RS-485通信接口简介及故障解析

1 引言

　　近年来，计算机控制已被迅速地推广和普及，工业控制计算机、plc、变频器、触摸屏、机器人、柔性制造系统广泛地应用于工业生产中。将不同的生产设备连在一个网络中，相互之间进行数据通信，实现分散控制和集中管理，是计算机控制系统发展的大趋势，所以，工厂自动化网络和plc的通信是工业控制中的重要研究课题。通信的方式包括并行通信和串行通信。并行数据通信方式是以字节为单位的数据传输方式，除了8根或16根数据线、一根公共线外，还需要通信双方联络用的控制线。并行通信的传输速度快，但是传输线的根数多，成本高，一般用于近距离的传输，例如计算机于打印机之间的通信。串行数据通信方式是以二进制的位（bit）为单位的数据传输方式，每次只传送一位，除了公共线外，在一个数据传输方向上只需要一根数据线，这根线既作为数据线又作通信联络的控制线，数据信号和联络信号在这个线上按位进行传送。串行通信需要的信号线少，最少的只需要两根线（双绞线），适用于距离较远的场合。计算机和plc都有通用的串行通信接口，工业控制中一般使用串行通信。

2 西门子s7-200plc的rs-485通信

　　2.1串行通信的接口标准

　　串行通信有三种接口标准：rs-232c、rs-442a和rs-485。rs-485是rs-442a的变形，rs-442a是全双工，两对平衡差分信号线分别用于发送和接收。rs-485只有一对平衡差分信号线，不能同时发送接收。

　　使用rs-485通信接口和双绞线可以组成串行通信网络，构成分布式系统，系统中最多可以有32个站，新的接口器件已允许链接128个站。

　　2.2s7-200的网络通信协议

　　s7-200的网络通信协议包括：点对点接口协议（ppi）；多点接口协议（mpi）；profibus协议；tcp/ip协议；用户定义的协议（自由端口模式）等多达5种类型。

　　2.3 西门子s7-200plc的rs-485通信

　　串行通信是西门子工业网络通信中一种经济、有效的通信方式，rs-485是其最重要的组成部分。图中r1、r2是阻值为10欧的普通电阻，其作用是防止rs-485信号d+和d-短路时产生过电流烧坏芯片，z1、z2是钳制电压为6v，最大电流为10a的齐纳二极管，24v电源和5v电源共地未经隔离，当d+或d-线上有共模干扰电压灌入时，由桥式整流电路和z1、z2可将共模电压钳制在±6.7v，从而保护rs-485芯片sn75176（rs-485芯片的允许共模输入电压范围为：-7v～+12v）。该保护电路能承受共模干扰电压功率为60w，保护电路和芯片内部没有防静电措施。

　　2.4rs-232与rs-485的转换

　　由于pc机的串口是rs-232接口，plc的串口是rs-485接口，所以二者的通信要用到pc/ppi电缆，rs-232接口与rs-485接口的引针对应关系如表1、表2。

3 常发生的故障解析

　　3.1常见的故障现象

　　当plc的rs-485口经非隔离的pc/ppi电缆与电脑连接、plc与plc之间连接或plc与变频器、触摸屏等通信时时有通信口损坏现象发生，较常见的损坏情况如下：

　　（1）r1或r2被烧断，z1、z2和sn75176完好。这是由于有较大的瞬态干扰电流经r1或r2、桥式整流、z1或z1到地，z1、z2能承受最大10a电流的冲击，而该电流在r1或r2上产生的瞬态功率为：102×10=1000w，当然会将其烧断。

　　（2）sn75176损坏，r1、r2和z1、z2完好。这主要可能是受到静电冲击或瞬态过电压速度快于z1、z2的动作速度造成的，静电无处不在，仅人体模式也会产生±15kv的静电。

　　（3）z1或z2、sn75176损坏，r1和r2完好。这可能是受到高电压低电流的瞬态干扰电压将z1或z2和sn75176击穿，由于电流较小和发生时间较短因而r1、r2不至于发热烧断。

　　3.2 故障的原因分析

　　由3.1中的分析得知plc接口损坏的主要原因是由于瞬态过电压和静电造成，产生瞬态过电压和静电的原因很多也较复杂，如由于plc内部24v电源和5v电源共地，24v电源的输出端子l+、m为其它设备混合供电可能导致地电位变化，从而造成共模电压超出允许范围。所以eia-485标准要求将各个rs485接口的信号地用一条低阻值导线连接在一起以保证各节点的地电位相等，消除地线环流。

　　（1）当带电插拔未隔离的连接电缆时，由于两端电位不相等电路中又存在诸多电感、电容之类的器件，插拔瞬间必然产生瞬态过电压或过电流。基于此考虑，在进行通信接头插拔的时候，尽量使设备处于断电状态。

　　（2）连接在rs-485总线上的其它设备产生的瞬态过电压或过电流同样会流入到plc，总线上连接的设备站点数越多，产生瞬态过电压的因素也越多。

（3）当通信线路较长或有室外架空线时，雷电是必须考虑的干扰。雷电是主要的自然干扰源，雷电产生的干扰可以传输到数千公里以外的地方。雷电干扰的时域波形叠加成随机脉冲背景上的一个