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RS-485总线通信故障的处理

时间:2013-07-13 来源:电气自动化技术网 编辑:编辑部 点击:次 字体设置:
    RS-485(RS232转RS485)总线接口作为多点、差分数据传输的电气规范,现已成为业界应用较为广泛的标准通信接口之一。RS-485标准只对接口的电气特性做出了规定,而不涉及接插件、电缆或协议,因此,用户可在此基础上建立自己的高层通信协议。

        RS-485总线通信模式由于具有结构简单、价格低廉、通信距离和数据传输速率适当等特点而被广泛应用于仪器仪表智能化传感器集散控制、楼宇控制、监控报警等领域。但RS485总线存在自适应、自保护功能脆弱等缺点,如不注意一些细节的处理,常出现通信失败甚至系统瘫痪等故障,因此提高RS-485总线的运行可靠性至关重要。

        网络拓扑一般采用终端匹配的总线型结构,不支持环形或星形网络。

        总线节点以菊花链或总线拓扑方式联网。也就是说,每个节点都通过很短的线头连接到主线缆。该接口总线通常设计为用于半双工传输,也就是说它只用一对信号线,驱动数据和接收数据只能在不同时刻出现在信号线上。

        至于RS485电缆(RS485转RS232) ,在一般场合采用普通的双绞线就可以,在要求比较高的环境下可以采用带屏蔽层的同轴电缆。

光电隔离电路
        在某些工业控制领域,由于现场情况十分复杂,各个节点之间存在很高的共模电压。虽然RS-485接口采用的是差分传输方式,具有一定的抗共模干扰的能力,但当共模电压超过RS-485接收器的极限接收电压,即大于+12V或小于-7V时,接收器就再也无法正常工作了,严重时甚至会烧毁芯片和仪器设备。
解决此类问题的方法是通过DC-DC将系统电源和RS-485收发器的电源隔离;通过光耦将信号隔离,彻底消除共模电压的影响。

信号的反射(并接终接电阻进行匹配)
        在通信过程中,有两种信号因导致信号反射:阻抗不连续和阻抗不匹配。 阻抗不连续,信号在传输线末端突然遇到电缆阻抗很小甚至没有,信号在这个地方就会引起反射。这种信号反射的原理,与光从一种媒质进入另一种媒质要引起反射是相似的。消除这种反射的方法,就必须在电缆的末端跨接一个与电缆的特性阻抗同样大小的终端电阻,使电缆的阻抗连续。由于信号在电缆上的传输是双向的,因此,在通讯电缆的另一端可跨接一个同样大小的终端电阻。

总线隔离  (在接口线与总线间串接低阻且跨接二极管
        RS-485总线为并接式二线制接口,一旦有一只芯片故障就可能将总线 “拉死”,因此对其二线口 VA ,VB 与总线之间各串接一只 4~10 Ω的 PTC 电阻,同时与地之间各跨接5 V 的 TVS 二极管,以消除线路浪涌干扰。此外应该合理选用芯片。例如,对外置设备为防止强电磁冲击,建议选用防雷击芯片。

地线问题
(1)共模干扰问题
        RS一485接口采用差分方式传输信号,并不需要相对于某个参照点来检测信号,系统只需检测两线之间的电位差就可以了。但应该注意的是,收发器只有在共模电压不超出一定范围(一7~+12 V)的条件下才能正常工作。当共模电压超出此范围就会影响通信的可靠,直至损坏接口。

(2)电磁干辐射(EMI)问题
        驱动器输出信号中的共模部分需要一个返回通路,如果没有一个低阻的返回通道(信号地) ,就会以辐射的形式返回源端,整个总线就会像一个巨大的天线向外辐射电磁波。因此,尽管是差分传输,对于 RS 485 网络来讲,一条低阻的信号地还是需要的。

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