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一、前言

數(shù)字稱重系統(tǒng)以其防作弊、易調試等優(yōu)勢已經(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，技術人員對數(shù)字系統(tǒng)的安裝和檢測還不是很熟悉，對于安裝現(xiàn)場和使用過程中出現(xiàn)的各種通訊故障常常束手無策。本文通過對各種通訊故障的現(xiàn)象進行分析，使技術人員了解其產(chǎn)生的原因。同時介紹一種用于檢測數(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)場問題。

二、基礎

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，從而提高可靠性，實現(xiàn)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(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。

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?shù)臄?shù)據(jù)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(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，造成信號線與數(shù)字儀表之間的交流（通常是50 赫茲） 信號超標所造成。表現(xiàn)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(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），導致系統(tǒng)個別設備的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、信號線有一根斷路這種情況經(jīng)常會使系統(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(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)分幾個概念：

數(shù)字地———數(shù)字儀表和數(shù)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(shù)字儀表和數(shù)字傳感器當?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(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，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(xiàn)場施工時，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(shù)據(jù)就會出現(xiàn)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(jù)經(jīng)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(jīng)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(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(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(chǎn)生較大電流，并燒毀設備或信號線。在特殊場合有可能出現(xiàn)，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(wǎng)絡串入高電壓等原因，導致局部某個或某些數(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。就是將數(shù)字傳感器去掉，逐一添加，找出有問題的分支，再判斷是哪個接收端出問題。對于問題比較多的系統(tǒng)，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(jīng)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(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?shù)?ldquo;地電位”或用電負載的變化所影響因此會出現(xiàn)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(shù)年以后才顯現(xiàn)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(tǒng)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(xiàn)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(tǒng)加電情況下工作。先將待測的數(shù)字傳感器與系統(tǒng)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(tǒng)就可能產(chǎn)生干擾。

3） 代換方法確認個別數(shù)字傳感器的損壞。由于個別數(shù)字傳感器的損壞，導致個別數(shù)字傳感器不通訊或系統(tǒng)不穩(wěn)定。這種情況發(fā)生時，可以從數(shù)字接線盒端入手，將數(shù)字傳感器分組，逐個摘除或加入系統(tǒng)。確認故障組后，再將該組數(shù)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(tǒng)中哪一個支路有故障。

對于使用固定通訊協(xié)議的RS485 系統(tǒng)，可以用檢測工具來方便的檢測系統(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(shù)字稱重系統(tǒng)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(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【測試數(shù)字傳感器】鍵，開始自動對系統(tǒng)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(jù)現(xiàn)場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） 檢測單只數(shù)字傳感器通訊接口

這項功能檢測單只數(shù)字傳感器的通訊口，可用于進出廠檢驗，以及故障現(xiàn)場篩選合格傳感器。將DS- T1 連接到單只數(shù)字傳感器，接通工具電源，按下【測試數(shù)字傳感器】鍵，開始自動對數(shù)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(shù)字儀表通訊接口

這項功能檢測數(shù)字儀表的通訊口，可用于進出廠檢驗，以及故障現(xiàn)場篩選合格儀表。

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

五、系統(tǒng)設計、安裝時注意事項

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)設計、安裝時，注意施工規(guī)范，避免系統(tǒng)不穩(wěn)定現(xiàn)象出現(xiàn)。具體注意事項如下：

1. 數(shù)字儀表電源地必須良好接地。安裝現(xiàn)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(shù)字傳感器損壞。因此有必要在安裝數(shù)字稱重系統(tǒng)時，對電源地做原地接地。

2. 在數(shù)字稱重系統(tǒng)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(shù)字通訊接口芯片。在雷電頻發(fā)區(qū)域，設計防雷擊系統(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，使用專用工具對總線進行檢測，以排除系統(tǒng)中存在的隱患。

 

 

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