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一、前言

數字稱重系統以其防作弊、易調試等優(yōu)勢已經為越來越多的用戶所接受和推崇。由于數字稱重系統還處于發(fā)展階段，技術人員對數字系統的安裝和檢測還不是很熟悉，對于安裝現場和使用過程中出現的各種通訊故障常常束手無策。本文通過對各種通訊故障的現象進行分析，使技術人員了解其產生的原因。同時介紹一種用于檢測數字系統通訊接口的工具，通過具體問題具體分析，解決現場問題。

二、基礎

數字稱重系統中RS485 總線是連接數字儀表和數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，從而提高可靠性，實現長距離傳輸。理論上傳輸距離可以達到1200 米。

而實際應用中，很大一部分問題來自于差分傳輸。這是因為RS485 通訊系統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。

SN65HVD3082 通過差分輸入接口A、B 之間的反向電平接收信號，A 為高電平時，B 為低電平；A 為低電平時，B 為高電平。然而對于芯片而言，工作的電壓范圍有限，對此芯片為- 7V~12V，也就是說，如果信號線上共模電壓對該芯片地電壓超過以上范圍時，差分輸入會失效，傳輸的數據會出錯。

三、故障分析

1. 故障的大致分類

第一種是強共模干擾引起的故障。

由于數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，造成信號線與數字儀表之間的交流（通常是50 赫茲） 信號超標所造成。表現接收為時有時無，甚至一直無法接收。嚴重的時候，收發(fā)相距一米便無法實現數據接收。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），導致系統個別設備的RS485 芯片出現問題，影響了全局的接收。這是使用中經常出現的情況。第三種是線路故障。

例如局部短路、信號線有一根斷路這種情況經常會使系統可以正常工作，但是工作不穩(wěn)定。這種情況在安裝現場較為常見。

這幾種情況往往不是單獨存在，而是相生相伴，相互加劇，使系統不斷惡化。

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)系統共模干擾故障

首先區(qū)分幾個概念：

數字地———數字儀表和數字傳感器的信號地。通常與信號之間的直流電壓為0～5V。

大地———數字儀表和數字傳感器當地的接地。在很多情況下數字儀表和數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。

數字稱重系統使用的RS485 接口一般由發(fā)送和接收通道組成，每個通道有一根A 信號線、一根B信號線，A 和B 之間采用差分方式，即A 和B 之間電壓大于0.2V 時，有數據（0 或1） 傳輸。通常A、B 之間電壓反向工作，即A 為5V 時，B 為0V；A為0V 時，B 為5V，分別對應傳輸1 和0 信號。共模干擾即是同時作用在A 和B 上的電壓，當共模電壓為正向時，有可能將A 和B 電壓同時拉到12V 以上（如下圖一所示），或者負向電壓將A 和B 的電壓同時拉到－7V 以下。由于通訊芯片的抗高壓設計，會將信號線上電壓限在12V 和－7V。這樣對芯片來說A 和B 之間沒有壓差，此時收到的信號無法確認。在現場施工時，如果數字儀表和數字傳感器的數字地存在較大電壓的情況下，就可能使A、B 信號疊加在一個交流信號上，圖一是一個直流共模電壓信號疊加的示意圖。當疊加值小于－7V 或大于+12V 時，數據就會出現錯誤。因此可以計算出理論上的共模干擾信號必須小于7V/1.414=5Vac。但是實際情況下應該遠低于此值。根據經驗，這個值應該低于2.5Vac 以下

強共模干擾通常分為兩種情況：

第一種，電源地線懸空。由于用電設備（如電腦、打印機等） 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G 之間有一個小電容，以釋放L、N 對大地之間的瞬間高電壓。如果G 很好的接大地（通常規(guī)范建筑電源已經接好），那么能量將從電容上釋放到大地。如果G 端點未接地，這時G 點的電壓應該是對大地110Vac。這時，如果數字儀表連接到電源，而數字傳感器直接接到大地，G 端點的電壓將突破一切阻攔（通常是設備元器件）對地放電。此時重者將損壞設備元器件從而摧毀設備，輕者將對線路中的信號產生較大干擾或損傷元器件。

第二種，數字儀表和數字傳感器分別接大地地以及大功率用電設備直接接地導致）。這種干擾雖然電壓通常只有幾伏，但是有可能通過信號線產生較大電流，并燒毀設備或信號線。在特殊場合有可能出現，從施工角度這種干擾一般不會發(fā)生。這兩種干擾的測量，可以采用萬用表交流電壓檔測量，嚴重時可能150- 160Vac，一般也會在2.5Vac 以上。對于小于2.5Vac 的一般可以允許，否則將引起信號傳輸不穩(wěn)定。

2） 硬件故障

由于雷擊、485 網絡串入高電壓等原因，導致局部某個或某些數字傳感器的RS485 芯片損壞或損傷。這種情況經常表現為，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。就是將數字傳感器去掉，逐一添加，找出有問題的分支，再判斷是哪個接收端出問題。對于問題比較多的系統，這種方法可能會重復幾次，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，只是負載偏大，更脆弱一些，經常會在工作一段時間內，莫名奇妙的損壞。這種故障相對比較難發(fā)現和處理。

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，可以正常傳輸數據，一旦條件發(fā)生改變，系統就會不正常工作。這種故障通常表現為總線短路和總線中有一條斷路。短路時會影響短路點附近和短路點以后的接收設備正常接收，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。由于開路端接收設備的漏電因素各感應點因素，很可能使這個端口的電位處于交變浮動狀態(tài)。當交變幅度較小時，可能不會有什么影響，當幅度較大時就可能無法工作。另外這種浮動受當地“地電位”或用電負載的變化所影響因此會出現時好時壞、某一時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疏忽所致。有的情況下，這種疏忽會在數年以后才顯現出來。

四、故障檢測

(一) 通常的檢測方法：

1） 檢查總線是否短路。這種檢測通常需要在整個系統停電下進行。通常檢測總線之間電阻，判斷是否有短路、斷路現象。

2） 檢查信號線對地之間的交流電壓值。這種測量需要在系統加電情況下工作。先將待測的數字傳感器與系統全部分開，分別測量A- A、B- B、地- 地之間的交流電壓。當使用20V 檔檢測電壓大于2.5V 時，系統就可能產生干擾。

3） 代換方法確認個別數字傳感器的損壞。由于個別數字傳感器的損壞，導致個別數字傳感器不通訊或系統不穩(wěn)定。這種情況發(fā)生時，可以從數字接線盒端入手，將數字傳感器分組，逐個摘除或加入系統。確認故障組后，再將該組數字傳感器進一步分解排查。

(二) 使用專用檢測工具檢測：

使用以上測試方法時，測量點多，而且很難確認系統中哪一個支路有故障。

對于使用固定通訊協議的RS485 系統，可以用檢測工具來方便的檢測系統芯片的軟損傷以及連接問題。

下面以使用耀華數字通訊協議的數字系統檢測工具DS- T1 為例，介紹一下檢測方法。

測試工具DS- T1 能有效檢測出通訊口中信號線斷線、信號線短路、接觸不良、通訊芯片軟擊穿、通訊芯片驅動能力下降、通訊芯片負載增加等故障。

1） 檢測數字稱重系統通訊總線

這項功能一般用于施工前期檢測，能檢測出總線中某一路開路、接觸不良、短路等現象。斷開系統儀表端，將DS- T1 連接到系統通訊總線，接通工具電源，按下【測試數字傳感器】鍵，開始自動對系統總線進行檢測。檢測完成后，如果檢測出通訊總線有故障，顯示錯誤號提示。如果檢測通過，顯示【PASS】提示。

顯示【ERR 08】，提示R+ 線檢測未通過

顯示【ERR 04】，提示R- 線檢測未通過

顯示【ERR 02】，提示T+ 線檢測未通過

顯示【ERR 01】，提示T- 線檢測未通過

當然也可能有多根通訊線同時檢測未通過，這時顯示為多種組合，需要根據現場情況判斷是連接問題還是單只數字傳感器通訊接口問題。

2） 檢測單只數字傳感器通訊接口

這項功能檢測單只數字傳感器的通訊口，可用于進出廠檢驗，以及故障現場篩選合格傳感器。將DS- T1 連接到單只數字傳感器，接通工具電源，按下【測試數字傳感器】鍵，開始自動對數字傳感器接口進行檢測。檢測完成后，如果檢測出通訊接口有故障，顯示錯誤號提示。如果檢測合格，顯示【PASS】提示。

3） 檢測數字儀表通訊接口

這項功能檢測數字儀表的通訊口，可用于進出廠檢驗，以及故障現場篩選合格儀表。

將DS- T1 連接到數字儀表，接通儀表和工具電源，按下【測試數字儀表】鍵，開始檢測數字儀表通訊接口，此時在工具上可以輸入數據，如果儀表顯示重量會根據工具輸入的變化而變化，表示儀表通訊口正常。

五、系統設計、安裝時注意事項

了解了數字稱重系統出現問題的原因，我們就可以在系統設計、安裝時，注意施工規(guī)范，避免系統不穩(wěn)定現象出現。具體注意事項如下：

1. 數字儀表電源地必須良好接地。安裝現場很大部分的干擾和故障來源于強共模干擾。由于接地點的不一致、插座接觸不良等導致的電，極容易導致儀表和數字傳感器損壞。因此有必要在安裝數字稱重系統時，對電源地做原地接地。

2. 在數字稱重系統設計初期考慮防雷擊設計。雷擊能量大、電壓高，同時伴有感應雷、傳導雷，易損壞數字通訊接口芯片。在雷電頻發(fā)區(qū)域，設計防雷擊系統是提高系統可靠性，降低系統故障率的有效手段。

3. 在安裝初期，使用專用工具對總線進行檢測，以排除系統中存在的隱患。

 

 

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