弱电工程RS485总线知识汇总

我们做工程很多时候会提到RS485控制线，它到底是什么呢？今天我聊聊RS485相关的应用，深入了解RS485，你会发现里面的知识确实有很多，那么我们就选择一些平时在弱电中会考虑到的问题供大家了解。


一、什么是RS485总线


工业现场经常要采集多点数据，模拟信号或开关信号，一般用到RS485总线，RS-485采用半双工工作方式，支持多点数据通信。RS-485总线网络拓扑一般采用终端匹配的总线型结构。即采用一条总线将各个节点串接起来，不支持环形或星型网络。


RS485无具体的物理形状，根据工程的实际情况而采用的接口，RS485采用差分信号负逻辑，＋2V～＋6V表示"0"，- 6V～- 2V表示"1"。

RS485有两线制和四线制两种接线，四线制只能实现点对点的通信方式，现很少采用，现在多采用的是两线制接线方式，这种接线方式为总线式拓朴结构在同一总线上最多可以挂接32个结点。


485总线的通讯距离可以达到1200米。根据485总线结构理论，在理想环境的前提下，485总线传输距离可以达到1200米。其条件是通讯线材优质达标，波特率为9600，只负载一台485设备，才能使得通讯距离达到1200米，所以通常485总线实际的稳定的通讯距离往往达不到1200米。如果负载485设备多，线材阻抗不合乎标准，线径过细，转换器品质不良，设备防雷保护复杂和波特率的提高等等因素都会降低通讯距离。

二、RS485线缆


在一般场合采用普通的双绞线就可以，在要求比较高的环境下可以采用带屏蔽层的同轴电缆。在使用RS485接口时，对于特定的传输线路，从RS485接口到负载其数据信号传输所允许的最大电缆长度与信号传输的波特率成反比，这个长度数据主要是受信号失真及噪声等影响所影响。


理论上RS485的最长传输距离能达到1200米，但在实际应用中传输的距离要比1200米短，具体能传输多远视周围环境而定。在传输过程中可以采用增加中继的方法对信号进行放大，最多可以加八个中继，也就是说理论上RS485的最大传输距离可以达到9.6公里。如果真需要长距离传输，可以采用光纤为传播介质，收发两端各加一个光电转换器，多模光纤的传输距离是5~10公里，而采用单模光纤可达50公里的传播距离。


三、RS485布线安装注意事项


1、485总线应采用什么样的通讯线？一条总线上可以挂接多少台设备？
必须采用RVSP屏蔽双绞线。所用屏蔽双绞线规格，与485通讯线的距离和挂接的设备数量有关，如下表所示。采用屏蔽双绞线有助于减少和消除两根485通信线之间产生的分布电容以及来自于通讯线周围产生的共模干扰。
有人说，485总线可以带128台设备进行通讯。

其实并不是所有485转换器都能够带128台设备的，要根据485转换器内芯片的型号和485设备芯片的型号来判断，只能按照指标较低的芯片来确定其负载能力。一般485芯片负载能力有三个级别――32台、128台和256台。此外理论上的标称往往实际上是达不到的，通讯距离越长、波特率越高、线径越细、线材质量越差、转换器品质越差、转换器电能供应不足(无源转换器)、防雷保护越强，这些都会降低真实负载数量。
工程商大都习惯采用5类网线或超5类网线作为485通信线，这是错误的。这是因为：
（1 普通网线没有屏蔽层，不能防止共模干扰。
（2）不能用线径太细的网线，会导致传输距离降低和可挂接的设备减少，至少0.4mm平方或用标准的网线。
（3）网络线为单股的铜线，相比多芯线而言容易断裂。


2、为什么要接地
485收发器在规定的共模电压-7V至+12V之间时，才能正常工作。如果超出此范围会影响通讯，严重的会损坏通讯接口。共模干扰会增大上述共模电压。消除共模干扰的有效手段之一是将485通讯线的屏蔽层用作地线，将机具、电脑等网络中的设备地连接在一起，并由一点可靠地接入大地。


3、485通信线应如何走线
通信线尽量远离高压电线、日光灯等干扰源，通信线不能与电源线等干扰源避开时通信线应与电源线垂直，不能平行，更不能捆扎在一起，并采用质量高的双绞线走线。


4、、为什么485总线要采用手拉手结构，而不能采用星形结构？
星形结构会产生反射信号，从而影响到485通信。总线到每个终端设备的分支线长度应尽量短，一般不要超出5米。分支线如果没有接终端，会有反射信号，对通讯产生较强的干扰，应将其去掉，最好在RS485设备两头接有120Ω终端电阻。
拉手连接如图：

星形连接如图：

5、485总线上设备到设备之间可以有接点吗？
在同一个网络系统中，使用同一种电缆，尽量减少线路中的接点。接点处确保焊接良好，包扎紧密，避免松动和氧化。保证一条单一的、连续的信号通道作为总线。


6、什么叫共模干扰和差模干扰？如何消除通讯线上的干扰？
485通信线由两根双绞的线组成，它是通过两根通信线之间的电压差的方式来传递信号，因此称之为差分电压传输。差模干扰在两根信号线之间传输，属于对称性干扰。消除差模干扰的方法是在电路中增加一个偏值电阻（球机中的匹配电阻），并采用双绞线；共模干扰是在信号线与地之间传输，属于非对称性干扰。消除共模干扰的方法包括：
（1）采用屏蔽双绞线并有效接地。
（2）强电场的地方还要考虑采用镀锌管屏蔽。
（3）布线时远离高压线，更不能将高压电源线和信号线捆在一起走线。
（4）采用线性稳压电源或高品质的开关电源(纹波干扰小于50mV)。


7、什么情况下在485总线上要增加终端电阻？
一般情况下不需要增加终端电阻，只有在485通信距离超过300米的情况下，要在485通讯的开始端和结束端增加终端电阻。尤其是485总线上设备数量较少时。当设备数量较多时（如超过22台）。一般不需增加终端电阻，因为终端电阻会降低485总线的负载能力，球机终端120Ω匹配电阻的连接方式如下：球机终端120Ω匹配电阻可通过在球机底盘上的拨码开关拨码来连接。球机出厂时，120Ω匹配电阻默认为未接入，可通过把拨码开关的第10位拨到ON，把120Ω匹配电阻接入线路。反之，如果不接入120Ω匹配电阻，则把第10位拨到OFF即可。


8、实际应用中的问题
实际施工使用中用户常采用星形连接方式，此时终端电阻必须连接在线路距离最远的两个设备上（如下图，1＃与15＃设备），但是由于该连接方式不符合RS485工业标准的使用要求，因此在各设备线路距离较远时，容易产生信号反射、抗干扰能力下降等问题，导致控制信号的可靠性下降。此时，出现的现象为球机完全不受控，或自行运转无法停止等。

对于这种情况，建议采用增加一个RS485分配器。该产品可以有效地将星形连接转换为符合RS485工业标准所规定的连接方式，从而避免产生问题，提高通信可靠性，如下图所示。

9、无中继最大传输距离推荐用线
（1）普通双绞屏蔽型电缆 STP-120Ω（for RS485 & CAN） one pair 20 AWG ，电缆外径7.7mm左右。适用于室内、管道及一般工业环境。使用时，屏蔽层一端接地！
(2) 普通双绞屏蔽型电缆 STP-120Ω（for RS485 & CAN） one pair 18 AWG ，电缆外径8.2mm左右。适用于室内、管道及一般工业环境。使用时，屏蔽层一端接地！
(3) 铠装双绞屏蔽型电缆 ASTP-120Ω（for RS485 & CAN） one pair 18 AWG ，电缆外径12.3mm左右。可用于干扰严重、鼠害频繁以及有防雷、防爆要求的场所。使用时，建议铠装层两端接地，最内层屏蔽一端接地


四、RS485常见的故障与解决方法


一、如何预防故障的发生呢？


为减少通信故障提出下面几条建议。

1、建议用户使用和购买厂家提供的485转换器或者厂家指定推荐品牌的485转换器。
2、厂家会对与其配套的485转换器做大量的测试工作，并且会要求485转换器生产厂家按照其固定的性能参数进行生产和品质检测，所以它与门禁设备具备较好的兼容性。千万不要贪图便宜购买杂牌厂家的485转换器。

3、严格按照485总线的施工规范进行施工，杜绝任何侥幸心理。

4、对线路较长、负载较多的485总线工程采用科学的、有预留的解决方案。
5、如果通讯距离过长， 如超500米，建议采用中继器或485HUB来解决。
6、如果负载数过多，如一条总线上超过30台，建议采用485HUB来解决问题。
7、现场调试带齐调试设备。现场调试一定要随身携带几个可以接长距离和多负载的转换器、一台常用的电脑笔记本、测试通路断路的万用表，几个120欧姆的终端电阻。


二、采用485总线结构常见的几种通讯故障有下面几种？


1、通讯不上，无反应。

2、可以上传数据，但不可以下载数据。
3、通讯时系统提示受到干扰，或者不通讯时通讯指示灯也不停地闪烁。
4、有时能通讯上，有时通讯不上，有的指令可以通，有的指令不可以通。


三、出现故障了有哪些调试方法呢？


在调试前首先要确保设备接线正确，且施工合乎规范。可以根据遇到的问题采用下面几种调试方法。
1、共地法：
用1条线或者屏蔽线将所有485设备的GND地连接起来，这样可以避免所有设备之间存在影响通讯的电势差。

2、终端电阻法：

在最后一台485设备的485+和485-上并接120欧姆的终端电阻来改善通讯质量。

3、中间分段断开法：

通过从中间断开来检查是否设备负载过多、通讯距离过长、某台设备对整个通讯线路的影响等。
4、单独拉线法：
单独简易拉一条线到设备，这样可以用来排除是否是布线引起了通讯故障。
5、更换转换器法：
随身携带几个转换器，这样可以排除是否是转换器质量问题影响了通讯质量。
6、笔记本调试法：
先保证自己随身携带的电脑笔记本是通讯正常的设备，用它来替换客户电脑进行通讯，如果正常，则表明客户的电脑的串口有可能被损害或者受伤。
在弱电智能化工程中，RS485应用是很多的，最常见应用于门禁系统、BA系统，智能照明系统，停车场管理系统等，随着数字网络不断普及，现在RS485在弱电应用越来越少。



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