KJ218X安全监控系统应用过程中通讯中断解决方法探析
摘要: KJ218X安全监控系统从上位机到传输接口为TCP/IP协议通讯方式，从传输接口到分站、从分站到传感器和执行器等均为RS485主从通讯方式。在现场实际应用过程中，用户在通讯线缆选型、通讯节点的布局、大型变频设备干扰等方面出现偏差，导致监控系统内分站与上位机、传感器与分站等通讯中断现象经常发生。本文以RS485通讯工作原理、通讯线缆选型、布局等方面探析解决方法。
关键词：安全监控系统 RS485通讯 通讯中断
1.RS485总线的工作原理及特性：
1.1采用差分信号。可以抑制共模干扰。尤其当工业现场环境比较复杂，干扰比较多时，采用差分方式可以有效的提高通信可靠性。RS485采用两根通信线，通常用A和B或者D+和D-来表示。逻辑“1”以两线之间的电压差为+(0.2~6)V表示，逻辑“0”以两线间的电压差为-(0.2~6)V来表示，是一种典型的差分通信。
1.2 RS485内部的物理结构，采用的是平衡驱动器和差分接收器的组合，抗干扰能力也大大增加。可以在总线上进行联网实现多机通信，总线上允许挂多个收发器，从现有的RS485芯片来看，有可以挂32、64、128、256等不同个设备的驱动器。
关键词：安全监控系统 RS485通讯 通讯中断
1.RS485总线的工作原理及特性：
1.1采用差分信号。可以抑制共模干扰。尤其当工业现场环境比较复杂，干扰比较多时，采用差分方式可以有效的提高通信可靠性。RS485采用两根通信线，通常用A和B或者D+和D-来表示。逻辑“1”以两线之间的电压差为+(0.2~6)V表示，逻辑“0”以两线间的电压差为-(0.2~6)V来表示，是一种典型的差分通信。
1.2 RS485内部的物理结构，采用的是平衡驱动器和差分接收器的组合，抗干扰能力也大大增加。可以在总线上进行联网实现多机通信，总线上允许挂多个收发器，从现有的RS485芯片来看，有可以挂32、64、128、256等不同个设备的驱动器。
1.3 RS485通信速率快，最大传输速度可以达到10Mb/s以上。传输距离最远可以达到1200米左右，但是它的传输速率和传输距离是成反比的，只有在100Kb/s以下的传输速度，才能达到最大的通信距离，如果需要传输更远距离可以使用中继。
1.4 RS485的接口非常简单，与RS232所使用的MAX232是类似的，只需要一个RS485转换器，就可以直接与单片机的UART串口连接起来，并且使用完全相同的异步串行通信协议。但是由于RS485是差分通信，因此接收数据和发送数据是不能同时进行的，也就是说它是一种半双工通信。
2.KJ218X-F分站主要技术参数
2.1供电电源：18V.DC；工作电流：≤400mA。
2.2信号制式
端口数量：16路；传输方式：RS485；传输速率：2400bps； 信号工作电压峰峰值：≤12V。
2.3 最大传输距离
传感器及执行器至分站之间最大传输距离为2km；分站至交换机、分站至数据接口最大传输距离为10km。
1.4 RS485的接口非常简单，与RS232所使用的MAX232是类似的，只需要一个RS485转换器，就可以直接与单片机的UART串口连接起来，并且使用完全相同的异步串行通信协议。但是由于RS485是差分通信，因此接收数据和发送数据是不能同时进行的，也就是说它是一种半双工通信。
2.KJ218X-F分站主要技术参数
2.1供电电源：18V.DC；工作电流：≤400mA。
2.2信号制式
端口数量：16路；传输方式：RS485；传输速率：2400bps； 信号工作电压峰峰值：≤12V。
2.3 最大传输距离
传感器及执行器至分站之间最大传输距离为2km；分站至交换机、分站至数据接口最大传输距离为10km。
2.4监控分站与中心站、井下关联设备的连接关系
3.RS485传输技术特点
总线制RS485传输技术，由于传输网络结构简单，可带多个负载，允许一个发送驱动多个负载装置及现场应用较为方便等特点，目前在数据传输领域使用较为广泛。但现场在应用过程中未严格按技术要求使用，就会出现传输距离短、通讯误码率高等现象，而导致通讯时有中断现象的发生。
3.1影响传输距离的因素
接头多、连接不规范、负载节点多、传输介质选型、传输速率等均会影响通讯传输距离。
3.2传输误码率高的主要原因
传输介质未采用屏蔽双绞线缆、屏蔽线不接地、终端匹配电阻不匹配、通讯节点多、通讯距离远、电缆沿途敷设不规范、沿途存在大功率变频设备等原因，均会造成传输误码率高，而导致时有通讯中断现象。
3.RS485传输技术特点
总线制RS485传输技术，由于传输网络结构简单，可带多个负载，允许一个发送驱动多个负载装置及现场应用较为方便等特点，目前在数据传输领域使用较为广泛。但现场在应用过程中未严格按技术要求使用，就会出现传输距离短、通讯误码率高等现象，而导致通讯时有中断现象的发生。
3.1影响传输距离的因素
接头多、连接不规范、负载节点多、传输介质选型、传输速率等均会影响通讯传输距离。
3.2传输误码率高的主要原因
传输介质未采用屏蔽双绞线缆、屏蔽线不接地、终端匹配电阻不匹配、通讯节点多、通讯距离远、电缆沿途敷设不规范、沿途存在大功率变频设备等原因，均会造成传输误码率高，而导致时有通讯中断现象。
4.分站通讯中断原因分析
4.1通讯线路存在双路通讯共用一根四芯通信电缆的情况；
4.2总线布线较乱、传输线路分支节点太多、途径大型变频设备；不采用屏蔽双绞线，接线过程屏蔽层不接地。
4.3交换机到分站的距离远近差距较大，导致点到点的阻抗分配不均衡；
4.4通讯A、B端反接；网络上存在多余不用的支路；内外网管理混乱，IP地址冲突、病毒侵扰等。
网页自动关闭 5.分站通讯中断解决方法
5.1规范管理：
5.1.1为防止井下各种干扰对传输质量的影响，分站至交换机、分站至传感器传输线路的应采用屏蔽双绞线缆，每芯截面积不小于1.5平方毫米,以保证传输电平的幅值。传输线路屏蔽层在传输接口两端均要接地，确保两端电平平衡。
5.1.2信号传输要独立，严禁使用非屏蔽四芯电缆同时带载两路RS485信号。电缆敷设规范，通讯电缆沿途吊挂时，一定要避开大型变频设备及其输出电缆。
5.1.3各节点距离要均衡，避免忽近忽远现象；对传输距离较远的节点，如超过3000米
4.1通讯线路存在双路通讯共用一根四芯通信电缆的情况；
4.2总线布线较乱、传输线路分支节点太多、途径大型变频设备；不采用屏蔽双绞线，接线过程屏蔽层不接地。
4.3交换机到分站的距离远近差距较大，导致点到点的阻抗分配不均衡；
4.4通讯A、B端反接；网络上存在多余不用的支路；内外网管理混乱，IP地址冲突、病毒侵扰等。
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5.1规范管理：
5.1.1为防止井下各种干扰对传输质量的影响，分站至交换机、分站至传感器传输线路的应采用屏蔽双绞线缆，每芯截面积不小于1.5平方毫米,以保证传输电平的幅值。传输线路屏蔽层在传输接口两端均要接地，确保两端电平平衡。
5.1.2信号传输要独立，严禁使用非屏蔽四芯电缆同时带载两路RS485信号。电缆敷设规范，通讯电缆沿途吊挂时，一定要避开大型变频设备及其输出电缆。
5.1.3各节点距离要均衡，避免忽近忽远现象；对传输距离较远的节点，如超过3000米
建议采用光纤传输。
5.1.4不用的信号传输线要从总线中拆除，严禁网络中留有多余的信号传输线。
5.1.5 RS485总线一定要用手牵手式的总线结构，坚决避免星型连接和分叉连接。
5.2通讯中断排除方法
5.2.1确保井上网络简单化，减少传输节点与层级。监控用机严禁内外网同时连接。对于需要连接外网的上传机和WEB服务器必须使用安全网闸进行内外网物理隔离。要清晰规划交换机IP、RS485通讯模块IP、上位机IP、公共IP、数据库IP等。在测点定义中要合理规划各区域分站号、交换机号、虚拟分站号等。
5.2.2如果是环网内所有分站出现间断性通讯故障，将井下环网最简单的一边断开，形成两个单链路网络进行观察，出故障的一边，再以此类推进行排查。
5.2.3如果是局部交换机支线出现分站通讯中断，采用以下方式判断：
(1)共地法: 用1芯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。
5.1.4不用的信号传输线要从总线中拆除，严禁网络中留有多余的信号传输线。
5.1.5 RS485总线一定要用手牵手式的总线结构，坚决避免星型连接和分叉连接。
5.2通讯中断排除方法
5.2.1确保井上网络简单化，减少传输节点与层级。监控用机严禁内外网同时连接。对于需要连接外网的上传机和WEB服务器必须使用安全网闸进行内外网物理隔离。要清晰规划交换机IP、RS485通讯模块IP、上位机IP、公共IP、数据库IP等。在测点定义中要合理规划各区域分站号、交换机号、虚拟分站号等。
5.2.2如果是环网内所有分站出现间断性通讯故障，将井下环网最简单的一边断开，形成两个单链路网络进行观察，出故障的一边，再以此类推进行排查。
5.2.3如果是局部交换机支线出现分站通讯中断，采用以下方式判断：
(1)共地法: 用1芯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: 用交换机备用RS485通讯口单独拉一条线到设备，这样可以用来排除是否是布线引起了通讯故障。
(5)更换485通讯接口法: 更换交换机或者分站，这样可以排除是否是通讯接口质量问题影响了通讯质量。
参考文献：KJ218X-F矿用本安型安全监控分站使用说明书
作者简介：宋虎恩，出生年月：1974年10月5日，男，安徽淮南寿县，本科，学士学位，高级工程师。
(4)单独拉线法: 用交换机备用RS485通讯口单独拉一条线到设备，这样可以用来排除是否是布线引起了通讯故障。
(5)更换485通讯接口法: 更换交换机或者分站，这样可以排除是否是通讯接口质量问题影响了通讯质量。
参考文献：KJ218X-F矿用本安型安全监控分站使用说明书
作者简介：宋虎恩，出生年月：1974年10月5日，男，安徽淮南寿县，本科，学士学位，高级工程师。
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