Brochage RS485 : Modbus sur RJ45 et DB9

TIA-485 ne définit aucun connecteur

Le titre de la norme dit son périmètre : TIA-485-A, « Electrical Characteristics of Generators and Receivers for Use in Balanced Digital Multipoint Systems ». Elle fixe les niveaux des émetteurs et des récepteurs, la plage de mode commun de −7 V à +12 V et la charge unitaire, pas le connecteur ni l’ordre des broches. Ce sont les normes d’application qui les ajoutent : Modbus, PROFIBUS, ou la notice de chaque fabricant.

La spécification Modbus autorise trois connectiques : bornier à vis, RJ45 ou D-sub 9. Pour le bornier, elle n’impose aucun ordre, seulement que la notice indique l’emplacement de chaque signal sous les noms D0, D1 et Common. Pour le RJ45 et le DB9, elle impose les deux tableaux ci-dessus.

A, B, +, −, D0, D1 : quel fil est lequel ?

Côté norme, la ligne B est la plus positive au repos (1 binaire). Modbus l’appelle D1 et la ligne A D0. Moxa et B+B SmartWorx (Advantech) donnent la même règle sous une autre forme : B est le « + », A le « − ». PROFIBUS aussi : B est RxD/TxD-P, la ligne positive.

Les fabricants de circuits suivent souvent la convention inverse. Sur le THVD1450 de Texas Instruments, une entrée D au niveau haut met la broche A au niveau haut et la broche B au niveau bas : la broche A du circuit va donc sur D1 (B) du bus. Schneider Electric note ainsi que la borne D(B) de ses boîtiers TSX SCA correspond à D1 « ou A (+) ». Le libellé seul ne suffit pas : vérifiez la polarité.

Une inversion de A et B n’endommage rien, elle empêche juste la communication. Bus polarisé et au repos, mesurez au voltmètre : D1 doit être plus positif que D0.

Terminaison et polarisation (fail-safe)

Modbus impose une terminaison près de chacune des deux extrémités du câble principal, entre D0 et D1, jamais plus de deux par paire et jamais sur une dérivation. Elle peut être une résistance de 150 Ω (0,5 W) ; un condensateur de 1 nF en série avec 120 Ω (0,25 W) est préférable quand la ligne est polarisée. Le guide RS-485 de TI, lui, termine à 120 Ω, l’impédance de câble recommandée par la norme.

Au repos, aucun émetteur ne pilote la paire et les récepteurs peuvent lire du bruit. Si un appareil a besoin d’une polarisation, Modbus en place une seule pour tout le bus, en général sur le maître : une résistance de rappel de D1 vers 5 V et une de D0 vers le Common, de 450 à 650 Ω. Le nombre d’appareils autorisés baisse alors de 4. Beaucoup d’émetteurs-récepteurs récents ont un fail-safe interne, mais TI rappelle que sa marge de bruit n’est que de 10 mV dans le pire cas.

2 fils ou 4 fils

En 2 fils (half-duplex), une seule paire porte les données dans les deux sens : un seul émetteur à la fois, la direction se commande par DE/RE. C’est la configuration la plus courante selon Modbus. En 4 fils (full-duplex), le maître émet sur une paire et les esclaves répondent sur l’autre.

Modbus précise que ce 4 fils n’est pas du RS-422 : la RS-422 n’admet pas plusieurs émetteurs sur une paire. Le câblage doit croiser les deux paires côté maître, et un câble croisé branché sur un bus 2 fils peut endommager les appareils. La spécification définit aussi un brochage 4 fils optionnel (§3.5.2) ; faute d’implémentation indépendante pour le recouper, nous ne le reproduisons pas ici.

Le troisième fil : Common, masse et blindage

Un bus RS-485 « 2 fils » en compte trois : Modbus impose un conducteur Common entre tous les appareils, relié à la terre de protection en un seul point, de préférence au maître. Sans lui, la différence de potentiel entre les masses des nœuds peut sortir de la plage de mode commun du récepteur. Pour des écarts de plusieurs kilovolts, TI recommande l’isolation galvanique de l’émetteur-récepteur.

Le câble Modbus doit être blindé, le blindage relié à la terre de protection à une extrémité. Le code couleur recommandé est jaune pour D1, marron pour D0 et gris pour le Common. À 9600 bit/s en AWG26 ou plus gros, la longueur maximale est de 1000 m ; un câble catégorie 5 convient jusqu’à 600 m, et chaque dérivation reste sous 20 m.

PROFIBUS et brochages fabricants

Sur DB9, l’autre brochage RS-485 normalisé est celui de PROFIBUS DP : B sur la broche 3, A sur la broche 8, masse de données sur la 5, +5 V de terminaison sur la 6. Il est détaillé sur notre page de brochage DB9. Un appareil Modbus au brochage de la spécification et un câble PROFIBUS ne se comprennent pas.

Beaucoup de fabricants ne suivent ni l’un ni l’autre. Les appareils Moxa à DB9 mettent B sur la broche 3, A sur la 4 et la masse sur la 5 ; le module Modbus Fieldbus Box de Beckhoff utilise 3, 8 et 5, comme PROFIBUS. Le variateur Altivar 212 de Schneider suit le RJ45 Modbus mais ajoute un Common sur la broche 2. Avant tout câblage, la notice de l’appareil fait foi.