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【转】提高RS-485网络可靠性的措施 
刘建阳(2010-09-21 19:37:35)  点击:17829  回复:0  IP:60.163.65.*
此贴在2010-09-21 19:38:49被*刘建阳*编辑过

前言:该文章来源于 廖常初老师 的工控博客,写的非常好,希望大家也能喜欢。
      廖老师博客http://blog.gkong.com/blog.asp?name=liaochangchu
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RS-485用一对双绞线就可以实现多点双向通信,在工业通信中得到了广泛的应用,PROFIBUS-DP的物理层就是RS-485。RS-485的噪声抑制能力强,传输速率可达12Mbps,传输距离可达1200m,属于半双工通信。RS-485应用中存在着种种误区,下面是几个RS-485应用中容易被忽视的问题。

1.网络拓扑结构
RS-485的网络拓扑一般采用终端匹配的总线型结构,不支持环形或星型网络,最好用一条总线将各个节点串接起来。PROFIBUS网络如果采用树形结构,在网络的分支点需要使用中继器,各网段内部仍然是总线型结构。

2.引出线的长度
RS-485总线上的每个收发器通过一段引出线接入总线。引出线过长时,由于信号在引出线中的反射,会影响总线上的信号质量。引出线长度与信号的转换时间和传输速率有关。引出线应尽量短,使引出线中的反射信号对总线信号的影响最低。

3.接地引起的共模干扰问题
接地问题是一个非常关键而又常常被忽视的问题。一个典型的错误观点就是认为RS-485不需要信号地,只需要用双绞线将各个接口的A、B端连接起来就可以了。这种接线方法在某些情况下也可以工作,但存在下面的问题:共模电压是A、B线对信号“地”的电压。RS-485的收发器只有在共模电压不超出-7V 至+12V 的条件下才能正常工作。当共模电压超出此范围时,就会影响通信的可靠性,甚至损坏接口。
由于两个系统具有各自独立的接地系统,可能存在很大的地电位差。接收端的共模电压等于发送端的共模电压加上地电位差,可能会导致接收端的共模电压超出允许值,并在信号线上产生干扰电流,影响正常通信,甚至损坏接口。一条低阻的信号地将两个接口的工作地连接起来,使地电位差短路。这条信号地可以是额外的一条线(非屏蔽双绞线),或者是屏蔽双绞线的屏蔽层。西门子PLC与变频器通信时,要求将两台设备的“地”(PLC的RS-485连接器的5脚与变频器的0V端子)相连。0V线不能与设备的电磁兼容性地(EMC地)相连。否则可能毁坏通信接口。

4.终端电阻
电信号(电流、电压信号)在沿导线传输过程中,由于分布电感、电容和电阻的存在,导线上各点的电信号并不能马上建立,而是有一定的滞后,离起点越远,电压波和电流波到达的时间越晚。电信号波在传输过程中会产生一个与入射信号波方向相反的行波,通常称为反射波。这种信号反射,与光从一种媒质进入另一种媒质引起的反射是相似的。根据传输线理论,在网络的终端设置终端电阻可以吸收网络上的反射波,消除反射波对信号的干扰。两端的终端电阻并联后的值应近似等于传输线相对于通信频率的特性阻抗。总线上没有站发送数据时(即总线处于空闲状态),390Ώ的上拉电阻和下拉电阻用于确保A、B线之间有一个确定的空闲电位(见图1)。
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建议将一个终端电阻连接到主站,另外一个终端电阻连接到网段的最后一个从站。将PROFIBUS-DP网络连接器上的拨动开关打到“On”位置时,终端电阻被接入,打到“Off”位置时,终端电阻被断开。网络终端的站应接入终端电阻,网络中间的站不能接入终端电阻。终端电阻接入不正确是常见的通信故障。使用中继器时,建议在中继器的输出端安装一个终端电阻,而在总线网段的最后一个站或下一个中继器的输入端安装另外一个终端电阻。终端电阻连接的站必须始终通电,因为总线连接器从它所连的站获取电源。如果不能保证这一点,应使用有源RS-485终端电阻。

5.传输介质采用屏蔽双绞线
用双绞线代替两根平行导线是抑制电磁干扰的有效方式。在电磁干扰环境下, 双绞线中的每个小绞环中会通过交变的磁通, 而这些交变的磁通在周围的导体中产生电动势。相邻的绞环中每根导线上产生的电动势方向相反,相互抵消,对电磁干扰起到了较好的抑制作用。
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