樊右文 郎麗莉 袁剛強(qiáng)

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因設(shè)備運(yùn)行中對(duì)通訊的可靠性要求較高，因此對(duì)于信號(hào)采集以及傳輸中的抗干擾尤為重要。針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，經(jīng)常發(fā)生的通訊故障主要有以下幾個(gè)方面引起：

（1）共模干擾。由于接收設(shè)備在不同地點(diǎn)，直接或間接接地，造成信號(hào)線與“設(shè)備地”之間的交流信號(hào)超標(biāo)所造成。表現(xiàn)為信號(hào)接收時(shí)有時(shí)無(wú)，甚至一直無(wú)法接收。

（2）匹配干擾。來(lái)源于系統(tǒng)負(fù)載匹配不合理。例如：信號(hào)線過(guò)長(zhǎng)，過(guò)多（長(zhǎng)距離）星形接線，過(guò)多的負(fù)載、無(wú)系統(tǒng)匹配電阻等等，導(dǎo)致系統(tǒng)時(shí)好時(shí)壞無(wú)法穩(wěn)定工作。

（3）硬件故障。一般是線路中有串入高電壓（雷擊、漏電），導(dǎo)致系統(tǒng)個(gè)別設(shè)備的RS485芯片出現(xiàn)問(wèn)題，影響了整個(gè)系統(tǒng)的接收。

（4）線路故障。一般由局部短路、信號(hào)線有一根斷路這種情況造成，經(jīng)常會(huì)使系統(tǒng)可以局部工作或正常工作，但是工作不穩(wěn)定。

1 RS485故障現(xiàn)場(chǎng)綜合判斷

現(xiàn)場(chǎng)RS485通訊系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，可以從二個(gè)方面著手排查。

2 固定規(guī)則著手排查

（1）檢查通訊口A、B線是否短路或與其他線路短路。這種檢測(cè)通常需要在整個(gè)系統(tǒng)停電下進(jìn)行。通常檢測(cè)A、B之間電阻，A、B分別對(duì)數(shù)字地之間電阻。當(dāng)某一個(gè)分支不受控時(shí)還要單獨(dú)檢查這個(gè)分支的這幾項(xiàng)電阻值。在檢測(cè)中要考慮以下因素：終端電阻（120-200歐），線纜電阻，通過(guò)測(cè)量阻值，判斷是否有短路、斷路現(xiàn)象。

（2）檢查A、B對(duì)地之間的交流電壓值。這種測(cè)量需要在系統(tǒng)各設(shè)備全部加電情況下工作。先將待測(cè)的部分與系統(tǒng)全部分開(kāi)，分別測(cè)量A-A、B-B、地-地之間的交流電壓。電壓大于1.5V時(shí)，系統(tǒng)就可能產(chǎn)生干擾。

（3）代換方法確認(rèn)個(gè)別設(shè)備的損壞。由于個(gè)別設(shè)備的損壞，導(dǎo)致設(shè)備不受控或系統(tǒng)不穩(wěn)定。這種情況下，可以先根據(jù)路由，將系統(tǒng)分為多個(gè)子系統(tǒng)，逐個(gè)子系統(tǒng)摘除或加入系統(tǒng)。確認(rèn)故障系統(tǒng)后，再將該子系統(tǒng)進(jìn)一步分解排查。

3 從故障現(xiàn)象著手排查

3.1 徹底癱瘓

A、斷電檢測(cè)系統(tǒng)A、B、地之間有無(wú)短路，開(kāi)路現(xiàn)象

B、檢查發(fā)送設(shè)備是否正常。包括計(jì)算機(jī)通訊口選擇、波特率、協(xié)議等等。

C、系統(tǒng)是否增減變動(dòng)。例如是否有因增加發(fā)送設(shè)備數(shù)量所引起的接線錯(cuò)誤、發(fā)送設(shè)備工作狀態(tài)錯(cuò)誤。

3.2 每次加電一段時(shí)間后癱瘓

這種情況通常發(fā)生在RS485系統(tǒng)無(wú)地線情況下。當(dāng)收發(fā)端或收與收端之間“地電位”不同時(shí)，電位能量從低到高，向低位設(shè)備釋放，由于設(shè)備中電容充電效應(yīng)，使兩邊的“地”電位相同，在此期間內(nèi)工作正常。等到電容被充滿(mǎn)后，兩端的地電位就不同了。系統(tǒng)就無(wú)法正常工作。檢測(cè)這種故障，通常檢查收發(fā)端的數(shù)字地是否連接。數(shù)字地與A、B之間是否有1.5Vac以上交流電壓。

3.3 按時(shí)間段、氣候失靈

這種故障是由外界環(huán)境因素引起。通常需要從查找環(huán)境變化著手。例如：供電電源、大功率供電線、發(fā)射電臺(tái)等等。找到原因后，做好屏蔽。對(duì)于氣候影響著重查找總線分支或設(shè)備節(jié)點(diǎn)。尤其是露天節(jié)點(diǎn)處。

4 模擬量信號(hào)、脈沖信號(hào)失真問(wèn)題判斷

一般控制系統(tǒng)需要采集外部信號(hào)，例如溫度、重量等，由于在設(shè)備安裝布線的時(shí)候無(wú)法做到動(dòng)力線路與信號(hào)線路的有效隔離，導(dǎo)致模擬量信號(hào)或者脈沖信號(hào)在傳輸?shù)倪^(guò)程中受到干擾，以脈沖信號(hào)為例，直觀的表現(xiàn)就是外部?jī)x表顯示的數(shù)據(jù)與系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)嚴(yán)重不一致。

該現(xiàn)象一般可以通過(guò)信號(hào)屏蔽線的兩端接電源負(fù)極可以解決，即在外部流量計(jì)處以及內(nèi)部信號(hào)接收處將屏蔽線接到供電電源的負(fù)極（24V-）。

5 現(xiàn)場(chǎng)接地建議

接地是抑制電磁干擾的重要手段之一。正確的接地既可以使系統(tǒng)有效地抑制外來(lái)干擾，又能降低設(shè)備本身對(duì)外界的干擾。在實(shí)際應(yīng)用中，由于系統(tǒng)電源零線(中線)、地線(保護(hù)接地、系統(tǒng)接地)不分、控制系統(tǒng)屏蔽地(控制信號(hào)屏蔽地和主電路導(dǎo)線屏蔽地)的混亂連接，大大降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

5.1 變頻器的接地

在條件允許的情況下應(yīng)盡量采用專(zhuān)用接地線，避免與其他設(shè)備公用接地。變頻器接地導(dǎo)線的截面積一般應(yīng)不小于2.5mm2，長(zhǎng)度控制在10m以?xún)?nèi)。要求變頻器的接地與其它動(dòng)力設(shè)備接地點(diǎn)分開(kāi)，不能共地。

5.2 通信線的屏蔽接地

在采用上位機(jī)PC/PLC通過(guò)RS232/485通信控制時(shí)，從干擾角度講，低頻干擾嚴(yán)重時(shí)采用屏蔽單點(diǎn)接地，在高頻干擾情況下要多點(diǎn)接地，同時(shí)建議在通訊電纜中提供一根等電位線將各節(jié)點(diǎn)的通訊地串起來(lái)，以提高抗干擾能力。

5.3 傳感器信號(hào)屏蔽接地

針對(duì)穩(wěn)定土廠拌控制系統(tǒng)，傳感器的信號(hào)直接接入變送器，通過(guò)變送器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)傳輸至PLC，因現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)常進(jìn)行電焊作業(yè)，此時(shí)如果傳感器的屏蔽線與變送器的“數(shù)字地”相接容易導(dǎo)致變送器損壞，故建議傳感器的地線懸空不接。

5.4 隔離變壓器的使用

有時(shí)候現(xiàn)場(chǎng)不論采用上述何種接地方式，都無(wú)法消除變頻器及電機(jī)運(yùn)行中的干擾，此時(shí)可以考慮在控制回路使用隔離變壓器。PLC、開(kāi)關(guān)電源以及電腦主機(jī)的供電經(jīng)過(guò)隔離變壓器后再給其供電，減少變頻器運(yùn)行中對(duì)電網(wǎng)干擾后影響設(shè)備控制回路的正常通訊以及控制。同時(shí)可以在通訊線路、電機(jī)電纜上增加鐵氧磁環(huán)，以消除干擾信號(hào)。

6 結(jié)語(yǔ)

隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，在工業(yè)控制領(lǐng)域中的通訊技術(shù)越來(lái)越重要，而工控現(xiàn)場(chǎng)變頻器的廣泛使用對(duì)于信號(hào)的干擾也就愈加突出，影響著通訊的可靠性。本文從常見(jiàn)的幾種通訊故障入手，闡述了其產(chǎn)生的原因及排查途徑，最后總結(jié)了一些使用變頻器的工況下的有效措施，對(duì)于提高采用變頻器控制工業(yè)設(shè)備運(yùn)行的可靠性和安全性具有一定的指導(dǎo)意義。