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一、前言

數(shù)字稱重系統(tǒng)以其防作弊、易調(diào)試等優(yōu)勢(shì)已經(jīng)為越來越多的用戶所接受和推崇。由于數(shù)字稱重系統(tǒng)還處于發(fā)展階段，技術(shù)人員對(duì)數(shù)字系統(tǒng)的安裝和檢測(cè)還不是很熟悉，對(duì)于安裝現(xiàn)場(chǎng)和使用過程中出現(xiàn)的各種通訊故障常常束手無策。本文通過對(duì)各種通訊故障的現(xiàn)象進(jìn)行分析，使技術(shù)人員了解其產(chǎn)生的原因。同時(shí)介紹一種用于檢測(cè)數(shù)字系統(tǒng)通訊接口的工具，通過具體問題具體分析，解決現(xiàn)場(chǎng)問題。

二、基礎(chǔ)

數(shù)字稱重系統(tǒng)中RS485 總線是連接數(shù)字儀表和數(shù)字傳感器的一組線纜；其硬件接口采用差分傳輸方式，可以有效的抑制共模干擾信號(hào)，從而提高可靠性，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離傳輸。理論上傳輸距離可以達(dá)到1200 米。

而實(shí)際應(yīng)用中，很大一部分問題來自于差分傳輸。這是因?yàn)镽S485 通訊系統(tǒng)的硬件接口和所使用的芯片所限制。以下以典型RS485 接口芯片SN65HVD3082 為例，分析一下RS485 通訊的原理和特點(diǎn)。

SN65HVD3082 通過差分輸入接口A、B 之間的反向電平接收信號(hào)，A 為高電平時(shí)，B 為低電平；A 為低電平時(shí)，B 為高電平。然而對(duì)于芯片而言，工作的電壓范圍有限，對(duì)此芯片為- 7V~12V，也就是說，如果信號(hào)線上共模電壓對(duì)該芯片地電壓超過以上范圍時(shí)，差分輸入會(huì)失效，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)會(huì)出錯(cuò)。

三、故障分析

1. 故障的大致分類

第一種是強(qiáng)共模干擾引起的故障。

由于數(shù)字傳感器直接或間接接地，而儀表接地線接地不良或者帶電，造成信號(hào)線與數(shù)字儀表之間的交流（通常是50 赫茲） 信號(hào)超標(biāo)所造成。表現(xiàn)接收為時(shí)有時(shí)無，甚至一直無法接收。嚴(yán)重的時(shí)候，收發(fā)相距一米便無法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)接收。第二種是硬件故障。

一般是線路中有串入高電壓的歷史（雷擊、漏電），導(dǎo)致系統(tǒng)個(gè)別設(shè)備的RS485 芯片出現(xiàn)問題，影響了全局的接收。這是使用中經(jīng)常出現(xiàn)的情況。第三種是線路故障。

例如局部短路、信號(hào)線有一根斷路這種情況經(jīng)常會(huì)使系統(tǒng)可以正常工作，但是工作不穩(wěn)定。這種情況在安裝現(xiàn)場(chǎng)較為常見。

這幾種情況往往不是單獨(dú)存在，而是相生相伴，相互加劇，使系統(tǒng)不斷惡化。

2．各種通訊故障的成因

下面將依次按照幾種干擾分析干擾原因及判斷干擾種類。

1)系統(tǒng)共模干擾故障

首先區(qū)分幾個(gè)概念：

數(shù)字地———數(shù)字儀表和數(shù)字傳感器的信號(hào)地。通常與信號(hào)之間的直流電壓為0～5V。

大地———數(shù)字儀表和數(shù)字傳感器當(dāng)?shù)氐慕拥?。在很多情況下數(shù)字儀表和數(shù)字傳感器兩者之間的大地電壓并不相同。

電源地———三相電源中的地線。如果沒有可靠接地，很可能由此帶入干擾。

數(shù)字稱重系統(tǒng)使用的RS485 接口一般由發(fā)送和接收通道組成，每個(gè)通道有一根A 信號(hào)線、一根B信號(hào)線，A 和B 之間采用差分方式，即A 和B 之間電壓大于0.2V 時(shí)，有數(shù)據(jù)（0 或1） 傳輸。通常A、B 之間電壓反向工作，即A 為5V 時(shí)，B 為0V；A為0V 時(shí)，B 為5V，分別對(duì)應(yīng)傳輸1 和0 信號(hào)。共模干擾即是同時(shí)作用在A 和B 上的電壓，當(dāng)共模電壓為正向時(shí)，有可能將A 和B 電壓同時(shí)拉到12V 以上（如下圖一所示），或者負(fù)向電壓將A 和B 的電壓同時(shí)拉到－7V 以下。由于通訊芯片的抗高壓設(shè)計(jì)，會(huì)將信號(hào)線上電壓限在12V 和－7V。這樣對(duì)芯片來說A 和B 之間沒有壓差，此時(shí)收到的信號(hào)無法確認(rèn)。在現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)，如果數(shù)字儀表和數(shù)字傳感器的數(shù)字地存在較大電壓的情況下，就可能使A、B 信號(hào)疊加在一個(gè)交流信號(hào)上，圖一是一個(gè)直流共模電壓信號(hào)疊加的示意圖。當(dāng)疊加值小于－7V 或大于+12V 時(shí)，數(shù)據(jù)就會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤。因此可以計(jì)算出理論上的共模干擾信號(hào)必須小于7V/1.414=5Vac。但是實(shí)際情況下應(yīng)該遠(yuǎn)低于此值。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，這個(gè)值應(yīng)該低于2.5Vac 以下

強(qiáng)共模干擾通常分為兩種情況：

第一種，電源地線懸空。由于用電設(shè)備（如電腦、打印機(jī)等） 電源部分通常如圖二的接線方式。也就是說交流電源供電端L、N 之間對(duì)G 之間有一個(gè)小電容，以釋放L、N 對(duì)大地之間的瞬間高電壓。如果G 很好的接大地（通常規(guī)范建筑電源已經(jīng)接好），那么能量將從電容上釋放到大地。如果G 端點(diǎn)未接地，這時(shí)G 點(diǎn)的電壓應(yīng)該是對(duì)大地110Vac。這時(shí)，如果數(shù)字儀表連接到電源，而數(shù)字傳感器直接接到大地，G 端點(diǎn)的電壓將突破一切阻攔（通常是設(shè)備元器件）對(duì)地放電。此時(shí)重者將損壞設(shè)備元器件從而摧毀設(shè)備，輕者將對(duì)線路中的信號(hào)產(chǎn)生較大干擾或損傷元器件。

第二種，數(shù)字儀表和數(shù)字傳感器分別接大地地以及大功率用電設(shè)備直接接地導(dǎo)致）。這種干擾雖然電壓通常只有幾伏，但是有可能通過信號(hào)線產(chǎn)生較大電流，并燒毀設(shè)備或信號(hào)線。在特殊場(chǎng)合有可能出現(xiàn)，從施工角度這種干擾一般不會(huì)發(fā)生。這兩種干擾的測(cè)量，可以采用萬用表交流電壓檔測(cè)量，嚴(yán)重時(shí)可能150- 160Vac，一般也會(huì)在2.5Vac 以上。對(duì)于小于2.5Vac 的一般可以允許，否則將引起信號(hào)傳輸不穩(wěn)定。

2） 硬件故障

由于雷擊、485 網(wǎng)絡(luò)串入高電壓等原因，導(dǎo)致局部某個(gè)或某些數(shù)字傳感器的RS485 芯片損壞或損傷。這種情況經(jīng)常表現(xiàn)為，不穩(wěn)定前一直工作正常，突然工作不正常。檢查方法可以用分段式檢測(cè)。就是將數(shù)字傳感器去掉，逐一添加，找出有問題的分支，再判斷是哪個(gè)接收端出問題。對(duì)于問題比較多的系統(tǒng)，這種方法可能會(huì)重復(fù)幾次，而且還不一定能處理干凈。作為受損傷的芯片，在外部特性上，與正常芯片相差無幾，只是負(fù)載偏大，更脆弱一些，經(jīng)常會(huì)在工作一段時(shí)間內(nèi)，莫名奇妙的損壞。這種故障相對(duì)比較難發(fā)現(xiàn)和處理。

3） 線路故障

這種故障通常在施工初期發(fā)生。而且在一定的條件下，可以正常傳輸數(shù)據(jù)，一旦條件發(fā)生改變，系統(tǒng)就會(huì)不正常工作。這種故障通常表現(xiàn)為總線短路和總線中有一條斷路。短路時(shí)會(huì)影響短路點(diǎn)附近和短路點(diǎn)以后的接收設(shè)備正常接收，而且使用萬用表也可以很容易的判斷。而某一條線開路則使A、B 輸入總線某一路開路。由于開路端接收設(shè)備的漏電因素各感應(yīng)點(diǎn)因素，很可能使這個(gè)端口的電位處于交變浮動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)交變幅度較小時(shí)，可能不會(huì)有什么影響，當(dāng)幅度較大時(shí)就可能無法工作。另外這種浮動(dòng)受當(dāng)?shù)?ldquo;地電位”或用電負(fù)載的變化所影響因此會(huì)出現(xiàn)時(shí)好時(shí)壞、某一時(shí)間段無法正常接收等問題。這種問題一般都是施工者前期施工時(shí)疏忽所致。有的情況下，這種疏忽會(huì)在數(shù)年以后才顯現(xiàn)出來。

四、故障檢測(cè)

(一) 通常的檢測(cè)方法：

1） 檢查總線是否短路。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)總線之間電阻，判斷是否有短路、斷路現(xiàn)象。

2） 檢查信號(hào)線對(duì)地之間的交流電壓值。這種測(cè)量需要在系統(tǒng)加電情況下工作。先將待測(cè)的數(shù)字傳感器與系統(tǒng)全部分開，分別測(cè)量A- A、B- B、地- 地之間的交流電壓。當(dāng)使用20V 檔檢測(cè)電壓大于2.5V 時(shí)，系統(tǒng)就可能產(chǎn)生干擾。

3） 代換方法確認(rèn)個(gè)別數(shù)字傳感器的損壞。由于個(gè)別數(shù)字傳感器的損壞，導(dǎo)致個(gè)別數(shù)字傳感器不通訊或系統(tǒng)不穩(wěn)定。這種情況發(fā)生時(shí)，可以從數(shù)字接線盒端入手，將數(shù)字傳感器分組，逐個(gè)摘除或加入系統(tǒng)。確認(rèn)故障組后，再將該組數(shù)字傳感器進(jìn)一步分解排查。

(二) 使用專用檢測(cè)工具檢測(cè)：

使用以上測(cè)試方法時(shí)，測(cè)量點(diǎn)多，而且很難確認(rèn)系統(tǒng)中哪一個(gè)支路有故障。

對(duì)于使用固定通訊協(xié)議的RS485 系統(tǒng)，可以用檢測(cè)工具來方便的檢測(cè)系統(tǒng)芯片的軟損傷以及連接問題。

下面以使用耀華數(shù)字通訊協(xié)議的數(shù)字系統(tǒng)檢測(cè)工具DS- T1 為例，介紹一下檢測(cè)方法。

測(cè)試工具DS- T1 能有效檢測(cè)出通訊口中信號(hào)線斷線、信號(hào)線短路、接觸不良、通訊芯片軟擊穿、通訊芯片驅(qū)動(dòng)能力下降、通訊芯片負(fù)載增加等故障。

1） 檢測(cè)數(shù)字稱重系統(tǒng)通訊總線

這項(xiàng)功能一般用于施工前期檢測(cè)，能檢測(cè)出總線中某一路開路、接觸不良、短路等現(xiàn)象。斷開系統(tǒng)儀表端，將DS- T1 連接到系統(tǒng)通訊總線，接通工具電源，按下【測(cè)試數(shù)字傳感器】鍵，開始自動(dòng)對(duì)系統(tǒng)總線進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)完成后，如果檢測(cè)出通訊總線有故障，顯示錯(cuò)誤號(hào)提示。如果檢測(cè)通過，顯示【PASS】提示。

顯示【ERR 08】，提示R+ 線檢測(cè)未通過

顯示【ERR 04】，提示R- 線檢測(cè)未通過

顯示【ERR 02】，提示T+ 線檢測(cè)未通過

顯示【ERR 01】，提示T- 線檢測(cè)未通過

當(dāng)然也可能有多根通訊線同時(shí)檢測(cè)未通過，這時(shí)顯示為多種組合，需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況判斷是連接問題還是單只數(shù)字傳感器通訊接口問題。

2） 檢測(cè)單只數(shù)字傳感器通訊接口

這項(xiàng)功能檢測(cè)單只數(shù)字傳感器的通訊口，可用于進(jìn)出廠檢驗(yàn)，以及故障現(xiàn)場(chǎng)篩選合格傳感器。將DS- T1 連接到單只數(shù)字傳感器，接通工具電源，按下【測(cè)試數(shù)字傳感器】鍵，開始自動(dòng)對(duì)數(shù)字傳感器接口進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)完成后，如果檢測(cè)出通訊接口有故障，顯示錯(cuò)誤號(hào)提示。如果檢測(cè)合格，顯示【PASS】提示。

3） 檢測(cè)數(shù)字儀表通訊接口

這項(xiàng)功能檢測(cè)數(shù)字儀表的通訊口，可用于進(jìn)出廠檢驗(yàn)，以及故障現(xiàn)場(chǎng)篩選合格儀表。

將DS- T1 連接到數(shù)字儀表，接通儀表和工具電源，按下【測(cè)試數(shù)字儀表】鍵，開始檢測(cè)數(shù)字儀表通訊接口，此時(shí)在工具上可以輸入數(shù)據(jù)，如果儀表顯示重量會(huì)根據(jù)工具輸入的變化而變化，表示儀表通訊口正常。

五、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝時(shí)注意事項(xiàng)

了解了數(shù)字稱重系統(tǒng)出現(xiàn)問題的原因，我們就可以在系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝時(shí)，注意施工規(guī)范，避免系統(tǒng)不穩(wěn)定現(xiàn)象出現(xiàn)。具體注意事項(xiàng)如下：

1. 數(shù)字儀表電源地必須良好接地。安裝現(xiàn)場(chǎng)很大部分的干擾和故障來源于強(qiáng)共模干擾。由于接地點(diǎn)的不一致、插座接觸不良等導(dǎo)致的電，極容易導(dǎo)致儀表和數(shù)字傳感器損壞。因此有必要在安裝數(shù)字稱重系統(tǒng)時(shí)，對(duì)電源地做原地接地。

2. 在數(shù)字稱重系統(tǒng)設(shè)計(jì)初期考慮防雷擊設(shè)計(jì)。雷擊能量大、電壓高，同時(shí)伴有感應(yīng)雷、傳導(dǎo)雷，易損壞數(shù)字通訊接口芯片。在雷電頻發(fā)區(qū)域，設(shè)計(jì)防雷擊系統(tǒng)是提高系統(tǒng)可靠性，降低系統(tǒng)故障率的有效手段。

3. 在安裝初期，使用專用工具對(duì)總線進(jìn)行檢測(cè)，以排除系統(tǒng)中存在的隱患。

 

 

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