Booil Jung

RS-485 통신

디지털 통신 기술의 발전 과정에서, RS-485 표준의 등장은 산업 자동화 및 데이터 통신 분야의 패러다임을 전환하는 중요한 이정표가 되었다. RS-485의 탄생 배경을 이해하기 위해서는 그 이전의 직렬 통신 표준들이 가졌던 본질적인 한계를 먼저 고찰해야 한다. 가장 널리 사용되던 RS-232(Recommended Standard 232)는 컴퓨터와 주변기기 간의 통신을 위해 설계된 표준으로, 구현이 간단하고 범용성이 높다는 장점이 있었다.1 그러나 RS-232는 근본적으로 1:1 점대점(point-to-point) 통신만을 지원했기 때문에, 하나의 마스터 장치가 여러 개의 슬레이브 장치를 제어하기 위해서는 다수의 독립적인 통신 포트가 필요했다.2 이는 시스템의 배선 복잡성과 비용을 기하급수적으로 증가시키는 요인이었다. 또한, 단일 종단(single-ended) 신호 방식을 사용하여 신호선과 공통 접지(ground) 간의 전압 레벨로 데이터를 표현했기 때문에, 외부의 전기적 노이즈에 매우 취약했으며 최대 전송 거리 역시 약 15미터(50피트)로 매우 제한적이었다.4

이러한 RS-232의 한계를 극복하고자 1975년에 등장한 것이 RS-422 표준이다.7 RS-422는 차동 신호(differential signaling) 방식을 도입하여 두 개의 전선에 서로 반대 극성의 신호를 보내고, 수신단에서 두 신호의 전압 차이를 감지하는 혁신적인 방식을 채택했다. 이로써 외부 노이즈에 대한 내성이 획기적으로 향상되었고, 전송 거리는 최대 1200미터까지 연장되었다.7 하지만 RS-422 역시 완전한 분산 제어 시스템을 구축하기에는 부족함이 있었다. 표준은 하나의 송신 드라이버(driver)와 최대 10개의 수신 리시버(receiver)를 연결하는 단방향 다중점(unidirectional multidrop) 통신만을 허용했기 때문이다.7 즉, 마스터가 여러 슬레이브에게 명령을 내릴 수는 있었지만, 여러 슬레이브가 동일한 통신 라인을 통해 마스터에게 응답하는 것은 불가능했다.

중앙 집중식 제어에서 분산형 다중점 제어로 패러다임이 이동하던 1980년대 초반의 산업 현장에서는 다수의 센서, 액추에이터, 제어기 등이 하나의 통신 버스 상에서 양방향으로 자유롭게 데이터를 교환할 수 있는 강력하고 효율적인 통신 방식이 절실히 요구되었다.12 바로 이러한 시대적 요구에 부응하여 1983년 4월, 미국 전자 산업 협회(EIA, Electronic Industries Alliance)는 RS-485 표준을 발표했다.8 RS-485는 RS-422의 성공적인 차동 신호 방식을 계승하면서, 드라이버에 3상태 로직(three-state logic: High, Low, High-impedance)을 도입하여 여러 개의 장치가 동일한 버스에서 송신할 수 있도록 허용했다.8 이로써 진정한 의미의 양방향 다중점(multipoint) 통신이 가능해졌으며, 이는 현대 산업 자동화 시스템의 근간을 이루는 PLC(Programmable Logic Controller), 분산 I/O 모듈 등의 발전을 촉진하는 기폭제가 되었다.

RS-485 표준은 시간이 흐름에 따라 관리 주체가 변경되면서 공식 명칭 또한 진화했다. 초기에 EIA는 모든 표준에 ‘RS’(Recommended Standard)라는 접두사를 붙였으나, 이후 표준의 출처를 명확히 하기 위해 EIA와 TIA(Telecommunications Industry Association, 통신 산업 협회)가 공동으로 관리하는 표준에는 ‘EIA/TIA’를 사용하기 시작했다.16 EIA가 공식적으로 해체된 후, 표준에 대한 관리 책임은 TIA로 완전히 이관되었다.18

이에 따라 RS-485 표준의 공식 명칭은 ‘TIA-485’ 또는 ‘TIA/EIA-485’가 되었다. 가장 널리 인용되는 버전은 1998년 3월 3일에 승인된 ‘ANSI/TIA/EIA-485-A-1998’이며, 이 표준은 이후 2003년과 2012년 등에 기술적 변경 없이 재확인(reaffirmed)되었다.8 이처럼 공식 명칭은 여러 차례 변경되었지만, 산업 현장과 기술 문서에서는 여전히 ‘RS-485’라는 명칭이 압도적으로 널리 사용되고 있으며, 이는 표준의 역사성과 상징성을 보여준다.8

RS-485를 정확히 이해하기 위해 가장 먼저 명확히 해야 할 사실은, 이것이 완전한 통신 프로토콜이 아니라 OSI 7계층 모델의 가장 하위 계층인 물리 계층(Physical Layer)만을 정의하는 ‘전기적 규격(electrical-only standard)’이라는 점이다.15 즉, RS-485 표준은 데이터를 전송하기 위한 신호의 전압 레벨, 전류, 임피던스, 타이밍 등 드라이버와 수신기의 전기적 특성만을 규정한다.8

이 표준은 데이터의 형식, 주소 지정 방식, 오류 검출 및 복구 절차, 통신 절차와 같은 상위 계층의 프로토콜에 대해서는 전혀 정의하지 않는다.15 따라서 “RS-485 호환” 장치라고 해서 반드시 서로 통신할 수 있는 것은 아니다. 실제 통신이 이루어지기 위해서는 모든 장치가 Modbus, PROFIBUS, DMX512와 같은 동일한 상위 프로토콜을 사용해야 한다.22 RS-485는 이러한 상위 프로토콜들이 데이터를 실어 나를 수 있는 견고하고 신뢰성 있는 ‘물리적 고속도로’를 제공하는 역할에 충실하다.

바로 이 점이 RS-485가 40년이 넘는 시간 동안 표준으로 살아남을 수 있었던 핵심적인 성공 요인이다. RS-485가 특정 프로토콜을 내장했다면, 그 프로토콜의 한계에 갇혀 다른 응용 분야로 확장되기 어려웠을 것이다. 그러나 물리 계층의 단순성과 독립성을 유지함으로써, 각기 다른 목적을 가진 수많은 표준 및 독점 프로토콜들이 RS-485를 자신들의 물리적 기반으로 자유롭게 채택할 수 있었다.8 결과적으로, RS-485는 프로토콜을 정의하지 않은 덕분에 오히려 최고의 ‘범용성’과 ‘유연성’을 확보하게 되었고, 이는 기술의 생명력을 연장시킨 핵심적인 설계 철학이라 평가할 수 있다.

RS-485의 모든 장점, 즉 장거리 전송, 높은 노이즈 내성, 견고함은 ‘차동 신호(differential signaling)’라는 핵심 원리에서 비롯된다. 이는 기존의 단일 종단 방식과는 근본적으로 다른 접근법으로, 통신 신뢰성을 극대화하기 위해 설계되었다.

차동 신호 방식은 데이터를 전송하기 위해 하나의 신호선 대신 한 쌍의 꼬임쌍(twisted pair) 전선, 즉 A 라인과 B 라인을 사용한다.29 이 두 라인에는 동일한 신호의 원본과 그 위상이 180도 반전된 신호가 동시에 전송된다. 즉, 한 라인의 전압이 상승하면 다른 라인의 전압은 동일한 양만큼 하강한다.32

데이터의 논리적 상태, 즉 ‘1’(Mark) 또는 ‘0’(Space)은 이 두 라인 간의 전압 차이(Vdiff=VA−VB)의 극성으로 결정된다. TIA/EIA-485-A 표준에 따르면, B 라인의 전압이 A 라인보다 높을 경우(VA<VB, 즉 음의 차동 전압)는 논리 ‘1’ 상태로, A 라인의 전압이 B 라인보다 높을 경우(VA>VB, 즉 양의 차동 전압)는 논리 ‘0’ 상태로 정의된다.8 수신기는 A 라인과 B 라인 각각의 접지 대비 절대 전압을 측정하는 것이 아니라, 오직 두 라인 간의 상대적인 전압 차이만을 감지하여 데이터를 판독한다.30 이러한 방식은 통신 시스템의 기준이 되는 접지 전위의 변동으로부터 자유롭게 만들어 준다.

차동 신호 방식의 가장 강력한 장점은 탁월한 노이즈 제거 능력에 있다. 공장 환경의 모터, 용접기, 전력선 등에서 발생하는 전자기 간섭(EMI)과 같은 외부 노이즈는 물리적으로 인접한 두 개의 전선에 거의 동일한 크기와 위상으로 유입되는 경향이 있다. 이를 ‘공통 모드 노이즈(common-mode noise)’라고 한다.15

차동 수신기는 두 입력 신호의 차이를 증폭하여 데이터를 복원한다. 따라서 양쪽 라인에 공통으로 더해진 노이즈 성분은 수신기의 연산 과정에서 수학적으로 완벽하게 상쇄된다. 예를 들어, 논리 ‘0’을 전송하기 위해 드라이버가 A 라인에 +1.5V, B 라인에 -1.5V를 출력했다고 가정하자. 이때 차동 전압은 1.5V−(−1.5V)=3V이다. 만약 전송 중에 +2V의 공통 모드 노이즈가 유입되면, A 라인의 전압은 1.5V+2V=3.5V가 되고 B 라인의 전압은 −1.5V+2V=0.5V가 된다. 수신기가 감지하는 차동 전압은 3.5V−0.5V=3V로, 노이즈가 유입되기 전과 동일한 값을 유지한다.32 이와 같은 원리 덕분에 RS-485는 전기적으로 매우 열악한 산업 환경에서도 데이터의 무결성을 유지하며 신뢰성 높은 통신을 보장할 수 있다.8

이러한 차동 신호의 노이즈 제거 원리가 실제 물리적 환경에서 효과적으로 작동하기 위해서는 꼬임쌍(twisted pair) 케이블의 사용이 필연적이다. 외부 노이즈가 두 신호선에 ‘동일하게’ 유입된다는 가정은 두 선이 노이즈 소스로부터 항상 동일한 거리에 있을 때 가장 잘 성립한다.15 만약 두 선이 평행하게 놓여 있다면 노이즈 소스와의 미세한 거리 차이로 인해 유입되는 노이즈의 크기가 달라져 차동 수신기가 노이즈를 완벽하게 제거하지 못할 수 있다. 반면, 두 선을 서로 꼬아놓으면 케이블 전체 길이에 걸쳐 각 선이 노이즈 소스와 평균적으로 동일한 거리에 위치하게 된다. 한 구간에서 A선이 노이즈 소스에 더 가까웠다면 다음 꼬임 구간에서는 B선이 더 가까워지면서, 전체적으로 노이즈 유입량이 균등해진다.21 따라서 꼬임쌍 구조는 차동 신호의 이론적 장점을 현실 세계에서 구현하기 위한 핵심적인 물리적 메커니즘이다.

RS-232와 같은 단일 종단 방식의 치명적인 약점 중 하나는 장거리 전송 시 발생하는 송신측과 수신측 간의 접지 전위차(Ground Potential Difference, GPD) 문제이다. 신호선과 공통 접지 사이의 전압으로 데이터를 판단하기 때문에, 수신측 접지 전위가 송신측과 다를 경우 이 전위차가 그대로 노이즈로 작용하여 통신 오류를 유발한다.7

반면, 차동 신호 방식은 접지를 신호의 직접적인 기준으로 사용하지 않는다. 오직 두 신호선 간의 상대적인 전압 차이만을 보기 때문에, 송수신 장치 간에 수 볼트(V)의 접지 전위차가 발생하더라도 통신에 거의 영향을 미치지 않는다. 이는 여러 장비가 서로 다른 전력 시스템에 연결되어 접지 전위가 다를 수 있는 대규모 시설에서 접지 루프(ground loop)로 인한 문제를 효과적으로 방지해준다.30 RS-485의 견고함은 이처럼 ‘차동 신호’, ‘꼬임쌍 케이블’, 그리고 다음 장에서 상세히 다룰 ‘넓은 공통 모드 전압 범위’라는 세 가지 요소의 유기적인 결합을 통해 완성된다. 이 중 하나라도 제대로 구현되지 않으면 RS-485의 장점은 크게 약화될 수 있다.

RS-485 표준의 핵심은 네트워크의 상호 운용성과 신뢰성을 보장하기 위한 엄격한 전기적 특성 규정에 있다. 이 규격들은 드라이버와 수신기가 다양한 부하와 노이즈 환경에서도 안정적으로 동작할 수 있도록 하는 최소한의 요구사항을 정의한다.

• 드라이버(Driver) 출력: RS-485 드라이버는 네트워크에 연결된 모든 부하를 구동할 수 있는 충분한 능력을 갖추어야 한다. 표준은 최악의 부하 조건을 가정하여 출력 전압을 규정한다. 즉, 버스 양 끝단에 각각 120Ω의 종단 저항이 연결되고(병렬 등가 저항 60Ω), 32개의 표준 유닛 로드(Unit Load)가 병렬로 연결된 상태, 즉 총 54Ω의 등가 부하 조건에서 최소 ±1.5V의 차동 출력 전압(VOD)을 보장해야 한다.15 최대 출력 전압은 동일 부하에서 ±5V로 제한되며, 부하가 없는 상태(무부하)에서는 최대 ±6V까지 허용된다.9 이 54Ω이라는 부하 값은 RS-485 네트워크가 최대로 확장되었을 때의 상황을 시뮬레이션한 것으로, 이 조건을 만족하는 드라이버는 표준을 준수하는 어떤 네트워크에서도 동작할 수 있음을 의미한다.29

• 수신기(Receiver) 입력 감도: 수신기는 장거리 전송으로 인해 감쇠된 미약한 신호도 정확하게 감지할 수 있어야 한다. 표준은 수신기가 최소 ±200mV의 차동 입력 전압(VID)을 유효한 신호로 인식할 것을 요구한다.9 구체적으로, 두 입력 단자 A와 B 사이의 전압 차이가

  +200mV 이상이면 로직 ‘0’(Space)으로, −200mV 이하이면 로직 ‘1’(Mark)로 판정해야 한다.11

  −200mV에서 +200mV 사이의 전압은 불확정 구간(indeterminate region)으로, 이 구간에서 수신기의 출력은 보장되지 않는다.

• 노이즈 마진(Noise Margin): 드라이버가 보장하는 최소 출력 전압(1.5V)과 수신기가 요구하는 최소 입력 감도(0.2V) 사이의 차이, 즉 1.5V−0.2V=1.3V는 시스템의 노이즈 마진을 나타낸다. 이 큰 마진은 전송 과정에서 케이블의 저항 성분으로 인한 신호 감쇠(attenuation)나 외부 노이즈가 유입되더라도 수신기가 데이터를 정확하게 판별할 수 있게 하는 핵심적인 요소이다.15

• 수신기 입력 히스테리시스(Hysteresis): 대부분의 RS-485 수신기는 입력 신호가 임계값 근처에서 미세하게 변동할 때 출력이 불안정하게 진동하는 채터링(chattering) 현상을 방지하기 위해 입력 히스테리시스 기능을 갖추고 있다. 일반적으로 50mV에서 70mV 사이의 히스테리시스 전압을 가지며, 이는 신호의 상승 에지와 하강 에지에 대해 서로 다른 스위칭 임계값을 적용함으로써 노이즈에 대한 내성을 더욱 강화한다.47

공통 모드 전압은 차동 신호 A와 B의 평균 전압, 즉 VCM=(VA+VB)/2로 정의되며, 이는 각 신호선과 로컬 접지(local ground) 사이의 전압을 의미한다. RS-485 표준은 드라이버와 수신기가 -7V에서 +12V 사이의 넓은 공통 모드 전압 범위 내에서 정상적으로 동작해야 한다고 규정한다.9

이 넓은 범위는 장거리 네트워크에서 필연적으로 발생하는 노드 간 접지 전위차(Ground Potential Difference, GPD)를 수용하기 위해 설계되었다. 예를 들어, 5V 단일 전원으로 동작하는 시스템을 가정할 때, 이 규격은 최대 ±7V의 GPD를 허용하는 것을 의미한다. 만약 송신측 드라이버가 5V 신호를 출력하고 있을 때 수신측의 접지 전위가 송신측보다 7V 높다면, 수신기 입력 단자에는 5V+7V=12V의 공통 모드 전압이 인가된다. 반대로 드라이버가 0V를 출력할 때 수신측 접지가 7V 낮다면, −7V의 공통 모드 전압이 인가된다.41 이 범위를 벗어나는 과도한 공통 모드 전압은 통신 오류를 넘어 트랜시버 IC에 영구적인 손상을 초래할 수 있으므로, 실제 시스템 설계 시 반드시 고려해야 할 매우 중요한 파라미터이다.42

RS-485 네트워크의 확장성을 정량적으로 정의하기 위해 표준은 ‘유닛 로드(Unit Load, UL)’라는 개념을 도입했다. 이는 버스에 연결되는 각 장치가 가하는 전기적 부하를 표준화한 단위이다.

• 유닛 로드(UL) 정의: 1 유닛 로드는 공통 모드 전압이 인가되었을 때 장치가 버스로부터 끌어당기는 최대 전류를 기준으로 정의되며, 이는 실질적으로 수신기의 최소 입력 임피던스가 12kΩ 이상이어야 함을 의미한다.11
• 최대 노드 수: 표준 RS-485 드라이버는 최대 32개의 유닛 로드를 구동할 수 있도록 설계되었다. 따라서 1 UL 규격의 트랜시버를 사용한다면, 하나의 버스 세그먼트에는 이론적으로 최대 32개의 장치(노드)를 연결할 수 있다.8 ‘유닛 로드’ 개념은 단순한 장치 개수 제한이 아니라, 버스에 연결된 모든 수신기들의 총 병렬 임피던스와 종단 저항을 합친 총 DC 부하가 드라이버의 구동 능력을 초과하지 않도록 하는 정교한 전기적 예산(budgeting) 시스템이다. 32 UL 제한은 32개의 12kΩ 저항이 병렬 연결될 때의 등가 저항(375Ω)과 양단 종단 저항(60Ω)을 합친 총 부하가 드라이버의 구동 능력 내에 있도록 하는 안전 마진을 설정한 것이다.
• 분수 유닛 로드(Fractional Unit Load): 기술의 발전으로 최신 트랜시버들은 더 높은 입력 임피던스를 구현하여 1/2 UL(24kΩ), 1/4 UL(48kΩ), 1/8 UL(96kΩ) 등과 같은 ‘분수 유닛 로드’를 지원한다. 예를 들어, 버스에 연결된 모든 장치가 1/4 UL 규격이라면, 최대 32÷(1/4)=128개의 노드를 연결할 수 있어 네트워크의 확장성을 크게 향상시킬 수 있다.11

RS-485 통신에서는 데이터 전송률(속도)과 최대 전송 가능 거리(케이블 길이) 사이에 명확한 반비례 관계가 존재한다. 이는 케이블이 길어질수록 신호 감쇠, 분산, 그리고 신호 반사와 같은 전송선 효과(transmission line effects)가 심해져 고속 데이터의 파형을 왜곡시키기 때문이다.13

• 일반적인 가이드라인: 표준은 최대 1200미터(약 4000피트)의 거리에서 100kbps의 데이터 전송률을, 그리고 약 12미터(40피트)의 짧은 거리에서는 최대 10Mbps의 속도를 지원한다고 명시한다. 일부 고성능 트랜시버는 35Mbps 또는 50Mbps까지도 지원 가능하다.2
• 경험 법칙(Rule of Thumb): 실제 시스템 설계 시 유용하게 사용되는 경험 법칙으로 속도(bit/s) × 길이(m) ≤ 10^8 이 있다.8 이 공식은 신호 왜곡으로 인한 심볼 간 간섭(Intersymbol Interference, ISI)이 통신에 심각한 영향을 미치지 않는 안전한 운영 영역을 제시한다. 예를 들어, 이 법칙에 따르면 100m 길이의 케이블에서는 최대 1Mbps의 속도가, 1km 길이의 케이블에서는 최대 100kbps의 속도가 권장된다. 이는 케이블의 물리적 특성과 신호 주파수 간의 복잡한 관계를 단순화한 실용적인 지침으로, 안정적인 시스템 설계를 위한 중요한 기준이 된다.

표 1: RS-485 주요 전기적 규격 요약

항목 (Parameter)	규격 (Specification)	비고 (Notes)
신호 방식 (Mode of Operation)	차동 (Differential)	두 개의 신호선(A, B)을 사용한다.
드라이버 출력 전압 (VOD, Loaded)	최소 ±1.5V, 최대 ±5V	54Ω 부하 조건에서 측정된다.9
수신기 입력 감도 (VID)	±200mV	이 범위 내의 신호를 유효한 데이터로 인식해야 한다.9
공통 모드 전압 범위 (VCM)	-7V ~ +12V	노드 간 접지 전위차를 허용한다.9
최대 노드 수 (Max Nodes)	32 유닛 로드 (Unit Loads)	분수 유닛 로드 트랜시버 사용 시 256개 이상으로 확장 가능하다.9
최대 케이블 길이 (Max Cable Length)	1200m (4000 ft)	100kbps 이하의 낮은 데이터 전송률에서 적용된다.8
최대 데이터 전송률 (Max Data Rate)	10Mbps 이상	12m 이하의 짧은 거리에서 가능하다.8
수신기 입력 임피던스 (1 UL)	12kΩ 이상	1 유닛 로드의 기준이 되는 임피던스 값이다.9
권장 종단 저항 (Termination)	120Ω	케이블의 특성 임피던스와 일치시켜야 한다.8

RS-485 네트워크의 신뢰성은 물리적인 배선 구조, 즉 토폴로지(topology)에 크게 좌우된다. 표준은 신호 무결성을 보장하기 위해 특정 토폴로지를 강력히 권장하며, 다른 형태의 구성은 엄격히 제한한다. 이는 RS-485가 고주파 신호를 다루는 ‘전송선(Transmission Line)’ 이론의 지배를 받기 때문이다.

RS-485 네트워크의 가장 이상적이고 유일하게 권장되는 토폴로지는 ‘데이지 체인(Daisy Chain)’ 방식이다. 이는 버스(Bus) 또는 라인(Line) 토폴로지라고도 불리며, 모든 장치(노드)가 하나의 주 배선(trunk)에 순차적으로 직렬 연결되는 구조를 의미한다.8

이 구조의 핵심적인 장점은 신호 경로가 단일 선형으로 유지되어 케이블 전체의 특성 임피던스를 비교적 균일하게 유지할 수 있다는 점이다. 이로 인해 네트워크의 물리적인 양쪽 끝단이 명확하게 정의되며, 이 두 지점에 케이블의 특성 임피던스와 동일한 값의 종단 저항을 배치함으로써 신호 반사를 효과적으로 억제할 수 있다.30

각 노드는 주 배선에서 분기되는 짧은 연결선인 ‘스터브(stub)’를 통해 버스에 연결된다. 이 스터브는 그 자체가 또 다른 작은 전송선로로 작용하여 임피던스 불일치를 유발하고 신호 반사의 원인이 될 수 있다. 따라서 스터브의 길이는 신호 품질에 영향을 주지 않도록 가능한 한 짧게 유지해야 한다.15 일반적으로 스터브의 전기적 길이는 신호의 상승 시간(rise time)의 1/10을 초과하지 않도록 권장된다.15

• 스타(Star) 토폴로지: 중앙의 한 지점(허브)에서 여러 노드로 배선이 방사형으로 뻗어 나가는 구조이다. 이 토폴로지는 RS-485 네트워크에 적용될 경우 심각한 문제를 야기한다. 중앙 분기점은 다수의 전송선로가 만나는 지점으로, 심각한 임피던스 불일치를 초래한다. 각 분기(branch)의 끝에서 반사된 신호파는 서로 다른 시간 지연을 가지고 중앙점으로 되돌아와 중첩되며, 이로 인해 원본 신호가 심각하게 왜곡되어 통신이 불가능해질 수 있다.8
• 링(Ring) 토폴로지: 모든 노드가 폐쇄된 루프(loop) 형태로 연결되는 구조이다. 이 역시 버스의 끝이 존재하지 않아 적절한 종단 저항을 설치할 수 없으므로 신호가 계속해서 링을 순환하며 반사를 일으켜 통신을 방해한다.8

이러한 토폴로지 제약은 선택 사항이 아니라, 전송선 이론에 입각하여 신호 무결성을 보장하기 위한 필수적인 원칙이다. 데이지 체인만이 전송선 이론에 따라 신호 반사를 제어할 수 있는 유일한 수동적(passive) 토폴로지이다.

• 해결 방안: 만약 물리적인 제약으로 인해 스타 토폴로지 구성이 불가피하다면, 반드시 ‘RS-485 리피터(Repeater)’ 또는 ‘허브(Hub)’를 사용해야 한다. 리피터는 중앙 분기점에 위치하여 각 분기를 전기적으로 독립된 세그먼트(segment)로 분리하는 역할을 한다. 각 세그먼트는 데이지 체인으로 구성되고 양 끝단이 종단 처리된다. 리피터는 한 세그먼트에서 수신한 신호를 증폭하고 재구성하여 다른 모든 세그먼트로 재전송함으로써, 신호 반사 문제가 다른 세그먼트로 전파되는 것을 막아준다.8

RS-485는 배선 방식에 따라 반이중 또는 전이중 통신을 지원한다.

• 반이중(Half-Duplex): 가장 일반적인 방식으로, 하나의 꼬임쌍 케이블(2선식)만을 사용하여 송신과 수신을 공유한다. 데이터는 양방향으로 전송될 수 있지만, 한 시점에는 오직 한 방향으로만 전송이 가능하다. 즉, 하나의 장치가 송신하는 동안 다른 모든 장치는 반드시 수신 상태여야 한다.3 이를 위해 각 트랜시버는 송신을 활성화하는 ‘Driver Enable(DE)’ 핀을 가지고 있으며, 상위 프로토콜에서 이 핀을 정밀하게 제어하여 데이터 충돌을 방지해야 한다. 배선이 간단하고 비용이 저렴하여 대부분의 RS-485 애플리케이션에서 채택된다.
• 전이중(Full-Duplex): 두 개의 꼬임쌍 케이블(4선식)을 사용하여 송신과 수신을 위한 별도의 채널을 구성한다. 이를 통해 데이터의 동시 송수신이 가능하다.3 일반적으로 하나의 마스터(Master)와 다수의 슬레이브(Slave)로 구성된 네트워크에서 사용된다. 마스터의 송신 라인(TX+, TX-)은 모든 슬레이브의 수신 라인(RX+, RX-)에 연결되고, 모든 슬레이브의 송신 라인은 마스터의 수신 라인에 병렬로 연결된다. 이 구조는 RS-422의 4선식 구성과 매우 유사하다.

반이중 통신 방식은 RS-485의 다중점 특성을 가능하게 하는 핵심 요소이지만, 동시에 프로토콜 수준에서의 충돌 방지 메커니즘을 필수적으로 요구하는 원인이 된다. RS-485 표준 자체는 여러 장치가 동시에 송신을 시도할 때 발생하는 데이터 충돌을 방지하는 방법을 정의하지 않는다.18 따라서 Modbus의 마스터-슬레이브 폴링 방식이나 PROFIBUS의 토큰 패싱(token passing)과 같은 상위 프로토콜의 매체 접근 제어(Medium Access Control, MAC) 기법이 반드시 구현되어야만 안정적인 통신이 가능하다. 이러한 제어가 없다면 반이중 다중점 네트워크는 정상적으로 동작할 수 없다.

안정적이고 신뢰성 있는 RS-485 네트워크를 구축하기 위해서는 신호의 왜곡과 손실을 최소화하여 신호 무결성(Signal Integrity)을 확보하는 것이 무엇보다 중요하다. 이를 위한 세 가지 핵심 요소는 종단 저항, 페일세이프 바이어싱, 그리고 올바른 케이블링 및 접지이다. 이 세 가지는 상호 의존적인 ‘삼위일체’와 같아서, 하나라도 잘못 구현되면 전체 네트워크의 안정성을 심각하게 저해할 수 있다. 대부분의 RS-485 현장 문제는 바로 이 세 요소에 대한 오해에서 비롯된다.

• 필요성 및 원리: 데이터 신호는 전송선로를 따라 전파되는 전기적 파동이다. 이 파동이 임피던스가 다른 매체의 경계면, 즉 케이블의 끝에 도달하면 에너지의 일부가 반사되어 출발점으로 되돌아오는 ‘신호 반사(Signal Reflection)’ 현상이 발생한다.8 이 반사파는 원래의 신호와 중첩되어 파형을 왜곡시키고, 심한 경우 수신기가 로직 레벨을 오판하게 만들어 통신 오류를 유발한다.53 종단 저항은 케이블 끝에서 이러한 반사 에너지를 열에너지 형태로 흡수하여 소멸시키는 역할을 한다.
• 값과 위치: 최적의 효과를 위해 종단 저항의 저항값은 반드시 케이블의 고유한 특성 임피던스(Z0)와 동일해야 한다. RS-485에 널리 사용되는 꼬임쌍 케이블의 특성 임피던스는 일반적으로 120Ω이므로, 종단 저항 역시 120Ω을 사용하는 것이 표준이다.8 이 저항은 네트워크의 물리적인 ‘양쪽 끝단’에 위치한 두 장치에만 각각 하나씩, 총 두 개를 설치해야 한다. 중간에 위치한 노드에 종단 저항을 설치하면 임피던스 부정합을 유발하고 드라이버에 과도한 부하를 주어 오히려 신호 품질을 악화시킨다.53

• 생략 가능 조건: 전송 속도가 매우 낮고(예: 9600bps 이하) 케이블 길이가 짧아 신호의 왕복 전파 지연 시간이 비트(bit)의 지속 시간보다 훨씬 짧은 경우에는 반사파가 다음 비트의 샘플링 시점에 영향을 주기 전에 충분히 감쇠하므로 종단 저항을 생략해도 동작할 수 있다.11 하지만 이는 전력 소모가 극도로 중요한 특수한 경우에 한하며, 일반적인 산업 환경에서는 데이터 속도나 케이블 길이에 관계없이 항상 종단 저항을 설치하는 것이 안정성을 위한 모범 사례(best practice)로 간주된다.

• 필요성: RS-485 버스 상에서 데이터를 전송하는 드라이버가 하나도 없는 유휴 상태(idle state)가 되면, 양단의 종단 저항으로 인해 A와 B 라인 간의 차동 전압은 0V에 가깝게 된다. 이 0V는 수신기의 불확정 구간(−200mV∼+200mV)에 해당하므로, 수신기의 출력 상태가 불안정하게 되거나(indeterminate state) 외부 노이즈에 의해 쉽게 로직 상태가 바뀌어 잘못된 데이터를 수신하는 것처럼 동작할 수 있다.8

• 구현 원리: 이 문제를 해결하기 위해 ‘페일세이프 바이어싱’ 회로를 사용한다. 이는 버스 전체에 걸쳐 한 쌍의 저항, 즉 B(+) 라인과 전원(Vcc)을 연결하는 풀업(pull-up) 저항과 A(-) 라인과 접지(GND)를 연결하는 풀다운(pull-down) 저항을 추가하는 방식이다. 이 저항들은 버스가 유휴 상태일 때 B 라인이 A 라인보다 수신기 임계값(200mV)보다 높은 특정 양의 전압(예: +250mV)을 유지하도록 약한 전류를 흘려준다. 이로써 모든 수신기는 버스가 유휴 상태임을 명확한 로직 ‘1’(Mark, High) 상태로 인식하게 된다.8

• 최신 트랜시버의 내장 기능: 과거에는 설계자가 직접 외부 저항값을 계산하여 바이어싱 회로를 구현해야 했지만, 이는 계산의 복잡성과 추가 부품으로 인한 불편함이 있었다. 이러한 문제를 해결하기 위해 최신 RS-485 트랜시버들은 ‘True Failsafe’ 또는 ‘Enhanced Failsafe’라 불리는 기능을 내장하고 있다.29 이 기술은 수신기의 양의 스위칭 임계 전압(

  VIT+)을 0V보다 약간 낮은 음의 값(예: -20mV ~ -50mV)으로 설계한 것이다. 그 결과, 외부 바이어싱 회로 없이도 차동 전압이 0V인 유휴 상태를 안정적인 로직 하이(High) 상태로 인식할 수 있다. 이는 RS-485 네트워크 설계의 복잡성을 크게 낮추고 신뢰성을 향상시킨 중요한 기술적 진보이다.29

• 케이블 선택: 최상의 성능을 위해서는 특성 임피던스가 120Ω이고, 단위 길이당 정전용량(capacitance)이 낮은 차폐 꼬임쌍(Shielded Twisted Pair, STP) 케이블을 사용하는 것이 가장 이상적이다. 전선의 굵기(AWG, American Wire Gauge)는 전송 거리가 길어질수록 전압 강하를 줄이기 위해 더 굵은 것(낮은 AWG 숫자)을 선택해야 하며, 일반적으로 24AWG에서 18AWG 사이가 사용된다.15 Category 5/6 이더넷 케이블도 특성 임피던스가 100Ω으로 유사하여 사용될 수 있으나, 임피던스 불일치와 얇은 도체로 인한 기계적 내구성 문제를 고려해야 한다.55
• 접지(Grounding): RS-485의 넓은 공통 모드 전압 범위에도 불구하고, 안정적인 통신을 위해서는 모든 노드가 ‘신호 공통선(Signal Common/Reference)’을 통해 공통된 기준 전위를 공유해야 한다. 이는 A, B 두 신호선 외에 세 번째 선을 사용하여 각 장치의 접지(GND 또는 REF) 단자를 서로 연결하는 것을 의미한다. 이 공통선은 노드 간의 과도한 접지 전위차 발생을 억제하여 공통 모드 전압이 허용 범위를 벗어나는 것을 방지하는 매우 중요한 역할을 한다. 단순히 2선만으로 네트워크를 구성하는 것은 잠재적인 통신 오류 및 장비 손상의 원인이 될 수 있다.8
• 차폐(Shielding): 케이블의 차폐층(shield)은 외부의 강력한 전자기 간섭(EMI)으로부터 신호선을 보호하는 역할을 한다. 차폐 효과를 극대화하고 접지 루프(ground loop) 발생을 방지하기 위해, 차폐선은 반드시 네트워크의 ‘한쪽 끝’에서만 시스템 접지(보호 접지 또는 섀시 접지)에 연결해야 한다. 양쪽 끝을 모두 접지할 경우, 두 지점 간의 접지 전위차로 인해 차폐선에 원치 않는 전류(접지 루프 전류)가 흘러 오히려 노이즈를 유발할 수 있다.35

RS-485의 기술적 특성과 가치를 명확히 이해하기 위해서는 다른 주요 통신 표준들과의 비교를 통해 그 상대적인 위치와 장단점을 파악하는 것이 중요하다. RS-485는 특정 애플리케이션 요구사항에 대해 다른 기술들이 제공하지 못하는 독특한 균형점을 제시한다.

RS-232와의 비교에서 RS-485의 우위는 명확하다. RS-232는 단일 종단 신호 방식을 사용하여 노이즈에 취약하고 전송 거리가 15m에 불과하며, 오직 1:1 통신만 가능하다.1 반면 RS-485는 차동 신호 방식을 통해 최대 1200m의 장거리 전송과 뛰어난 노이즈 내성을 제공하며, 무엇보다 최대 32개(표준) 이상의 장치를 하나의 버스에 연결할 수 있는 다중점(multipoint) 통신을 지원한다.9 이는 분산 제어 시스템 구축에 있어 근본적인 차이를 만든다.

RS-422는 RS-485와 마찬가지로 차동 신호를 사용해 장거리 통신과 노이즈 내성을 확보했지만, 1개의 송신기와 최대 10개의 수신기만 허용하는 단방향 다중점 구조라는 한계를 가진다.7 RS-485는 3상태 로직 드라이버를 통해 최대 32개의 송신기/수신기(트랜시버)를 연결할 수 있도록 이를 확장함으로써, 버스 상의 모든 장치가 양방향으로 통신할 수 있는 진정한 다중점 네트워크를 구현했다. 이 차이로 인해 RS-485는 RS-422를 대체하며 산업용 다중점 통신의 표준으로 자리 잡게 되었다.82

이더넷(Ethernet, 특히 100BASE-TX)은 100Mbps의 월등히 높은 속도와 표준화된 TCP/IP 프로토콜 스택을 제공하여 데이터 통신 분야의 절대 강자로 군림하고 있다. 그러나 산업 현장의 특정 요구사항 측면에서 RS-485는 여전히 강력한 경쟁력을 유지한다.

가장 큰 차이는 복잡성과 비용이다. 이더넷은 복잡한 TCP/IP 스택을 처리하기 위한 고성능 마이크로프로세서와 메모리를 요구하며, 네트워크 구성을 위해 스위치나 허브와 같은 추가적인 장비가 필요하다.21 반면 RS-485는 간단한 UART(범용 비동기 송수신기) 기반의 데이터 스트림을 사용하므로 저사양의 저렴한 마이크로컨트롤러로도 쉽게 구현할 수 있으며, 추가적인 네트워크 장비 없이 간단한 배선만으로 네트워크 구성이 가능하다.21

전송 거리와 배선 측면에서도 RS-485가 유리하다. 이더넷은 세그먼트당 최대 거리가 100m로 제한되어 있어, 그 이상의 거리를 연결하려면 리피터나 스위치가 반드시 필요하다. 하지만 RS-485는 별도의 증폭 장치 없이 단일 케이블로 최대 1200m까지 전송이 가능하다.21 이는 넓은 공장이나 빌딩 전체에 분산된 장치들을 연결할 때 배선 비용과 복잡성을 획기적으로 줄여준다. 결국, 많은 산업용 센서나 액추에이터는 이더넷이 제공하는 높은 대역폭을 필요로 하지 않으면서 장거리 다중 연결이 필수적인 경우가 많다. 이러한 ‘충분히 좋은(good enough)’ 성능과 극도의 ‘단순성/저비용’ 사이의 최적점을 제공하는 것이 바로 RS-485의 핵심 경쟁력이다.

CAN(Controller Area Network) 버스는 RS-485와 마찬가지로 차동 신호를 사용하는 다중점 통신 방식이지만, 둘 사이에는 근본적인 차이가 존재한다. 가장 큰 차이는 ‘물리적 충돌 중재’ 기능의 유무이다.

RS-485는 순수한 물리 계층 표준으로, 두 개 이상의 노드가 동시에 데이터를 전송할 경우 발생하는 충돌(collision)을 방지하거나 해결하는 메커니즘이 없다. 충돌 방지는 전적으로 상위 프로토콜(예: Modbus의 마스터 폴링)의 책임이다.23

반면, CAN은 물리 계층뿐만 아니라 데이터 링크 계층까지 표준에 포함하고 있다. CAN 프로토콜은 여러 노드가 동시에 전송을 시작하더라도, 메시지 식별자(Identifier)를 기반으로 한 비트 단위 중재(Bitwise Arbitration)를 통해 우선순위가 가장 높은 메시지가 충돌 없이 버스 점유권을 획득하도록 보장한다. 우선순위에서 밀린 메시지는 버스가 유휴 상태가 되면 자동으로 재전송을 시도한다.85 이 내장된 충돌 방지 메커니즘은 데이터 손실이 치명적인 실시간 제어 시스템, 특히 자동차의 엔진 제어나 에어백, 브레이크 시스템과 같은 안전 필수(safety-critical) 애플리케이션에서 CAN을 필수적인 기술로 만들었다.85

결론적으로, CAN은 높은 신뢰성과 결정성(determinism)을 보장하는 대신 프로토콜이 고정되어 있고 상대적으로 속도(표준 1Mbps)가 제한된다. 반면 RS-485는 상위 프로토콜에 대한 유연성을 제공하며 더 높은 속도를 낼 수 있지만, 신뢰성 있는 통신을 위해서는 상위 소프트웨어에서 정교한 매체 접근 제어가 반드시 구현되어야 한다.

표 2: 주요 직렬 통신 표준 비교

특성 (Feature)	RS-232	RS-422	RS-485	CAN Bus	이더넷 (100BASE-TX)
신호 방식	단일 종단 4	차동 7	차동 8	차동 87	차동
통신 모드	전이중 6	전이중 6	반이중/전이중 12	반이중 87	전이중 2
최대 노드 수	1 송신기, 1 수신기 2	1 송신기, 10 수신기 7	32 송/수신기 (표준) 9	~127 (프로토콜 의존)	점대점 (스위치 필요)
최대 거리	~15 m 6	~1200 m 7	~1200 m 8	~40 m @ 1Mbps 87	~100 m 2
최대 속도	~20 kbps 6	~10 Mbps 7	~10 Mbps 8	1Mbps (표준), 5Mbps+ (FD) 86	100 Mbps
프로토콜 내장	없음	없음	없음	데이터 링크 계층 (충돌 중재) 85	TCP/IP 스택 21
주요 장점	단순성, 범용성	노이즈 내성, 중거리	다중점, 장거리, 저비용	높은 신뢰성, 오류 감지	고속, 표준화, 확장성
주요 단점	노이즈 취약, 단거리	단방향 다중점	반이중, 충돌 관리 필요	저속, 짧은 거리	복잡성, 높은 비용/전력

RS-485의 견고함, 저비용, 그리고 장거리 다중점 연결 능력은 지난 수십 년간 다양한 산업 분야에서 그 가치를 입증해왔다. RS-485는 특정 애플리케이션 그 자체가 아니라, 다양한 상위 레벨 프로토콜을 위한 신뢰성 높은 물리적 통신 기반을 제공하는 역할을 수행한다. 이 모든 응용 분야는 ‘분산된 다수의 저대역폭 장치를 저비용으로 안정적으로 연결’해야 한다는 공통된 요구사항을 공유한다.

산업 자동화는 RS-485가 가장 활발하게 사용되는 핵심 분야이다. 현대의 공장과 생산 시설은 수많은 센서, 모터, 밸브, 그리고 이를 제어하는 PLC(Programmable Logic Controller)와 HMI(Human-Machine Interface)가 거미줄처럼 연결된 복잡한 시스템이다. RS-485는 이러한 분산된 장치들을 하나의 통신 버스로 묶어 중앙 제어 시스템이 실시간으로 데이터를 수집하고 제어 명령을 내릴 수 있게 하는 중추 신경망 역할을 한다.13

• Modbus RTU: RS-485를 물리 계층으로 사용하는 가장 대표적이고 널리 퍼진 프로토콜이다. 간단한 마스터-슬레이브 구조를 가지며, 마스터 장치가 슬레이브 장치(센서, 미터 등)의 주소를 지정하여 데이터를 요청(polling)하면 해당 슬레이브가 응답하는 방식으로 동작한다. 구현이 간단하고 공개된 프로토콜이어서 수많은 산업용 장비에서 표준 통신 방식으로 채택하고 있다.22
• PROFIBUS DP (Decentralized Peripherals): Modbus보다 더 빠르고 결정론적인 통신이 요구되는 고성능 공장 자동화 및 공정 제어 분야에서 사용되는 필드버스(Fieldbus) 표준이다. PROFIBUS DP 역시 RS-485를 물리 계층으로 사용하지만, 표준 RS-485보다 더 엄격한 전기적 요구사항(예: 드라이버 출력 전압 범위)과 타이밍 규격을 적용하여 높은 신뢰성과 실시간성을 보장한다.22

현대의 지능형 빌딩은 에너지 효율과 쾌적한 환경을 위해 난방, 환기, 공조(HVAC), 조명, 보안, 출입 통제, 화재 경보 시스템 등을 통합적으로 관리한다. 이러한 시스템들은 빌딩 전체에 걸쳐 수많은 센서와 컨트롤러가 분산 배치되어 있다.93 RS-485는 간단한 2선식 배선만으로 수백 미터에 달하는 빌딩 내의 장치들을 안정적으로 연결할 수 있어 빌딩 자동화 시스템의 통신 백본으로 이상적이다.11 BACnet MS/TP(Master-Slave/Token-Passing)와 같은 주요 빌딩 자동화 프로토콜이 RS-485를 물리 계층으로 사용한다.33

RS-485의 장거리 전송 능력은 넓은 지역에 분산된 장비의 상태를 원격으로 감시하고 제어하는 원격 측정 시스템에 매우 유용하다.

• 에너지 관리: 스마트 그리드, 변전소 자동화, 상업용 건물의 전력량계 등에서 다수의 미터기로부터 에너지 사용량 데이터를 수집하는 데 널리 사용된다.15
• 환경 모니터링: 수질 관리 시설, 기상 관측소, 농업용 센서 네트워크 등 원거리에 설치된 센서로부터 데이터를 수집하는 데 활용된다.93
• 배터리 관리 시스템(BMS): 전기차나 에너지 저장 시스템(ESS)에 사용되는 대규모 리튬 이온 배터리 팩에서, RS-485는 중앙 BMS 컨트롤러와 각 배터리 모듈 또는 셀을 연결하여 전압, 온도, 충전 상태 등의 데이터를 실시간으로 모니터링하는 통신 채널로 사용된다.99

이러한 시나리오들에서 각 장치마다 고비용의 이더넷 네트워크를 구축하는 것은 비효율적이다. RS-485는 하나의 케이블로 이 모든 장치를 묶어주는 비용 효율적인 다중점 연결 솔루션을 제공함으로써 다양한 분야에서 채택될 수 있었다.

무대, 공연장, 건축물의 경관 조명, 대형 이벤트 등에서 복잡하고 동적인 조명 효과를 연출하기 위해 DMX512(Digital Multiplex 512)라는 표준 프로토콜이 사용된다. DMX512는 물리 계층으로 RS-485를 채택하고 있다.8 DMX 컨트롤러는 RS-485 버스를 통해 최대 512개의 개별 채널에 대한 제어 데이터(밝기, 색상 등)를 초당 약 44회 반복적으로 전송한다. RS-485의 다중점 연결 특성 덕분에 수많은 조명 기구, 디머, 특수 효과 장비 등을 데이지 체인 방식으로 간단하게 연결하여 동기화된 조명 제어가 가능하다.

RS-485는 매우 견고한 통신 표준이지만, 실제 현장에서는 다양한 원인으로 통신 문제가 발생할 수 있다. 대부분의 문제는 표준 자체의 결함보다는 물리적 배선, 설정 오류, 신호 무결성 요소의 부적절한 구현에서 비롯된다. 체계적인 접근을 통해 문제의 원인을 효율적으로 진단하고 해결할 수 있다.

• 통신 두절(No Communication): 마스터가 특정 슬레이브 또는 모든 슬레이브로부터 전혀 응답을 받지 못하는 상태이다. 이는 배선 단선, 극성 오류, 주소 설정 오류 등 근본적인 문제일 가능성이 높다.103
• 데이터 손상(Data Corruption): 수신된 데이터가 깨지거나(garbled), 프레임 오류 또는 CRC(Cyclic Redundancy Check) 오류가 지속적으로 발생하는 상태이다. 주로 노이즈 유입, 신호 반사, 부적절한 종단 등으로 인해 신호 파형이 왜곡될 때 발생한다.105
• 간헐적 통신 불량(Intermittent Failure): 통신이 정상적으로 이루어지다가 간헐적으로 끊기거나 특정 노드에서만 문제가 발생하는 경우이다. 이는 접지 루프, 불안정한 바이어싱, 특정 장비에서 발생하는 노이즈 등 진단하기 어려운 원인에 의해 발생할 수 있다.42

문제가 발생했을 때, 상위 프로토콜이나 소프트웨어를 의심하기 전에 물리 계층부터 체계적으로 점검하는 것이 효율적이다.

• 1단계: 기본 설정 확인: 가장 먼저 모든 노드의 통신 파라미터(통신 속도, 데이터 비트, 정지 비트, 패리티)가 동일하게 설정되었는지 확인한다. 또한, Modbus와 같은 프로토콜에서는 각 슬레이브 장치가 고유한 주소(ID)를 가지고 있는지, 마스터가 요청하는 주소가 올바른지 반드시 확인해야 한다.5
• 2단계: 물리적 배선 점검:
  • 극성(Polarity): A(+)와 B(-) 라인이 모든 장치에서 일관되게 연결되었는지 확인한다. 한 장치라도 극성이 반대로 연결되면 전체 네트워크 또는 해당 장치 이후의 통신이 마비될 수 있다. 이는 가장 흔하게 발생하는 실수 중 하나이다.5
  • 연결 상태: 터미널 블록의 나사가 헐거워지거나 케이블이 완전히 삽입되지 않은 접촉 불량이 없는지 육안으로 확인한다.109
  • 토폴로지: 네트워크가 권장되는 데이지 체인 방식으로 배선되었는지 확인한다. 긴 스터브(stub)나 스타(star) 형태의 분기 배선이 있다면 신호 반사의 주된 원인이 되므로 제거하거나 리피터를 사용해야 한다.104
• 3단계: 신호 무결성 요소 점검:
  • 종단 저항: 버스의 물리적인 양쪽 끝단에만 120Ω 종단 저항이 설치되어 있는지 확인한다. 멀티미터를 사용하여 A, B 라인 사이의 저항을 측정했을 때, 전원이 꺼진 상태에서 약 60Ω(120Ω 저항 2개의 병렬)이 측정되면 정상이다. 저항값이 120Ω이면 한쪽에만 설치된 것이고, 60Ω보다 현저히 낮으면 너무 많은 종단 저항이 설치된 것이다.5
  • 페일세이프 바이어싱: 버스가 유휴 상태(모든 장치가 송신하지 않는 상태)일 때, 멀티미터로 A, B 라인 간의 DC 전압을 측정한다. 안정적인 양의 전압(일반적으로 +200mV 이상)이 측정되어야 한다. 전압이 0V에 가깝거나 불안정하게 변동한다면 바이어싱이 없거나 부적절한 것이다.70
  • 접지 및 차폐: 신호 공통선(GND, REF)이 모든 장치에 연결되어 있는지 확인한다. 차폐 케이블을 사용했다면, 차폐선이 네트워크의 한 지점에서만 접지되었는지 확인하여 접지 루프가 형성되지 않았는지 점검한다.33

• 4단계: 문제 분리(Isolation): 위의 점검으로도 문제가 해결되지 않으면, 네트워크를 분할하여 문제의 범위를 좁혀나간다. 버스의 중간 지점에서 배선을 분리하고 각 세그먼트의 통신을 개별적으로 테스트한다. 또는, 마스터에 슬레이브를 하나씩 추가하면서 통신 상태를 확인하여 문제가 발생하는 특정 장치나 케이블 구간을 찾아낸다.5

• 멀티미터: 전압, 저항, 도통 시험 등 기본적인 전기적 특성을 확인하는 데 필수적인 도구이다. 종단 저항, 바이어스 전압, 케이블 단선 여부 등을 신속하게 점검할 수 있다.111
• 오실로스코프: 신호 파형을 시각적으로 분석할 수 있는 가장 강력한 진단 도구이다. 오실로스코프를 사용하면 신호의 진폭이 충분한지, 상승/하강 시간이 적절한지, 신호 반사로 인한 오버슈트(overshoot)나 링잉(ringing) 현상은 없는지, 노이즈가 얼마나 유입되는지 등을 정밀하게 확인할 수 있다.79
• 프로토콜 분석기: RS-485 통신 데이터를 캡처하여 상위 프로토콜 수준에서 분석하는 장비 또는 소프트웨어이다. 물리 계층에는 문제가 없으나 데이터 교환이 이루어지지 않을 때, 어떤 장치가 어떤 데이터를 보내고 응답이 없는지 등을 파악하여 프로토콜 설정 오류나 타이밍 문제를 진단하는 데 유용하다.111

표 3: RS-485 문제 해결 체크리스트

분류 (Category)	점검 항목 (Checklist Item)	정상 상태 / 조치 방법 (Normal State / Action)
소프트웨어 설정	통신 파라미터 일치 여부	모든 노드의 통신 속도, 데이터 비트, 패리티, 정지 비트가 완전히 일치해야 한다. 103
	슬레이브 주소 중복 여부	각 슬레이브는 고유한 주소를 가져야 한다. 중복 주소가 없도록 확인하고 재할당한다. 107
물리적 배선	극성(A/B) 일치 여부	A는 A끼리, B는 B끼리 일관되게 연결되었는지 확인한다. 반대로 연결된 곳이 없는지 점검한다. 110
	데이지 체인 구성 여부	모든 장비가 직렬로 연결되어야 한다. 스타(Star) 구성이나 긴 스터브(Stub) 연결은 제거한다. 105
신호 무결성	종단 저항 위치 및 값	버스의 물리적 양쪽 끝단에만 120Ω 저항을 설치한다. 전원 OFF 상태에서 A-B간 저항이 약 60Ω인지 확인한다. 111
	페일세이프 바이어싱	버스 유휴 상태에서 A-B간 DC 전압이 안정적인 양의 값(>200mV)을 유지하는지 확인한다. 70
접지/차폐	신호 공통선 연결 여부	모든 노드의 신호 공통(GND, REF) 단자가 세 번째 선으로 연결되었는지 확인한다. 78
	차폐선 접지 방식	차폐선은 네트워크의 한쪽 끝(주로 마스터 측)에서만 접지되었는지 확인하여 접지 루프를 방지한다. 79
환경	노이즈 소스와의 이격	통신 케이블이 VFD, 모터, 고압 전력선 등과 가까이 배선되지 않았는지 확인하고 이격시킨다. 79

1983년 처음 등장한 이래 40년이 넘는 세월 동안, RS-485는 수많은 신기술의 등장과 소멸 속에서도 산업 통신 분야의 핵심 표준으로서 굳건히 자리를 지켜왔다. 이러한 경이로운 생명력은 RS-485가 가진 본질적인 강점에서 비롯된다.

첫째, 단순성과 저비용이다. RS-485는 복잡한 프로토콜 스택 없이 간단한 UART 인터페이스로 구현 가능하며, 고가의 네트워크 장비 없이 저렴한 꼬임쌍 케이블만으로 네트워크를 구성할 수 있다.14 이는 비용에 민감한 대규모 분산 시스템 구축에 있어 여전히 강력한 장점으로 작용한다.

둘째, 견고함과 신뢰성이다. 차동 신호 방식에 기반한 뛰어난 노이즈 내성은 전기적으로 열악한 공장, 발전소, 건설 현장 등에서도 안정적인 통신을 보장한다.1 또한, 넓은 공통 모드 전압 범위는 장거리 배선에서 발생하는 접지 문제를 효과적으로 해결해준다.

셋째, 유연성과 확장성이다. 최대 1200미터에 달하는 장거리 전송 능력과 수십에서 수백 개의 노드를 연결할 수 있는 다중점 지원 능력은 소규모 시스템부터 대규모 플랜트에 이르기까지 다양한 규모의 네트워크에 유연하게 적용될 수 있게 한다.1

이러한 장점들의 조합은 특히 고대역폭이 요구되지 않는 대부분의 센서 데이터 수집, 장비 제어 및 모니터링 분야에서 RS-485를 이더넷과 같은 고비용/고복잡성 기술에 대한 매우 실용적이고 경제적인 대안으로 만들어 주었다.21

모든 것이 인터넷 프로토콜(IP)을 통해 연결되는 사물 인터넷(IoT)과 인더스트리 4.0 시대가 도래하면서, RS-485와 같은 전통적인 직렬 통신의 역할이 축소될 것이라는 전망이 있었다. 그러나 현실에서 RS-485는 사라지기보다는 새로운 역할과 형태로 진화하며 그 생명력을 이어가고 있다.

RS-485의 미래는 ‘대체’가 아닌 ‘공존’과 ‘통합’의 형태가 될 것이다. 이는 기술의 우월성뿐만 아니라, 막대한 규모의 기존 설치 기반(installed base)과 경제성이 기술 전환의 속도를 결정하기 때문이다. 전 세계 산업 및 빌딩 현장에는 수십 년간 설치되어 안정적으로 운영되고 있는 수억 개의 RS-485 기반 장비들이 존재한다.84 이 모든 인프라를 전면적으로 IP 기반으로 교체하는 것은 막대한 비용과 시간을 수반하며, 많은 경우 성능 과잉으로 인한 비효율을 초래한다.

따라서 가장 합리적인 접근 방식은 기존의 신뢰성 높은 RS-485 네트워크는 그대로 유지하면서, ‘RS-485-to-Ethernet’ 또는 ‘RS-485-to-LTE’ 게이트웨이를 통해 상위의 IP 네트워크와 연결하는 것이다.117 이 구조에서 RS-485는 최신 IoT 시스템의 ‘엣지(Edge)’ 단에서 최말단(last-mile) 통신을 담당하며, 수많은 레거시 장비와 저전력 센서들을 클라우드와 연결하는 중요한 가교 역할을 수행한다.

결론적으로, RS-485는 단순하고, 견고하며, 전력 소모가 적다는 본질적인 장점 덕분에 IP 네트워크가 모든 것을 대체할 수 없는 영역에서 계속해서 그 가치를 발휘할 것이다. RS-485는 사라지는 기술이 아니라, 더 큰 시스템의 필수적인 구성 요소로 편입되어 진화하며 앞으로도 오랫동안 산업 현장의 신뢰성 있는 통신 기반으로서 그 역할을 다할 것으로 전망된다.

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108. Troubleshooting RS485 networks - Embedded Computing Design, 8월 8, 2025에 액세스, https://embeddedcomputing.com/application/networking-5g/troubleshooting-rs485-networks
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113. Probleme of Common mode noise on my RS485 Network - Control.com, 8월 8, 2025에 액세스, https://control.com/forums/threads/probleme-of-common-mode-noise-on-my-rs485-network.50392/

114. RS-485 noise, wiring, and stuff

     PLCS.net - Interactive Q & A, 8월 8, 2025에 액세스, https://www.plctalk.net/threads/rs-485-noise-wiring-and-stuff.109731/

115. RS485 RX문제 - KLDP, 8월 8, 2025에 액세스, https://kldp.org/node/162206
116. RS485 Dropping Out - Mike Holt’s Forum, 8월 8, 2025에 액세스, https://forums.mikeholt.com/threads/rs485-dropping-out.124686/
117. Remote Digital I/O Monitoring with RS485 Gateway - Precisol Automation, 8월 8, 2025에 액세스, https://precisol-automation.com/remote-digital-i-o-monitoring-with-rs485-gateway/
118. RS-485 통신 모듈을 이용한 IoT 기기 제어 및 감지 시스템 - Google Patents, 8월 8, 2025에 액세스, https://patents.google.com/patent/KR102383046B1/ko