芯耀
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寫在前面的話
搞工控的朋友們，你們是不是經(jīng)常被RS-485通信問題搞得頭疼？本來好好的系統(tǒng)，突然就不通信了，或者時好時壞，讓人抓狂。別急，今天咱們就來聊聊這個話題。我在工控行業(yè)摸爬滾打十幾年，RS-485的坑基本上都踩過了，今天就把這些經(jīng)驗分享給大家。
說起RS-485，這玩意兒確實挺皮實的，抗干擾能力強，傳輸距離遠，所以在工廠、樓宇自控這些地方用得特別多。但是話說回來，再好的東西也會出問題，關鍵是你得知道怎么找問題、怎么解決問題。
先說說常見的那些"癥狀"
1. 徹底"失聲"了
這種情況最直接，就是設備之間完全沒法交流了。上位機軟件一直顯示通信超時，現(xiàn)場設備的通信指示燈要么不亮，要么一直亮著不閃。遇到這種情況，十有八九是硬件出了毛病。
2. "斷斷續(xù)續(xù)"的毛病
這種最煩人，一會兒通一會兒不通，就像信號不好的手機一樣。數(shù)據(jù)包經(jīng)常丟失，錯誤率特別高。我遇到過一個項目，誤碼率能達到20%，簡直沒法用。
3. "選擇性失明"
有些設備能通信，有些不行。比如說你有10個從站，可能只有6個能正常工作，剩下4個就像隱身了一樣。這種問題通常是某些節(jié)點出了狀況。
4. "雞同鴨講"
能收到數(shù)據(jù)，但是內容亂七八糟的。CRC校驗經(jīng)常失敗，解析出來的數(shù)據(jù)完全不對頭。
我的診斷"三板斧"
遇到RS-485問題，我一般是這么查的：
第一斧：先看硬件
拿萬用表測測AB線之間的電壓，正常情況下應該在-7V到+12V這個范圍內。然后檢查終端電阻，標準是120歐姆。我見過太多項目，問題就出在這些基礎的地方。
有一次去現(xiàn)場，工人師傅說設備不通信了。我一測，AB線之間電阻無窮大，原來是線斷了。這種問題，萬用表一測就知道了。
第二斧：看波形質量
示波器是個好東西，能直觀地看到信號長什么樣。正常的RS-485信號應該是方方正正的，邊沿清晰，沒有毛刺。如果波形亂七八糟，那肯定有干擾或者阻抗不匹配的問題。
第三斧：分析協(xié)議
用協(xié)議分析工具抓包看看，數(shù)據(jù)格式對不對，波特率設置對不對?，F(xiàn)在有很多免費的工具，配合USB轉485的適配器就能用。
常見問題，我來給你支招
接線這檔子事兒
線接反了這是新手最容易犯的錯誤。A線和B線接反了，信號就反了。解決辦法很簡單，把所有設備的A、B線統(tǒng)一標準就行。我建議用紅線接A，藍線接B，這樣不容易搞混。
終端電阻的學問很多人不知道終端電阻該怎么接。記住一個原則：只在總線的兩頭接，中間的設備千萬別接。我見過有人每個設備都接一個120歐的電阻，結果整個網(wǎng)絡阻抗亂套了。
還有就是，短距離的應用（比如50米以內），而且波特率不高的話，終端電阻有時候可以不要。但是長距離高速率的，必須得要。
拓撲結構別搞錯RS-485最好用手拉手的連接方式，別搞成星型。我見過有個項目，從主控室拉出好幾根線到不同的現(xiàn)場設備，每根支線都挺長的，結果通信質量特別差。后來改成菊花鏈連接，問題就解決了。
電氣問題要重視
共模電壓這個隱形殺手AB線對地的電壓如果超出范圍，收發(fā)器芯片就可能燒壞。我遇到過一個項目，設備老是莫名其妙地壞，后來發(fā)現(xiàn)是接地有問題，共模電壓高達十幾伏。
解決辦法有幾個：
- 所有設備統(tǒng)一接地用
- 隔離型的RS-485模塊
- 選擇ESD保護能力強的芯片
電源干擾不能小看有些時候，通信問題其實是電源質量差引起的。特別是開關電源的紋波大，或者有大功率設備啟停的時候。
我的經(jīng)驗是，給通信模塊用單獨的電源，而且最好加上濾波器。有條件的話，用隔離電源是最保險的。
環(huán)境干擾要防范
電磁干擾工廠里電磁環(huán)境復雜，變頻器、大電機這些設備都是干擾源。我一般建議：
- 用屏蔽線，而且要正確接地
- 通信線和動力線分開走，距離保持30厘米以上
- 實在不行就加磁環(huán)，很管用的
雷擊保護戶外的線路一定要做好防雷。我推薦用氣體放電管加TVS二極管的組合，三級保護最可靠。別為了省錢不做防護，設備一旦被雷擊，損失更大。
設備故障怎么查
收發(fā)器壞了如果發(fā)現(xiàn)信號幅值不夠（正常應該大于1.5V），那可能是收發(fā)器芯片壞了。這時候要一個一個設備地排查，把所有設備斷開，逐個接入測試。
單片機接口問題有時候不是485芯片的問題，而是單片機的UART接口有問題。用邏輯分析儀檢查TX、RX信號，看看波特率、數(shù)據(jù)位這些參數(shù)對不對。
高手才用的診斷技巧
TDR時域反射儀
這個東西特別好用，能精確定位線路故障點。原理就是發(fā)射一個脈沖，然后分析反射回來的波形。斷路、短路、阻抗不匹配的位置都能找到，精度能到1米以內。
眼圖分析
對于高速通信，眼圖是個很好的工具。眼圖張得越開，說明信號質量越好。如果眼圖快閉合了，那就得優(yōu)化線路了。
協(xié)議分析
現(xiàn)在的協(xié)議分析工具很強大，能自動解碼Modbus、Profibus這些協(xié)議。異常的幀、錯誤的參數(shù)一目了然。
防患于未然的維護心得
定期巡檢
每個季度我都會檢查一遍關鍵系統(tǒng)：
備用方案
重要的系統(tǒng)一定要有備用通道。光纖轉換器是個不錯的選擇，完全電氣隔離，而且傳輸距離遠。
冗余設計
對于特別關鍵的應用，我建議用雙總線設計。一路出問題了，另一路還能工作。
給你講個真實案例
前兩年我去一個水泥廠處理問題，他們的生產(chǎn)線控制系統(tǒng)經(jīng)常出通信故障，每天都要重啟好幾次，嚴重影響生產(chǎn)。
到了現(xiàn)場一看，PLC柜和現(xiàn)場設備之間的485通信線和380V的動力電纜走在同一個橋架里，而且還沒用屏蔽線。用示波器一測，信號上疊加了很強的工頻干擾。
解決方法很簡單：
- 重新布線，通信線單獨走管
- 換成雙屏蔽電纜
- 在關鍵位置加了磁環(huán)
改完以后連續(xù)運行了一年多，再也沒出過問題。
最后說兩句
RS-485的問題說復雜也復雜，說簡單也簡單。關鍵是要有系統(tǒng)的思路，從物理層到協(xié)議層，一步步排查。
我的經(jīng)驗是，80%的問題都出在接線和接地上，這些基礎的東西一定要重視。剩下的20%可能涉及到干擾、設備故障這些，需要用到專業(yè)的測試工具。
最重要的是，要建立標準的操作流程和文檔。每次遇到問題，都要記錄下來，時間長了就有了自己的故障庫。
