prüfen

Bei einer passiven RS-485-Leitung erfolgt die Leitungsterminierung üblicherweise an den beiden physischen Enden des Hauptbusses, nicht an jedem Gerät. Einige SPSen und HMIs verfügen über eine intern schaltbare Terminierung; andere benötigen einen externen Widerstand.

Fügen Sie nicht einfach einen Widerstand hinzu, nur weil das Netzwerk fehlerhaft ist. Zu viele Abschlusswiderstände belasten den Treiber, während fehlende Abschlusswiderstände Reflexionen verursachen können. Überprüfen Sie den Widerstandswert, die Schalterstellung und ob die Abschlusswiderstände bereits im jeweiligen Produkt integriert sind.

Die Vorspannung, auch Polarisation oder Failsafe-Vorspannung genannt, sollte nur gemäß dem Netzwerkdesign angewendet werden. Der Modbus-Seriell-Leitfaden empfiehlt für einen Bus, der dies benötigt, einen Polarisationspunkt. Mehrere Geräte, die gleichzeitig eine hohe Vorspannung anlegen, können einen weiteren Fehler verursachen, anstatt den ersten zu beheben.

5. Protokoll und Stationseinstellungen abgleichen

Stellen Sie bei Modbus RTU sicher, dass alle Knoten dasselbe serielle Format verwenden und jeder Server/Slave eine eindeutige Adresse besitzt. Adresse 0 ist für Broadcasts in der seriellen Modbus-Kommunikation reserviert; Broadcast-Anfragen werden nicht beantwortet.

Bei herstellerspezifischen Protokollen müssen alle erforderlichen Werte überprüft werden. Dazu gehören beispielsweise die SPS-Einheitennummer, die Netzwerknummer, die Knotennummer, der CPU-Typ, der Verbindungsmodus oder die Prüfsummeneinstellung.

Stellen Sie außerdem sicher, dass nur der vorgesehene Master/Client den Bus steuert. Zwei Master, die ohne ein für den Mehrmasterbetrieb ausgelegtes Protokoll senden, verursachen Kollisionen und unregelmäßige Timeouts.

6. Isolieren Sie das Netzwerk Knoten für Knoten.

Bei instabilem Multidrop-Netzwerk testen Sie das HMI zunächst nur mit angeschlossener SPS. Schließen Sie anschließend jeweils eine Station und einen Kabelabschnitt wieder an.

Ein Zweig, der zum Ausfall des gesamten Busses führt, deutet oft auf eine umgekehrte Polarität, eine doppelte Adresse, einen Kurzschluss, einen zusätzlichen Abschlusswiderstand, eine inkompatible serielle Einstellung oder einen beschädigten Transceiver in diesem Zweig hin.