86Normas de Comunicacin en Serie:RS-232, RS-422 y RS-485Serial Communication Standards:RS-232, RS-422 y RS-485Nstor Gabriel Forero Saboya1Fecha de recepcin del artculo: 18/05/ 2012 - Fecha de aprobacin del artculo: 20/06/ 20121IngenieroIndustrial,EspecialistaenInformticayMultimedia,EspecialistaenIngenieraTelemtica,MasterenIngenieraTelemticay Candidato a Doctor en Ingeniera Telemtica por la Universidad de Vigo Espaa. Grupo de Investigacin Davincis, Universidad Libre, Bogot.* This work was completely supported by the author for his investigation activity in Universidad Libre.Nstor Gabriel Forero Saboya is Industrial Engineering of the Universidad Distrital de Bogot - Colombia - with Specialist Degree in Infor-matics, Multimedia and Telematics Engineering, actually student in Master Industrial Engineeringat the Universidad Distrital in Colombia.RESUMEN Esteartculopresentaunabrevereseadela teoradelacomunicacinenserieindustrialyun paralelo entre las tres (3) normas de mayor uso en comunicaciones de este tipo (RS-232, RS-422 y RS-485).PALABRAS CLAVE La evaluacin del impacto ambiental, el conductor, el receptor, la comunicacin serial.ABSTRACT Thispaperpresentsabriefsurveyofthetheory ofindustrialcommunicationsserialandaparallel between the three (3) most common communication standards (RS-232, RS-422 and RS-485).KEYWORD EIA, driver, receiver, serial communication.IntroduccinLascomunicacionesindustrialesconfinesde automatizacinexigenunamplioconocimiento delosestndaresdeconexinlocalparaequipos terminalesquepermitanlacomunicacinentre unacomputadoraysusperifricos,incluidos lossensores,actuadoresycontroladoreslgicos programables.Este tipo de comunicaciones brinda el escenario ideal para construir redes de baja cobertura y bajo costo, yaseaconconexionesdecorrienteodetensin. En los circuitos de conexin en serie por corriente o bucle de corriente se emplea sta caracterstica para representarlainformacindelsistemaatravsde uncablequeunalosequiposterminalesemisory receptor. Por otro lado, en los circuitos de conexin por tensin o bucle de tensin es sta seal elctrica laqueseempleapararepresentarlainformacin atravsdelenlaceestablecidoentrelosdos(2) conductores enlazados.REVISTA DE LA FACULTAD DE INGENIERA DE LA UNIVERSIDAD LIBRE87Lasexigenciasdevelocidadyalcancedelasredes locales industriales hacen que sea necesario llevar a cabo un gran esfuerzo en pro de la normalizacin; detalmaneraquesehangeneradodiversas recomendacionesinternacionalespropuestaspor laEIA(ElectronicIndustriesAssociation)[1].Alo largodelossiguientesapartadossepresentael funcionamiento del bucle de corriente, el bucle de tensin as como las similitudes y diferencias entre los estndares RS-232, RS-422 y RS-485 teniendo encuentaeltipodeconector,lafidelidad,la inmunidadantelainterferenciaelectromagntica, lavelocidaddetransmisinylaproteccindelos usuarios.Bucle de Corriente A. GeneralidadesHasidocomnmenteusadoconteletiposo teleimpresorasqueactancomotecladoe impresoraenunmismoequipo,tambinpara conectarequiposterminalesDTE(DataTerminal Equipment)transmitiendolainformacinenbanda basedigitalconbajavelocidadeinclusocon aislamiento galvnico.Entrelasprincipalescaractersticasde funcionamientodelbucleinternosetienenlas siguientes: 1.- La presencia o ausencia de corriente se asocia con un uno (1 lgico) o un cero (0 lgico). 2.-Elvalordelacorriente(1)esde420mA de acuerdo con el tipo de dispositivo. 3.- Distintos tiposdecircuitosdeacoplamientosepueden utilizar para la conexin entre ellos (optocacopladores y rels entre otros). 4.- En el bucle y de acuerdo con surolunextremogeneracorrienteyelotrolo detecta en conjunto con la aplicacin particular que lo demande. 5.- El nmero de terminales (receptores) quesepuedenconectarenunbucledependede la potencia disponible en la terminal activa (emisor), paramantenerlacorrientemnimade4mA.6.- Lamximadistanciadetransmisinesde450m. y la velocidad de 9600 bps. 7.- La conexin no est normalizada y se necesitan circuitos de conversin parapoderserconectadasterminalesactivaso pasivas(convertidoractivo-activoobienconvertidor pasivo-pasivo). 8.- Para transmisiones bidireccionales concomunicacinsimultneasenecesitandos (2)buclesdecorrienteindependienteentrelas terminales de tal forma que una opere como emisor en uno y como receptor en el otro [2].B. Esquema Bsico de TransmisinEl transmisor acta sobre un dispositivo conmutador queconectaodesconectadelalneafuentede corriente, a su vez, el receptor detecta la corriente que pasa por la lnea y la convierte en una tensin elctricaqueseacoplaall.EnlaFigura1.se ilustraunesquemabsicodetransmisinenbucle decorrienterealizadaentreuntransmisordeuna UART(UniversalAsynchronousReceiver-Transmitter) con un receptor de otra, con aislamiento galvnico obtenido mediante un optoacoplador [3].Figura 1.Esquema Bsico de Transmisin con Bucle de Corriente.En el diseo moderno de comunicaciones en serie punto a punto el bucle de corriente no es utilizado debidoaquehasidosustituidoporlatransmisin debucledetensinconelusocadavezmayorde losprotocolosRS-232,RS-423,RS-422yRS-485 [4][5].88Bucle de TensinA. GeneralidadesAdiferenciadelaconexinseriedecorrientela conexinseriedetensinesmuyutilizadaenla actualidaddebidoasusmejoresprestacionesen alcanceyvelocidad.Lasdiferentespropuestasde normalizacin se clasifican en: 1.- Especificaciones mecnicas,funcionalesydeprocedimientodadas porlaEIARS-232CCCITT V.24ylaEIARS-449.2.-Especificacioneselctricasdadasporla EIARS-232CCCITTV.28,EIARS-423A(no equilibrada), EIA RS-422A (equilibrada) y la EIA RS-485 (equilibrada y con tercer estado).Loanteriorparahacerrealidadlaideadesistema informticoabiertoypoderconectardiferentes perifricosaunprocesadordigital.Entrelas caractersticas mecnicas de la norma los perifricos de una computadora se caracterizan por ser sistemas mecnicamente independientes y por ser fabricados porempresasdiferentesalasqueconstruyenlas computadorasconlasqueinteractan,locual, obligaaquelaconexinentreemisoryreceptor debaserremovible,dealtafidelidad,capazde identificarlasdiferentessealesdelmedioyestar normalizadasparaquesepuedanintercambiarlos perifricos de los distintos fabricantes.La conexin entre las computadoras y los medios de transmisin guiados se realiza mediante conectores machoyhembraconunnmerodeterminalesy dimensionesestablecidosporunorganismode normalizacin.Lascaractersticaselctricasimplicaninmunidad ante la interferencia electromagntica, la velocidad de transmisin y la proteccin de los usuarios.B. Esquema Bsico de TransmisinAl transmitir en una banda de base digital se puede establecer una configuracin mnima prescindiendo de las seales de control de tal forma que se puede utilizarnicamentedoslneas(unademasayuna dedatos)pararealizarunatransmisinenunnico sentido simultneamente (half dplex); ste es el caso que se ilustra en la Figura 2. como un diagrama de bloques de una comunicacin asncrona simultnea entre dos (2) microcontroladores [3].Figura 2.Diagrama de Bloques con Bucle de Tensin.Acontinuacinseanalizanlosestndaresms populares de la transmisin de bucle de tensin las normas RS-232, RS-422 y RS-485 respectivamente.Estndar RS-232A. HistoriaEnladcadadelosaos60laEIAdesarrolluna interfazcomndecomunicacinconelobjetivo principal del intercambio de datos a travs de lneas telefnicasdevozqueporenderequerandeun dispositivotraductordeseales(anlogo-digitaly digital-anlogo), el protocolo de la norma utiliza un modo asncrono en el cual, el emisor y el receptor manejan su propio reloj, donde ambos deben tener la misma frecuencia. El estndar se ha desarrollado pormsdecuarenta(40)aosduranteloscuales la EIA ha publicado tres (3) modificaciones, la ms reciente llamada EIA-232F introducida en 1997. El nombre del estndar paso de RS-232 a EIA-232 al igual que otros elementos de la norma original han cambiado su denominacin.Losdiferentesparmetrosdelatransmisinson programables,uncasoeslavelocidadquepuede variar entre 50 y 19.200 baudios.REVISTA DE LA FACULTAD DE INGENIERA DE LA UNIVERSIDAD LIBRE89B. Caractersticas MecnicasLacomunicacinserialmedianteelestndarRS-232puedeserdirectacuandoserealizasobre banda base digital y/o mediante un modem cuando latransmisinserealizaenbandabaseanloga modulando la portadora.Cuandosetransmiteatravsdeunmodemla norma define un conjunto de 22 seales divididas en seal de datos y seal de control distribuidas en un conector de tipo D de 25 terminales, sin embargo, no todas las seales de control son imprescindibles para establecer la comunicacin entre dos equipos, esporesoqueenmuchasocasionesseutilizaun conector macho tipo D de 9 terminales [3].La versin europea se regula bajo la norma CCITT V.24 y se especifica parauna distancia mximadel enlacede15myunavelocidaddetransmisinde mximo 20 Kbps [6].LostiposdesealesdelaespecificacinRS-232 (CCITT V.24) son los siguientes: 1.- Masa: GND para aislamientodelconectorconenlacealchasisde laterminal;SGSealsobrelaqueseestablecela tensin de las dems seales del conector. 2.- Canal Principal:Conjuntodesealesdedatosycontrol, TxDyRxDlneasdetransmisinyrecepcin respectivamente;RTS,CTS,DSRyDCDseales bsicas,DTRyRIsealesconmutadasySQ,CH yCIsealesdecalidadycanales.3.-Transmisin Sncrona:DA,DDyDBexclusivasdesincrona. 4.-CanalSecundario:paraalgunosmodelosDCE. 5.- Terminalessin AsignacinFija:parautilizarsepor aplicacin formando dos (2) bucles de corriente en caso de ser requeridas [2].EnlaFigura3.seilustraunconectorDde9 terminalesconespecificacindesealespor terminal para comunicar dos sistemas [7].Figura 3.Conector serial tipo D9 para comunicaciones RS-232.C. Caractersticas ElctricasLanormadefineunmargendetensinde+3V a+15 Vparael 0lgicoy-3 Va-15 Vparael 1 lgico;porloque,sehacenecesarioquetantoenla transmisin como en la recepcin se utilice un circuito deadaptacinquetransformelosnivelesdetensin utilizados en los circuitos digitales en los que se acaban de indicar y viceversa, sta caracterstica est descrita en mayor detalle en la norma CCITT V.28 definida para las caractersticas elctricas del estndar RS-232C.Lascomputadorasestndardeaplicacingeneral estuvierondotadasdepuertosserieparasalidaa perifricosnormalizadoscomoRS-232peroenla actualidadseempleanlospuertosUSB(Universal SerialBus)quetienendesempeossuperioresy seencuentran,adems,dispositivosPCIExpress dealtorendimientocompatiblesconsistemas operativosWindowscomoelqueseilustraen laFigura4.interfazRS-232de8puertospara transmisin desde 2 bps hasta 1 Mbps [8].Figura 4.Interfaz RS232 de 8 Puertos de Alto Rendimiento PCI Express.90Estndar RS-422A. HistoriaEs una de las especificaciones de la norma RS-449 introducidaen1975,publicadaen1983ycomo revisin en Mayo de 1994 en donde se especifican lascaractersticaselctricasdeuncircuitode comunicacin digital de salida nica ya sea el estado 0o1lgicosmedianteunasealdiferencial. Actualmente conocido por la norma europea UIT-T T-REC-V.11,tambinidentificadocomoX.27 confirmadaporla TIA(TelecommunicationsIndustry Association) en 2005 [6][9].B. Caractersticas MecnicasElestndardefineconexionesconcabledeparde cobretrenzadoyterminalesRJquelohacems resistentealainterferenciaelectromagnticayle proporcionamayorvelocidaddetransmisinque con la norma RS-232 [2].Lacomunicacinesasncronadoblesimultneaen bandabasedigitalconunamplificador(driver)que representalasealmedianteeldiferencialdenivel entre sus dos (2) salidas (Balanced Circuit or Differential) y en el receptor un amplificador diferencial [3].LosdispositivosdelanormaRS-422mantienen compatibilidad con el estndar RS-232 como se aprecia enlaFigura5.donde,setieneunadaptadorPCI Expressde8puertosyaltorendimientoconenlaces paraterminalserialEIA232.Importante:Lamxima capacidad de control de terminales para el estndar es de 10 equipos receptores simultneos por emisor [10].Figura 5.Interfaz RS422 de 8 Puertos de Alto Rendimiento PCI Express.C. Caractersticas ElctricasEnlacomunicacindelanormaRS-422setiene que el emisor opera el 1 lgico a un voltaje de -2 a -6 Volt. y el 0 lgico a la entrada del receptor en el rango de +0.2 a +7 Volt. El alcance de la transmisin est dado por la relacin existenteentreelvolumendelosdatosatransferir y el tiempo de la seal en la portadora determinado por la velocidad de transferencia de donde se obtiene quelalongitudmximadelcableesde1.200my la velocidad mxima de 10 Mbps que se obtiene en unadistanciade12m.Larelacindedistanciasy velocidades se aprecia en la Figura 6. [11].Figura 6.Tasa de Transferencia en Cable para la Norma RS422.Estndar RS-485A. HistoriaEsunadelasespecificacionesdelanormaRS-449publicadacomoestndaren1983endondese especifican las caractersticas elctricas de un circuito decomunicacindigitaldesalidayaseaelestado 0o 1lgicosmedianteunasealdiferencialms unasealdealtaimpedanciaotercerestadocon locualesposibleconectarmsdeunemisorenla red, motivo por el cual, es muy til en redes locales industrialesados(2)hilos.Actualmenteconocido REVISTA DE LA FACULTAD DE INGENIERA DE LA UNIVERSIDAD LIBRE91como la norma TIA-485-A.222 confirmada por la TIA (Telecommunications Industry Association) en 2003 [12].B. Caractersticas MecnicasElestndardefineconexionesconcabledeparde cobre trenzado y terminales RJ11por lo cual existe mayor resistencia a la interferencia electromagntica y mayor velocidad de transmisin que con la norma RS232 [2].Permitelaconexindehasta32emisorescon 32receptoresentransmisindoblesimultnea fulldplexcapazdeenlazarprocesadoresde comunicacinprincipal(master)conprocesadores subordinados(slaves)cuyofuncionamiento(acceso priorizado)estadefinidoporlosmismosarreglos topolgicos de las redes de datos.LosdispositivosdelanormaRS-485mantienen compatibilidadconelestndarRS-232comose aprecia en la Figura 7.donde, se tiene un adaptador PCI Express de 16 puertos y alto rendimiento con enlaces para terminal serial RS-232.Figura 7.Interfaz RS485 de 16 Puertos de Alto Rendimiento PCI Express.C. Caractersticas ElctricasEnlacomunicacindelanormaRS-485setiene queelemisoroperael1lgicoaunvoltajede -1.5 a -5 Volt. el 0 lgico a la entrada del receptor en el rango de +0.2 a +12 Volt y la mxima tensin aplicada a la lnea de salida es de -7 a +12 Volt. El alcance de la transmisin est dado por la relacin existenteentreelvolumendelosdatosatransferir y el tiempo de la seal en la portadora determinado por la velocidad de transferencia de donde se obtiene quelalongitudmximadelcableesde1.200my lavelocidadmximade10Mbpsqueseobtiene enunadistanciade12m.Larelacindedistancias yvelocidadesseapreciaenlaFigura6.[11]del apartado anterior dedicado a la norma RS-422.D. Diferencia entre los Drivers de RS-485 y RS-422 en Montaje MultiterminalGeneralmentesepresentagranconfusinentrela diferenciarealdelosestndaresRS-485yRS-422 cuando se pretende realizar montajes con mltiples drivers,sinembargo,hayquerecordarque solamentelanormaRS-485permitetrabajarcon este tipo de configuraciones. Si bien los drivers de RS-485tienencompatibilidadconlosdispositivos RS-422 la situacin contraria NO sucede. En caso de llegar a utilizar drivers de RS-422 en instalaciones RS-485sepresentarnlossiguientesproblemas como se expone en [6]:1.Eldriverentercerestadopuedebloquearla lnea de comunicacin debido a la diferencia de potencial de tierra entre los drivers en RS-422 que es de apenas 250 mV a +6 Volt. con lo cual, eldriverdesactivadopuedesalirdelrangode alta impedancia.2.Los dispositivos se pueden daar trmicamente debidoalaaltatemperaturageneradaal excederselacapacidaddedisipacincuando dosdriversactivosquedanenestadoopuesto al mismo tiempo dejando altas corrientes entre los dispositivos.3. Est relacionado con la corriente suministrada ya que en el caso de la norma RS-422 se requiere que los drivers reciban/acepten dos (2) veces la corrienterequeridaparasuterminacinenla conexin (resistencia nica).92Resumen de las Caractersticas de las NormasEnlaFigura8.sepresentaunatablaconlas caractersticaselctricasyprestacionesdelas conexiones serie [2].Figura 8.Caractersticas Elctricas y prestaciones de las conexiones serie.LaFigura9.resumeloselementoscrticosde comparacinentrelasespecificacionesRS-232, RS-422yRS-485[13].Aspectospararesaltaren esta comparacin resultan ser el cable, el modo de comunicacin, la seal y la corriente de salida.Enelsiguienteapartadosetratacondetallela conversindelosdiferentesnivelesdeseal utilizadosendiferentesunidadesdecomunicacin normalmente requeridos en la prctica empresarial.Conversin de Seal entre las Normas.Laconversindesealesinvolucrauncambioen loselementosfsicosquepermitenelintercambio deinformacinyesfrecuentequerequiera componentes como: terminales tipo DB25 (hembra y macho), plugs RJ12 4P4C, 6P6C y DB9.Figura 9.Elementos Crticos de Comparacin entre conexiones serie.REVISTA DE LA FACULTAD DE INGENIERA DE LA UNIVERSIDAD LIBRE93EnlaFigura10a.seobservalavinculacindelos pines correspondientes entre las estaciones DTE de 25 y 9 hilos y los convertidores DCE de 25 hilos de maneraquesegaranticelacomunicacindedatos entreellos.En13b.puedeobservarseelproceso inverso teniendo en cuenta que el dispositivo puede, por dems, ser RS-485 [14].Figura 10a.Diagrama deHilos entre Dispositivos RS-232 y DB25.Figura 10b.Diagrama deHilos entre Dispositivos RS-422/485 y RS-232.Finalmente,aunquedemaneraoficiallosdrivers RS-485puedendireccionarhasta32dispositivos enlared,conlanuevageneracindeproductos de conversin de seales se logra una expansin de entre 128 y 255 nodos. La situacin descrita puede observarse en la Figura 11. donde los extremos RS-232 se conectan entre s por medio de convertidores de ltima generacin RS-485 [13].Figura 11.Diagrama deHilos Multipunto para RS-485.Mapa Conceptual del ArtculoConclusionesLosdriversRS-485sonlamejoralternativapara redeslocalesindustrialesyparalasaplicaciones multiterminalesdebidoasuproteccintrmicay amplio soporte de transceptores de carga.El bucle de tensin ha desplazado progresivamente al bucle de corriente en el diseo de redes industriales graciasalaflexibilidadypotenciaobtenidosen eldesarrollodeconceptoselctricosdemayor complejidad sobre los cuales se estructura.94Losmaterialesdefabricacindelaportadoraas como la distancia de transporte de datos impactan de manera inversamente proporcional a la capacidad y a su velocidad de transferencia.El futuro de las redes locales industriales demanda diariamentedeestndaresqueseancapacesde manejarunmayornmerodeequiposmaster yproporcionalmenteunamayorcantidadde terminales slaves para cumplir con las exigencias del mundo productivo moderno.ReferenciasTheRS232StandardATutorialWithSignal NamesAndDefinitions,C.E.Strangio.(2012). CAMIResearchInc.ActonMassachusetts [Online].Availableat:http://www.camiresearch.com/Data_Com_Basics/RS232_standard.html#anchor1154232 P.Mario,LasComunicacionesEnLaEmpresa: Normas,RedesyServicios.Ra-Ma,2.Edicin, 2003.E.Mandado,J.M.Acevedo,C.Fernndez,J.I. Armesto,AutmatasProgramablesySistemasde Automatizacin. Marcombo, 2. Edicin 2010.M.A. Miller, Data andNetwork Communications. Delmar Thompson Learning. 2001.A.Elahi,NetworkCommunicationsTechnology. Delmar Thompson Learning. 2001.SistemasdeComunicacionesIndustriales,J.M. Grau, SEI-Selco, August 2012, Available at: http://tec.upc.es/ie/practi/Sistemas.pdf AGG Software, Technology at your service, August 2012,Availableat:http://www.aggsoft.com/rs232-pinout-cable/serial-port-db9.htm NationalInstruments,InterfacesSerialesRS232 yRS485,August2012,Availableat:http://sine.ni.com/nips/cds/view/p/lang/es/nid/207739 Enciclopedia libre Wikipedia, RS422, August 2012, Availableat:http://es.wikipedia.org/wiki/RS-422 NationalInstruments,InterfacesSerialesRS485 yRS422, August2012, Availableat:http://sine.ni.com/nips/cds/view/p/lang/es/nid/207741Tasade TransferenciadeDatosenCable,August 2012, Available at: http://www.interfacebus.com/How_to_Specify_an_Equipment_Chassis-Cable_Data-Rate.html Enciclopedialibre Wikipedia,RS485, August2012, Available at: http://es.wikipedia.org/wiki/RS-485 SidebySideSpecificationChart,April2013, Availableat:http://www.rs-485.com/comspec.htmlTasadeTransferenciadeDatosenCable,April 2013,Availableat:http://www.facts-eng.com/manuals/fauniconm.pdf