工控論壇 發表於 2021-01-12 16:39:25
做工程很多時候會提到RS485控制線，它到底是什麼呢？今天我聊聊RS485相關的應用，深入了解RS485，你會發現裡面的知識確實有很多，那麼我們就選擇一些平時在弱電中會考慮到的問題供大家了解。
一、什麼是RS485總線
工業現場經常要採集多點數據，模擬信號或開關信號，一般用到RS485總線，RS-485採用半雙工工作方式，支持多點數據通信。RS-485總線網絡拓撲一般採用終端匹配的總線型結構。即採用一條總線將各個節點串接起來，不支持環形或星型網絡。
RS485無具體的物理形狀，根據工程的實際情況而採用的接口，RS485採用差分信號負邏輯，＋2V～＋6V表示"0"，- 6V～- 2V表示"1"。
RS485有兩線制和四線制兩種接線，四線制只能實現點對點的通信方式，現很少採用，現在多採用的是兩線制接線方式，這種接線方式為總線式拓樸結構在同一總線上最多可以掛接32個結點。
485總線的通訊距離可以達到1200米。根據485總線結構理論，在理想環境的前提下，485總線傳輸距離可以達到1200米。其條件是通訊線材優質達標，波特率為9600，只負載一臺485設備，才能使得通訊距離達到1200米，所以通常485總線實際的穩定的通訊距離往往達不到1200米。如果負載485設備多，線材阻抗不合乎標準，線徑過細，轉換器品質不良，設備防雷保護複雜和波特率的提高等等因素都會降低通訊距離。
二、RS485線纜
在一般場合採用普通的雙絞線就可以，在要求比較高的環境下可以採用帶屏蔽層的同軸電纜。在使用RS485接口時，對於特定的傳輸線路，從RS485接口到負載其數據信號傳輸所允許的最大電纜長度與信號傳輸的波特率成反比，這個長度數據主要是受信號失真及噪聲等影響所影響。
理論上RS485的最長傳輸距離能達到1200米，但在實際應用中傳輸的距離要比1200米短，具體能傳輸多遠視周圍環境而定。在傳輸過程中可以採用增加中繼的方法對信號進行放大，最多可以加八個中繼，也就是說理論上RS485的最大傳輸距離可以達到9.6公裡。如果真需要長距離傳輸，可以採用光纖為傳播介質，收發兩端各加一個光電轉換器，多模光纖的傳輸距離是5~10公裡，而採用單模光纖可達50公裡的傳播距離。
三、RS485布線安裝注意事項
1、485總線應採用什麼樣的通訊線？一條總線上可以掛接多少臺設備？
必須採用RVSP屏蔽雙絞線。所用屏蔽雙絞線規格，與485通訊線的距離和掛接的設備數量有關，如下表所示。採用屏蔽雙絞線有助於減少和消除兩根485通信線之間產生的分布電容以及來自於通訊線周圍產生的共模幹擾。
有人說，485總線可以帶128臺設備進行通訊。
其實並不是所有485轉換器都能夠帶128臺設備的，要根據485轉換器內晶片的型號和485設備晶片的型號來判斷，只能按照指標較低的晶片來確定其負載能力。一般485晶片負載能力有三個級別――32臺、128臺和256臺。此外理論上的標稱往往實際上是達不到的，通訊距離越長、波特率越高、線徑越細、線材質量越差、轉換器品質越差、轉換器電能供應不足(無源轉換器)、防雷保護越強，這些都會降低真實負載數量。
工程商大都習慣採用5類網線或超5類網線作為485通信線，這是錯誤的。這是因為：
（1 普通網線沒有屏蔽層，不能防止共模幹擾。
（2）不能用線徑太細的網線，會導致傳輸距離降低和可掛接的設備減少，至少0.4mm平方或用標準的網線。
（3）網絡線為單股的銅線，相比多芯線而言容易斷裂。
2、為什麼要接地
485收發器在規定的共模電壓-7V至+12V之間時，才能正常工作。如果超出此範圍會影響通訊，嚴重的會損壞通訊接口。共模幹擾會增大上述共模電壓。消除共模幹擾的有效手段之一是將485通訊線的屏蔽層用作地線，將機具、電腦等網絡中的設備地連接在一起，並由一點可靠地接入大地。
3、485通信線應如何走線
通信線儘量遠離高壓電線、日光燈等幹擾源，通信線不能與電源線等幹擾源避開時通信線應與電源線垂直，不能平行，更不能綑紮在一起，並採用質量高的雙絞線走線。
4、、為什麼485總線要採用手拉手結構，而不能採用星形結構？
星形結構會產生反射信號，從而影響到485通信。總線到每個終端設備的分支線長度應儘量短，一般不要超出5米。分支線如果沒有接終端，會有反射信號，對通訊產生較強的幹擾，應將其去掉，最好在RS485設備兩頭接有120Ω終端電阻。
拉手連接如圖：
星形連接如圖：
5、485總線上設備到設備之間可以有接點嗎？
在同一個網絡系統中，使用同一種電纜，儘量減少線路中的接點。接點處確保焊接良好，包紮緊密，避免鬆動和氧化。保證一條單一的、連續的信號通道作為總線。
6、什麼叫共模幹擾和差模幹擾？如何消除通訊線上的幹擾？
485通信線由兩根雙絞的線組成，它是通過兩根通信線之間的電壓差的方式來傳遞信號，因此稱之為差分電壓傳輸。差模幹擾在兩根信號線之間傳輸，屬於對稱性幹擾。消除差模幹擾的方法是在電路中增加一個偏值電阻（球機中的匹配電阻），並採用雙絞線；共模幹擾是在信號線與地之間傳輸，屬於非對稱性幹擾。消除共模幹擾的方法包括：
（1）採用屏蔽雙絞線並有效接地。
（2）強電場的地方還要考慮採用鍍鋅管屏蔽。
（3）布線時遠離高壓線，更不能將高壓電源線和信號線捆在一起走線。
（4）採用線性穩壓電源或高品質的開關電源(紋波幹擾小於50mV)。
7、什麼情況下在485總線上要增加終端電阻？
一般情況下不需要增加終端電阻，只有在485通信距離超過300米的情況下，要在485通訊的開始端和結束端增加終端電阻。尤其是485總線上設備數量較少時。當設備數量較多時（如超過22臺）。一般不需增加終端電阻，因為終端電阻會降低485總線的負載能力，球機終端120Ω匹配電阻的連接方式如下：球機終端120Ω匹配電阻可通過在球機底盤上的撥碼開關撥碼來連接。球機出廠時，120Ω匹配電阻默認為未接入，可通過把撥碼開關的第10位撥到ON，把120Ω匹配電阻接入線路。反之，如果不接入120Ω匹配電阻，則把第10位撥到OFF即可。
8、實際應用中的問題
實際施工使用中用戶常採用星形連接方式，此時終端電阻必須連接在線路距離最遠的兩個設備上（如下圖，1＃與15＃設備），但是由於該連接方式不符合RS485工業標準的使用要求，因此在各設備線路距離較遠時，容易產生信號反射、抗幹擾能力下降等問題，導致控制信號的可靠性下降。此時，出現的現象為球機完全不受控，或自行運轉無法停止等。
對於這種情況，建議採用增加一個RS485分配器。該產品可以有效地將星形連接轉換為符合RS485工業標準所規定的連接方式，從而避免產生問題，提高通信可靠性，如下圖所示。
9、無中繼最大傳輸距離推薦用線
（1）普通雙絞屏蔽型電纜 STP-120Ω（for RS485 & CAN） one pair 20 AWG ，電纜外徑7.7mm左右。適用於室內、管道及一般工業環境。使用時，屏蔽層一端接地！
(2) 普通雙絞屏蔽型電纜 STP-120Ω（for RS485 & CAN） one pair 18 AWG ，電纜外徑8.2mm左右。適用於室內、管道及一般工業環境。使用時，屏蔽層一端接地！
(3) 鎧裝雙絞屏蔽型電纜 ASTP-120Ω（for RS485 & CAN） one pair 18 AWG ，電纜外徑12.3mm左右。可用於幹擾嚴重、鼠害頻繁以及有防雷、防爆要求的場所。使用時，建議鎧裝層兩端接地，最內層屏蔽一端接地
四、RS485常見的故障與解決方法
一、如何預防故障的發生呢？
為減少通信故障提出下面幾條建議。
1、建議用戶使用和購買廠家提供的485轉換器或者廠家指定推薦品牌的485轉換器。
2、廠家會對與其配套的485轉換器做大量的測試工作，並且會要求485轉換器生產廠家按照其固定的性能參數進行生產和品質檢測，所以它與門禁設備具備較好的兼容性。千萬不要貪圖便宜購買雜牌廠家的485轉換器。
3、嚴格按照485總線的施工規範進行施工，杜絕任何僥倖心理。
4、對線路較長、負載較多的485總線工程採用科學的、有預留的解決方案。
5、如果通訊距離過長， 如超500米，建議採用中繼器或485HUB來解決。
6、如果負載數過多，如一條總線上超過30臺，建議採用485HUB來解決問題。
7、現場調試帶齊調試設備。現場調試一定要隨身攜帶幾個可以接長距離和多負載的轉換器、一臺常用的電腦筆記本、測試通路斷路的萬用表，幾個120歐姆的終端電阻。
二、採用485總線結構常見的幾種通訊故障有下面幾種？
1、通訊不上，無反應。
2、可以上傳數據，但不可以下載數據。
3、通訊時系統提示受到幹擾，或者不通訊時通訊指示燈也不停地閃爍。
4、有時能通訊上，有時通訊不上，有的指令可以通，有的指令不可以通。
三、出現故障了有哪些調試方法呢？
在調試前首先要確保設備接線正確，且施工合乎規範。可以根據遇到的問題採用下面幾種調試方法。
1、共地法：
用1條線或者屏蔽線將所有485設備的GND地連接起來，這樣可以避免所有設備之間存在影響通訊的電勢差。
2、終端電阻法：
在最後一臺485設備的485+和485-上並接120歐姆的終端電阻來改善通訊質量。
3、中間分段斷開法：
通過從中間斷開來檢查是否設備負載過多、通訊距離過長、某臺設備對整個通訊線路的影響等。
4、單獨拉線法：
單獨簡易拉一條線到設備，這樣可以用來排除是否是布線引起了通訊故障。
5、更換轉換器法：
隨身攜帶幾個轉換器，這樣可以排除是否是轉換器質量問題影響了通訊質量。
6、筆記本調試法：
先保證自己隨身攜帶的電腦筆記本是通訊正常的設備，用它來替換客戶電腦進行通訊，如果正常，則表明客戶的電腦的串口有可能被損害或者受傷。
在弱電智能化工程中，RS485應用是很多的，最常見應用於門禁系統、BA系統，智能照明系統，停車場管理系統等，隨著數字網絡不斷普及，現在RS485在弱電應用越來越少。
原文標題：弱電工程RS485總線知識匯總
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