PLC에서 인버터, 서보드라이버, 온도조절기, 계측기 같은 장비를 연결할 때 RS-485 Modbus RTU 통신을 자주 사용합니다. RS-485라고 하면 A/B 두 가닥만 떠올리기 쉽지만, 실제 현장에서는 2선식과 4선식을 구분해서 봐야 합니다. 같은 RS-485 통신이라도 배선 방식에 따라 송수신 구조, 응답 대기, 통신 사이클 구성 방식이 달라지기 때문입니다.
RS-485 배선 방식은 통신 구조에 영향을 준다
RS-485는 현장에서 많이 사용하는 직렬 통신 방식입니다. Modbus RTU와 함께 사용되는 경우가 많고, PLC와 인버터, 온도조절기, 서보드라이버, 전력계, 계측기 등을 연결할 때 자주 적용됩니다.
다만 RS-485라고 해서 모든 장비가 같은 배선 구조로 동작하는 것은 아닙니다. 장비에 따라 2선식만 지원하는 경우도 있고, 4선식을 지원하는 경우도 있습니다.
| 구분 | 기본 구조 |
|---|---|
| 2선식 RS-485 | 송신과 수신이 같은 선로를 공유 |
| 4선식 RS-485 | 송신선과 수신선이 분리 |
| Modbus RTU | 마스터 요청과 슬레이브 응답 순서로 동작 |
| 확인 필요 항목 | PLC 모듈, 상대 장비, 배선도, 통신 설정 |
배선 방식은 단순히 선 개수의 문제가 아니라 통신 방향 전환과 응답 처리 방식에 영향을 줍니다.
RS-485 2선식은 구조가 단순하다
RS-485 2선식은 현장에서 가장 많이 사용하는 방식입니다. 보통 A/B, D+/D-, TR+/TR- 같은 두 가닥으로 통신합니다.
2선식은 송신과 수신이 같은 선로를 공유하는 반이중 구조입니다. PLC가 요청을 보내고 나면 송신을 끝낸 뒤 상대 장비의 응답을 기다려야 합니다.
| 항목 | 2선식 RS-485 |
|---|---|
| 배선 | A/B 또는 D+/D- 2가닥 |
| 송수신 구조 | 같은 선로 공유 |
| 통신 방식 | 반이중 방식 |
| 장점 | 배선이 단순하고 적용이 쉬움 |
| 적용 예 | 온도조절기, 인버터, 간단한 계측기 |
2선식은 배선이 적고 대부분의 Modbus RTU 장비에서 지원하는 경우가 많습니다. 단순한 읽기 위주의 장비에서는 2선식만으로도 충분한 경우가 많습니다.
2선식은 송신과 수신 타이밍이 중요하다
Modbus RTU는 기본적으로 마스터가 요청하고 슬레이브가 응답하는 구조입니다. PLC가 마스터라면 PLC가 요청 프레임을 보내고, 상대 장비는 해당 요청에 대한 응답 프레임을 보냅니다.
2선식에서는 요청과 응답이 같은 선로에서 순서대로 진행됩니다.
| 순서 | 동작 |
|---|---|
| 1 | PLC 요청 송신 |
| 2 | 송신 완료 |
| 3 | 슬레이브 응답 대기 |
| 4 | 슬레이브 응답 수신 |
| 5 | 다음 요청 송신 |
이 구조에서는 동시에 송신과 수신을 처리하는 것이 아니라 순서대로 주고받아야 합니다. 따라서 요청이 많아지면 통신 사이클이 길어질 수 있습니다.
읽기와 쓰기가 많아지면 2선식이 느리게 느껴질 수 있다
온도값을 1초에 한 번 읽거나 인버터 상태를 천천히 확인하는 정도라면 2선식 RS-485 Modbus RTU로도 충분한 경우가 많습니다.
그러나 서보드라이버처럼 상태값을 계속 읽고 명령도 자주 써야 하는 장비에서는 체감이 달라질 수 있습니다.
예를 들어 다음 데이터를 계속 처리해야 한다고 가정할 수 있습니다.
| 처리 항목 | 내용 |
|---|---|
| 현재 위치 읽기 | 서보 현재 위치 확인 |
| 현재 속도 읽기 | 운전 속도 확인 |
| 상태워드 읽기 | Ready, Busy, Alarm 등 확인 |
| 알람 코드 읽기 | 드라이브 이상 원인 확인 |
| I/O 상태 읽기 | 리미트, 원점, 브레이크 등 확인 |
| 서보 ON/OFF 쓰기 | 운전 준비 명령 |
| JOG 명령 쓰기 | 수동 조그 운전 |
| 속도 설정 쓰기 | 운전 속도 변경 |
2선식에서는 이 요청들이 한 선로에서 순서대로 처리됩니다. 읽기 요청과 쓰기 명령이 많아질수록 응답 대기 시간이 누적되고, 뒤쪽 데이터의 갱신이 늦어질 수 있습니다.
이때 현장에서는 다음과 같은 증상으로 보일 수 있습니다.
| 현상 | 가능 원인 |
|---|---|
| 상태값이 늦게 갱신됨 | 읽기 요청이 많아 통신 사이클 증가 |
| 쓰기 명령 후 반영 확인이 늦음 | 쓰기 후 다시 읽는 과정에서 대기 발생 |
| 통신은 되지만 반응이 느림 | 요청 순서와 응답 대기 누적 |
| 일부 상태가 한 박자 늦게 보임 | 폴링 주기 또는 요청 개수 과다 |
| 장비 수가 늘면 더 느려짐 | 슬레이브별 요청이 순차 처리됨 |
따라서 2선식은 단순하고 범용성이 좋지만, 통신량이 많은 장비에서는 요청 개수와 갱신 주기를 반드시 계산해야 합니다.
RS-485 4선식은 송신선과 수신선이 분리된다
RS-485 4선식은 송신선과 수신선이 분리된 구조입니다. 일반적으로 TX+, TX-, RX+, RX- 네 가닥을 사용합니다.
2선식과 달리 송신 경로와 수신 경로가 분리되어 있으므로 송수신 전환 부담이 줄어듭니다.
| 항목 | 4선식 RS-485 |
|---|---|
| 배선 | TX+, TX-, RX+, RX- |
| 송수신 구조 | 송신선과 수신선 분리 |
| 통신 구조 | Full Duplex 구성이 가능한 배선 구조 |
| 장점 | 송수신 경로 분리로 구조가 안정적 |
| 주의점 | PLC와 상대 장비가 모두 지원해야 함 |
4선식은 배선 수가 늘어나지만, 송수신 선로가 분리되어 있어 실시간 상태 확인이 많은 장비에서 유리하게 작용할 수 있습니다.
4선식이 항상 빠르다는 의미는 아니다
4선식은 송신과 수신 선로가 분리되어 Full Duplex 구성이 가능한 배선 구조입니다. 그러나 Modbus RTU 자체는 일반적으로 마스터 요청과 슬레이브 응답 순서로 동작합니다.
따라서 4선식이라고 해서 모든 통신이 무조건 빨라지는 것은 아닙니다.
속도에 영향을 주는 항목은 다음과 같습니다.
| 항목 | 영향 |
|---|---|
| 통신 속도 | Baud rate가 낮으면 전체 응답 시간이 길어짐 |
| 요청 데이터 개수 | 읽을 레지스터가 많으면 프레임 처리 증가 |
| 슬레이브 응답 시간 | 장비 내부 처리 시간이 길면 대기 증가 |
| PLC 프로그램 주기 | 요청을 보내는 순서와 주기 영향 |
| 통신 모듈 처리 방식 | 버퍼 처리와 명령 실행 방식 영향 |
| 장비 수 | 슬레이브 수가 많으면 순차 요청 증가 |
4선식은 송수신 전환 부담을 줄일 수 있지만, 프로토콜 처리 방식과 장비 응답 속도까지 동시에 빨라지는 것은 아닙니다. 통신 성능은 배선 방식, 통신 속도, 요청 개수, 프로그램 구조를 함께 봐야 합니다.
2선식과 4선식 비교
2선식과 4선식의 차이를 정리하면 다음과 같습니다.
| 구분 | 2선식 RS-485 | 4선식 RS-485 |
|---|---|---|
| 배선 | A/B 2가닥 | TX+/TX-, RX+/RX- 4가닥 |
| 송수신 구조 | 같은 선로 공유 | 송신선과 수신선 분리 |
| 통신 방식 | 반이중 구조 | Full Duplex 구성이 가능한 배선 구조 |
| 장점 | 배선 단순, 현장 적용 쉬움 | 송수신 전환 부담 감소 |
| 단점 | 요청과 응답 대기 영향이 큼 | 배선이 많고 장비 지원 필요 |
| 적합 용도 | 저속 모니터링, 간단한 읽기 | 상태값이 많고 응답성이 중요한 장비 |
| 확인 항목 | A/B 극성, 종단, SG | TX/RX 방향, 교차 배선, 종단 |
2선식은 나쁜 방식이 아닙니다. 오히려 현장에서 가장 많이 사용되고, 단순 장비에는 충분히 안정적으로 적용됩니다. 문제는 통신량이 많은 장비에 2선식을 적용하면서 갱신 속도를 충분히 검토하지 않는 경우입니다.
통신량을 먼저 계산해야 한다
RS-485 Modbus RTU를 설계할 때는 배선 방식만 결정하면 안 됩니다. 실제로 읽고 쓸 데이터가 얼마나 되는지 먼저 확인해야 합니다.
통신량 검토 항목은 다음과 같습니다.
| 확인 항목 | 설명 |
|---|---|
| 슬레이브 수 | 연결되는 장비 수 확인 |
| 읽기 데이터 수 | 상태값, 현재값, 알람값 등 개수 확인 |
| 쓰기 명령 수 | 운전 명령, 설정값 변경 빈도 확인 |
| 갱신 주기 | HMI와 제어 로직에서 필요한 갱신 속도 확인 |
| 통신 속도 | Baud rate, 패리티, 정지비트 조건 확인 |
| 응답 대기 시간 | 장비별 응답 지연 확인 |
| 재시도 조건 | 통신 실패 시 재시도 횟수와 시간 확인 |
상태값을 많이 읽는 구조에서는 한 번에 여러 레지스터를 묶어서 읽을 수 있는지, 읽기 주기를 나눌 수 있는지, 필수 상태와 표시용 상태를 분리할 수 있는지 검토해야 합니다.
서보드라이버 통신에서는 갱신 주기가 중요하다
서보드라이버를 RS-485 Modbus RTU로 제어하거나 모니터링할 때는 통신량이 빠르게 늘어날 수 있습니다.
서보에서는 단순히 운전 시작 명령만 필요한 것이 아니라 현재 위치, 현재 속도, 상태워드, 알람 코드, 입출력 상태, 원점 상태 등을 계속 확인해야 할 수 있습니다.
| 데이터 | 사용 목적 |
|---|---|
| 현재 위치 | 위치 확인, HMI 표시 |
| 현재 속도 | 운전 상태 확인 |
| 상태워드 | Ready, Busy, In-position 등 확인 |
| 알람 코드 | 이상 발생 시 원인 확인 |
| I/O 상태 | 리미트, 원점, 브레이크 조건 확인 |
| 명령 레지스터 | Servo ON, JOG, Stop 등 제어 |
이런 데이터를 모두 빠르게 갱신하려면 2선식에서 요청이 밀릴 수 있습니다. 따라서 서보처럼 상태 확인과 명령 쓰기가 모두 필요한 장비는 4선식 지원 여부나 더 빠른 산업용 네트워크 적용 가능성을 함께 검토하는 것이 좋습니다.
4선식을 사용할 때 확인할 항목
4선식을 사용할 때는 PLC 통신 모듈과 상대 장비가 모두 4선식 RS-485를 지원해야 합니다. 한쪽만 4선식을 지원한다고 적용할 수 있는 것은 아닙니다.
확인할 항목은 다음과 같습니다.
| 확인 항목 | 설명 |
|---|---|
| PLC 통신 모듈 | 2선식/4선식 지원 여부 확인 |
| 상대 장비 | TX/RX 단자 제공 여부 확인 |
| 배선 방향 | PLC TX와 장비 RX, PLC RX와 장비 TX 연결 확인 |
| 종단 저항 | 송수신 라인별 종단 조건 확인 |
| SG 또는 GND | 기준 전위 연결 방식 확인 |
| 통신 파라미터 | Baud rate, parity, stop bit 일치 여부 |
| 프로토콜 설정 | Modbus RTU 마스터/슬레이브 설정 확인 |
특히 4선식에서는 TX와 RX 방향을 잘못 연결하면 통신이 성립하지 않습니다. 단자명 표기가 제조사마다 다를 수 있으므로 매뉴얼과 배선도를 함께 확인해야 합니다.
통신 설계 전 확인 순서
RS-485 Modbus 통신을 설계할 때는 다음 순서로 확인하는 것이 좋습니다.
| 순서 | 확인 항목 |
|---|---|
| 1 | 상대 장비가 2선식만 지원하는지, 4선식도 지원하는지 확인 |
| 2 | PLC 통신 모듈의 2선식/4선식 지원 여부 확인 |
| 3 | 마스터와 슬레이브 구조 확인 |
| 4 | 읽어야 할 데이터 개수 정리 |
| 5 | 써야 할 명령과 설정값 개수 정리 |
| 6 | 필요한 상태값 갱신 주기 결정 |
| 7 | 통신 속도, 패리티, 정지비트 통일 |
| 8 | 종단 저항과 SG 처리 기준 확인 |
| 9 | 통신 실패 시 재시도와 타임아웃 설정 |
| 10 | 실시간성이 부족하면 상위 네트워크 검토 |
처음부터 통신량과 갱신 주기를 검토하면 시운전 중에 통신이 느리게 느껴지는 문제를 줄일 수 있습니다.
2선식과 4선식 선택 기준
현장에서 적용 기준을 정리하면 다음과 같습니다.
| 조건 | 권장 검토 방향 |
|---|---|
| 온도값을 천천히 읽는 장비 | 2선식으로 충분한 경우가 많음 |
| 인버터 상태를 주기적으로 확인 | 2선식 적용 가능성이 높음 |
| 장비 수가 많고 읽을 값이 많음 | 통신 사이클 계산 필요 |
| 쓰기 명령과 읽기 확인이 모두 많음 | 4선식 지원 여부 검토 |
| 서보 현재 위치와 상태를 빠르게 확인 | 4선식 또는 산업용 네트워크 검토 |
| 실시간 제어성이 중요함 | Ethernet, EtherCAT, Profinet 등 검토 |
4선식은 무조건 정답이 아니며, 2선식도 충분히 적합한 경우가 많습니다. 중요한 것은 장비의 통신량과 필요한 응답성을 기준으로 선택하는 것입니다.
RS-485 Modbus 2선식·4선식 정리
RS-485 Modbus 통신에서 2선식과 4선식은 단순히 선이 두 가닥인지 네 가닥인지의 차이만 의미하지 않습니다. 2선식은 송신과 수신이 같은 선로를 공유하는 반이중 구조이고, 4선식은 송신선과 수신선이 분리된 구조입니다.
2선식은 배선이 단순하고 현장 적용성이 좋습니다. 온도조절기, 인버터, 간단한 계측기처럼 저속 모니터링 위주의 장비에서는 충분히 안정적으로 사용할 수 있습니다. 다만 읽기 요청과 쓰기 명령이 많아지면 요청과 응답이 순서대로 쌓이면서 상태값 갱신이 늦게 느껴질 수 있습니다.
4선식은 송신선과 수신선이 분리되어 송수신 전환 부담을 줄일 수 있습니다. 그러나 4선식이라고 해서 Modbus RTU 통신이 무조건 빨라지는 것은 아닙니다. PLC 모듈과 상대 장비가 모두 4선식을 지원해야 하며, 통신 속도, 요청 개수, 장비 응답 시간, 프로그램 구조도 함께 검토해야 합니다.
RS-485 Modbus 통신은 연결만 되는 것으로 끝나지 않습니다. 실제 현장에서는 필요한 데이터가 정해진 시간 안에 안정적으로 갱신되는지가 중요합니다. 따라서 배선 방식 선택 전 장비 지원 방식, 읽기 데이터 수, 쓰기 명령 빈도, 상태값 갱신 주기, 통신 속도를 먼저 확인해야 합니다.