本帖最后由 zyb329321151 于 2024-3-24 16:27 编辑
RS485通信故障案例分享<一>
在我分享的《RS485总线讨论》篇章中，主要讨论了RS485总线定义，主要特性、网络拓扑、应用电路以及失效理论分析。这里，我们将在对RS485的失效案例进行实际分享。本文将围绕以下几个异常案例进行分享：
案例一：RS485上拉电阻值、下拉电阻值的影响
问题现象：在某工业应用中， RS485总线上的A厂与B厂主机通信时断时续。在无人干预的情况下，又能自动恢复，以次反复。系统拓扑如图1所示。
图 1
验证过程：①实测发现，B厂主机发给A厂主机的数据存在异常，丢失了帧头的E6，异常现象见图二；②问题可能的原因：a. 软件收发时许不匹配;b.RS485总线硬件电路驱动能力不足。③增加B厂主机收到A厂数据后，增加延时再回复。发现异常依然存在，因此排除原因a。④对比A厂和B厂的硬件电路，发现B厂设备的上拉电阻和下拉电阻未焊接，驱动能力不足，导致通信失败。
图 2
问题原因：A厂与B厂通信数据异常，导致通信中断。B厂设备未焊接上拉电阻和下拉电阻，设备驱动能力不足，导致通信异常。
解决方案：①B厂设备增加上拉电阻和下拉电阻，以提升通信驱动能力；②A厂主设备减小上拉电阻和下拉电阻阻值，提升A厂主设备驱动能力。综合考虑方案实际可行性，最终选择方案②
问题复盘：
①为什么RS485需要上拉电阻和下拉电阻提升驱动能力？
在RS485通信电路设计中，要求485A、485B点电压压差大于0.2V。实际应用中，485通信距离达到1200m，485A、485B点电压会随着距离边长，压差将减小，信号的波形出现畸变，这将导致通信异常。因此，为提升485通信稳定性，实际产品设计中需要增加上拉电阻和下拉电阻。
②RS485上拉和下拉电阻如何选取？
将上述案例通信故障可以简化为如图3所示拓扑图：
图 3
根据RS485通信协议，要求485A、485B点电压压差大于0.2V。
则存在公式：
在本案例中，R1=10KΩ，R2=10KΩ，R3=10KΩ。因此，VA-VB=29.8mV
。
根据MAX485数据手册，485A、485B的电压压差大于0.2V 为高电平1，小于-0.2V为0。而29.8mV处于-0.2V~0.2V之间，难以判断电平，因此导致通信断断续续。
当主机A的上拉电阻和下拉电阻改为1K时，，VA-VB=283mV
。此时，压差大于0.2V，RS485通信稳定。
案例二：RS485线缆的直流电阻影响通信距离
问题现象：在某工业应用中，业主提供RS485通信线缆，厂家提供通信主机和从机。现场总共有16个从机，通信距离达到1Km。测试发现，距离较远的从机无法与主机进行通信，从机与主机距离越近，通信越稳定，距离越远，通信效果越差，1000m位置的主机通信100% Fail。
验证过程：①确认现场主机和从机的拓扑结构、端接匹配电阻、接线方式都符合设计要求；②断开所有从机，逐台进行测试。发现近端从机正常，远端从机通信失败；③测量每处从机的485A、485B波形，发现远端从机的波形发生畸变，不满足485总线通信要求。④测量通信电缆阻抗，发现其直流阻抗远超RS485通信线缆要求。更换新的符合标准的通信线缆，通信成功。
问题原因：通信线缆直流阻抗较大，大致远端从机接收到的信号畸变，电压差不满足RS485通信总线设计标准。
解决方案：更换新的符合标准的通信线缆。
问题复盘：为什么通信线缆阻抗对RS485的通信质量存在影响？
将上述案例通信故障可以简化为如图4所示拓扑图：
图 4
根据RS485通信电气标准可知，当主机输出高电平时，VA-VB>1.5V
。那么，从机接收到的信号电压差为从机端120Ω两端的压差。因此，存在公式：
Ra和Rb分别是线缆阻抗，由于采用双绞线，因此可以认为Ra=Rb。因此，如果要接收端压差>0.2V，就需要Ra=Rb<390Ω。一旦通信线缆阻抗大于390Ω，RS485通信就会出现异常，导致通信失败。
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