RS-485网络故障查找与排除

RS-485网络故障查找与排除
尽管更加现代化的替代技术日益增多,但RS-485技术仍然在无数的通信网络中保持着中流砥柱的地位。以下是检查常见故障和建立比较麻烦的RS-485网络的8步方法。
1. RS-485使用一对非平衡差分信号,这意味着网络中的每一个设备都必须通过一个信号回路连接到地,以最小化数据线上的噪声。数据传输介质由一对双绞线组成,在噪声较大的环境中应加上屏蔽层。
2. 在绝大多数的RS-485网络中,终端节点所引起的问题比它能解决的要多。为了检查哪一个节点停止了工作,需要切断每一个节点的电源并将其从网络中断开。使用欧姆表测量接收端A与B或+与-之间的电阻值。故障节点的读数通常小于200欧姆,而非故障节点的读数将会比4,000欧姆大得多。
3. 哪一根线是A、哪一根线是B一直都不是很清楚。不同的制造商采用不同的标签规定,即使B线应该永远是在空闲状态下电压更高的那一根。因此,A线相当于-,B线相当于+。可在网络空闲的状态下用电压表检测。如果B线没有比A线电压更高,那么就会存在连接问题。
4. 当没有设备进行传输,所有设备都处于监听状态的时候,RS-485网络中会出现三态状态。这将导致所有的驱动器进入高阻态,使悬空状态传回所有的RS-485接收端。节点设计者为了克服这一不稳定状态典型的方法是：在接收端的A和B线加装下拉和上拉电阻来模拟空闲状态。为了检查这一偏置,应在网络供电和空闲的状态下测量B线到A线的电压。为了确保远离如图中所示的不定状态,要求至少存在300mV的电压。如果没有安装终端电阻,偏置的要求是非常宽松的。
5. 一根双绞线加地的RS-485网络可以上行与下行地传送数据。由于没有两个发送端能够在同一时间成功地通讯,所以在数据的最后一位传送完毕后的一个时间片内,网络表现为空闲态,但实际上节点还没有使其驱动器进入三态状态。如果另一个设备试图在这一时间段内进行通讯,将会发生结果不可预测的冲突。为了检测这种冲突,使用数字示波器来捕捉几个字节的1和0。确定一个节点在传输结束时进入三态状态所需要的时间。确保RS-485软件没有试图响应比一个字节的时间更短的请求(在76.8kb/s的速率下略大于1ms)。
6. 每一种可靠的中长距离联网技术都有某种形式的内置隔离,除了RS-485以外。它要靠系统设计者来确保网络不包括任何接地回路。隔离每一个节点将以数量级的程度增加网络的可靠性。
7. 虽然隔离是抵御电源浪涌的第一道防线,但是增加多级浪涌抑制器可以消弱更大的浪涌干扰,保证它们是在网络隔离可以容忍的范围内。最好是在网络有高性能接地点的位置安装浪涌抑制器。在同一点将其连接到大地,就像其他的网络设备或工厂的电气系统一样。
8. 一旦RS-485网络建立并运行,就应记录下其配置的每一个细节。包括终端信息、偏置、线型和备件信息。如果可以负担得起,应购买一些备件并存放在机柜中。

由于PC机默认的只带有RS232接口,有两种方法可以得到PC上位机的RS485电路：
(1)通过RS232/RS485转换电路将PC机串口RS232信号转换成RS485信号,对于情况比较复杂的工业环境最好是选用防浪涌带隔离珊的产品。
(2)通过PCI多串口卡,可以直接选用输出信号为RS485类型的扩展卡。 RS485接口
RS485采用差分信号负逻辑,＋2V～＋6V表示“0”,- 6V～- 2V表示“1”。RS485有两线制和四线制两种接线,四线制只能实现点对点的通信方式,现很少采用,现在多采用的是两线制接线方式,这种接线方式为总线式拓朴结构在同一总线上最多可以挂接32个结点。在RS485通信网络中一般采用的是主从通信方式,即一个主机带多个从机。很多情况下,连接RS-485通信链路时只是简单地用一对双绞线将各个接口的“A”、“B”端连接起来。而忽略了信号地的连接,这种连接方法在许多场合是能正常工作的,但却埋下了很大的隐患,这有二个原因：
(1)共模干扰问题： RS-485接口采用差分方式传输信号方式,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。但人们往往忽视了收发器有一定的共模电压范围,RS-485收发器共模电压范围为-7～ 12V,只有满足上述条件,整个网络才能正常工作。当网络线路中共模电压超出此范围时就会影响通信的稳定可靠,甚至损坏接口。
(2)EMI问题：发送驱动器输出信号中的共模部分需要一个返回通路,如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。
在RS485组网过程中另一个需要主意的问题是终端负载电阻问题,在设备少距离短的情况下不加终端负载电阻整个网络能很好的工作但随着距离的增加性能将降低。理论上,在每个接收数据信号的中点进行采样时,只要反射信号在开始采样时衰减到足够低就可以不考虑匹配。但这在实际上难以掌握,美国MAXIM公司有篇文章提到一条经验性的原则可以用来判断在什么样的数据速率和电缆长度时需要进行匹配：当信号的转换时间(上升或下降时间)超过电信号沿总线单向传输所需时间的3倍以上时就可以不加匹配。
一般终端匹配采用终端电阻方法, RS-485应在总线电缆的开始和末端都并接终端电阻。终接电阻在RS-485网络中取120Ω。相当于电缆特性阻抗的电阻,因为大多数双绞线电缆特性阻抗大约在100～120Ω。这种匹配方法简单有效,但有一个缺点,匹配电阻要消耗较大功率,对于功耗限制比较严格的系统不太适合。另外一种比较省电的匹配方式是RC匹配。利用一只电容C隔断直流成分可以节省大部分功率。但电容C的取值是个难点,需要在功耗和匹配质量间进行折衷。 还有一种采用二极管的匹配方法,这种方案虽未实现真正的“匹配”,但它利用二极管的钳位作用能迅速削弱反射信号,达到改善信号质量的目的,节能效果显著。
最近两年一些公司基于部分企业信息化的实施已完成,工厂中已经铺设了延伸到车间每个办公室、控制室的局域网的现状,推出了串电子务器来取代多串口卡,这主要是利用企业已有的局域网资源减少线路投资,节约成本,相当于通过tcp/ip把多串口卡放在了现常