1、西門(mén)子S7-200PLC RS485接口容易損壞的原因和解決辦法 一、 S7-200PLC內(nèi)部RS485接口電路圖：圖中R1、R2是阻值為10歐的普通電阻，其作用是防止RS485信號(hào)D+和D-短路時(shí)產(chǎn)生過(guò)電流燒壞芯片，Z1、Z2是鉗制電壓為6V，最大電流為10A的齊納二極管，24V電源和5V電源共地未經(jīng)隔離，當(dāng)D+或D-線上有共模干擾電壓灌入時(shí)，由橋式整流電路和Z1、Z2可將共模電壓鉗制在6.7V，從而保護(hù)RS485芯片SN75176（RS485芯片的允許共模輸入電壓范圍為：-7V+12V）。該保護(hù)電路能承受共模干擾電壓功率為60W，保護(hù)電路和芯片內(nèi)部沒(méi)有防靜電措施。二、常發(fā)生的故障現(xiàn)象分析：

2、當(dāng)PLC的RS485口經(jīng)非隔離的PC/PPI電纜與電腦連接、PLC與PLC之間連接或PLC與變頻器、觸摸屏等通信時(shí)時(shí)有通信口損壞現(xiàn)象發(fā)生，較常見(jiàn)的損壞情況如下：R1或R2被燒斷，Z1、Z1和SN75176完好。這是由于有較大的瞬態(tài)干擾電流經(jīng)R1或R2、橋式整流、Z1或Z1到地，Z1、Z2能承受最大10A電流的沖擊，而該電流在R1或R2上產(chǎn)生的瞬態(tài)功率為：10210=1000W，當(dāng)然會(huì)將其燒斷。SN75176損壞，R1、R2和Z1、Z2完好。這主要可能是受到靜電沖擊或瞬態(tài)過(guò)電壓速度快于Z1、Z2的動(dòng)作速度造成的，靜電無(wú)處不在，僅人體模式也會(huì)產(chǎn)生15kV的靜電。Z1或Z2、SN75176損壞，R1

3、和R2完好。這可能是受到高電壓低電流的瞬態(tài)干擾電壓將Z1或Z2和SN75176擊穿，由于電流較小和發(fā)生時(shí)間較短因而R1、R2不至于發(fā)熱燒斷。由以上分析得知PLC接口損壞的主要原因是由于瞬態(tài)過(guò)電壓和靜電造成，產(chǎn)生瞬態(tài)過(guò)電壓和靜電的原因很多也較復(fù)雜，如由于PLC內(nèi)部24V電源和5V電源共地，24V電源的輸出端子L+、M為其它設(shè)備混合供電可能導(dǎo)致地電位變化，從而造成共模電壓超出允許范圍。所以EIA-485標(biāo)準(zhǔn)要求將各個(gè)RS485接口的信號(hào)地用一條低阻值導(dǎo)線連接在一起以保證各節(jié)點(diǎn)的地電位相等，消除地線環(huán)流！當(dāng)帶電插拔未隔離的連接電纜時(shí)，由于兩端電位不相等電路中又存在諸多電感、電容之類的器件，插拔瞬間必

4、然產(chǎn)生瞬態(tài)過(guò)電壓或過(guò)電流。連接在RS485總線上的其它設(shè)備產(chǎn)生的瞬態(tài)過(guò)電壓或過(guò)電流同樣會(huì)流入到PLC，總線上連接的設(shè)備站點(diǎn)數(shù)越多，產(chǎn)生瞬態(tài)過(guò)電壓的因素也越多。當(dāng)通信線路較長(zhǎng)或有室外架空線時(shí)，雷電必然會(huì)在線路上造成過(guò)電壓，其能量往往是巨大的，常有用戶沮喪地說(shuō)：“聯(lián)網(wǎng)的幾十臺(tái)PLC全部遭打壞了！”。三、 解決辦法：1、從PLC內(nèi)部考慮：采用隔離的DC/DC將24V電源和5V電源隔離，我們分析了三菱、歐姆龍、施耐德PLC以及西門(mén)子的PROFIBUS接口均是如此。選用帶靜電保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)、輸入失效保護(hù)等保護(hù)措施完善的高擋次RS485芯片，如：SN65HVD1176D、MAX3468ESA等，這些芯片價(jià)

5、格一般在十幾元至幾十元，而SN75176的價(jià)格僅為1.5元。采用響應(yīng)速度更快、承受瞬態(tài)功率更大的新型保護(hù)器件TVS或BL浪涌吸收器，如P6KE6.8CA的鉗制電壓為6.8V，承受瞬態(tài)功率為500W，BL器件則可抗擊4000A以上大電流沖擊。R1和R2采用正溫度系數(shù)的自恢復(fù)保險(xiǎn)PTC，如JK60-010，正常情況下的電阻值為5歐，并不影響正常通信，當(dāng)受到浪涌沖擊時(shí)，大電流流過(guò)PTC和保護(hù)器件TVS（或BL），PTC的電阻值將驟然增大，使浪涌電流迅速減小。2、從PLC外部考慮：使用隔離的PC/PPI電纜，盡量不用廉價(jià)的非隔離電纜（特別是在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)）。西門(mén)子公司早期出產(chǎn)的PC/PPI電纜（6ES7

6、901-3BF00-0XA0）是不隔離的，現(xiàn)在也改成隔離的電纜了！ PLC的RS485口聯(lián)網(wǎng)時(shí)采用隔離的總線連接器，如PFB-G，速率為01.5Mbps自動(dòng)適應(yīng)，外形和使用方法與西門(mén)子非隔離的總線連接相同。與PLC聯(lián)網(wǎng)的第三方設(shè)備，如變頻器、觸摸屏等的RS485口均使用RS485隔離器BH-485G進(jìn)行隔離，這樣各RS485節(jié)點(diǎn)之間就無(wú)“電”的聯(lián)系，也無(wú)地線環(huán)流產(chǎn)生，即使某個(gè)節(jié)點(diǎn)損壞也不會(huì)連帶其它節(jié)點(diǎn)損壞。 RS485通信線采用PROFIBUS總線專用屏蔽電纜，保證屏蔽層接到每臺(tái)設(shè)備的外殼并最后接大地。對(duì)于有架空線的系統(tǒng)，總線上最好設(shè)置專門(mén)的防雷擊設(shè)施RS-485接口芯片介紹及應(yīng)用中的有關(guān)問(wèn)題

7、 1 引言RS-485接口芯片已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、儀器、儀表、多媒體網(wǎng)絡(luò)、機(jī)電一體化產(chǎn)品等諸多領(lǐng)域。可用于RS-485接口的芯片種類也越來(lái)越多。如何在種類繁多的接口芯片中找到最合適的芯片，是擺在每一個(gè)使用者面前的一個(gè)問(wèn)題。RS-485接口在不同的使用場(chǎng)合，對(duì)芯片的要求和使用方法也有所不同。使用者在芯片的選型和電路的設(shè)計(jì)上應(yīng)考慮哪些因素，由于某些芯片的固有特性，通信中有些故障甚至還需要在軟件上作相應(yīng)調(diào)整，如此等等。希望本文對(duì)解決RS-485接口的某些常見(jiàn)問(wèn)題有所幫助。2 RS-485接口標(biāo)準(zhǔn)傳輸方式：差分傳輸介質(zhì)：雙絞線標(biāo)準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)數(shù)：32最遠(yuǎn)通信距離：1200m 共模電壓最大、最小值：+12V；

8、-7V差分輸入范圍：-7V+12V接收器輸入靈敏度：200mV接收器輸入阻抗：12k3 節(jié)點(diǎn)數(shù)及半雙工和全雙工通信3.1 節(jié)點(diǎn)數(shù)所謂節(jié)點(diǎn)數(shù)，即每個(gè)RS-485接口芯片的驅(qū)動(dòng)器能驅(qū)動(dòng)多少個(gè)標(biāo)準(zhǔn)RS-485負(fù)載。根據(jù)規(guī)定，標(biāo)準(zhǔn)RS-485接口的輸入阻抗為12k，相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)節(jié)點(diǎn)數(shù)為32。為適應(yīng)更多節(jié)點(diǎn)的通信場(chǎng)合，有些芯片的輸入阻抗設(shè)計(jì)成1/2負(fù)載（24k）、1/4負(fù)載（48k）甚至1/8負(fù)載（96k），相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)數(shù)可增加到64、128和256。表1為一些常見(jiàn)芯片的節(jié)點(diǎn)數(shù)。3.2 半雙工和全雙工接口可連接成半雙工和全雙工兩種通信方式，如圖1所示。半雙工通信的芯片有SN75176、SN75276、S

9、N75LBC184、MAX485、MAX 1487、MAX3082、MAX1483等；全雙工通信的芯片有SN75179、SN75180、MAX488MAX491、MAX1482等。4 應(yīng)用中的常見(jiàn)問(wèn)題4.1 抗雷擊和抗靜電沖擊RS-485接口芯片在使用、焊接或設(shè)備的運(yùn)輸途中都有可能受到靜電的沖擊而損壞。在傳輸線架設(shè)于戶外的使用場(chǎng)合，接口芯片乃至整個(gè)系統(tǒng)還有可能遭致雷電的襲擊。選用抗靜電或抗雷擊的芯片可有效避免此類損失，常見(jiàn)的芯片有MAX485E、MAX487E、MAX1487E等。特別值得一提的是SN75LBC184，它不但能抗雷電的沖擊而且能承受高達(dá)8kV的靜電放電沖擊，是目前市場(chǎng)上不可多得

10、的一款產(chǎn)品。4.2 限斜率驅(qū)動(dòng)由于信號(hào)在傳輸過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生電磁干擾和終端反射，使有效信號(hào)和無(wú)效信號(hào)在傳輸線上相互迭加，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使通信無(wú)法正常進(jìn)行。為解決這一問(wèn)題，某些芯片的驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)成限斜率方式，使輸出信號(hào)邊沿不要過(guò)陡，以不致于在傳輸線上產(chǎn)生過(guò)多的高頻分量，從而有效地扼制干擾的產(chǎn)生。如MAX487、SN75LBC184等都具有此功能。4.3 故障保護(hù)故障保護(hù)技術(shù)是近兩年產(chǎn)生的，一些新的RS-485芯片都采用了此項(xiàng)技術(shù)，如SN75276、MAX3080MAX3089。什么是故障保護(hù)，為什么要有故障保護(hù)，如果沒(méi)有故障保護(hù)會(huì)產(chǎn)生什么后果？眾所周知，RS-485接口采用的是一種差分傳輸方式，各節(jié)點(diǎn)之間的

11、通信都是通過(guò)一對(duì)（半雙工）或兩對(duì)（全雙工）雙絞線作為傳輸介質(zhì)。根據(jù)RS-485的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，接收器的接收靈敏度為200mV，即接收端的差分電壓大于、等于+200 mV時(shí)，接收器輸出為高電平；小于、等于-200mV時(shí)，接收器輸出為低電平；介于200mV之間時(shí)，接收器輸出為不確定狀態(tài)。在總線空閑即傳輸線上所有節(jié)點(diǎn)都為接收狀態(tài)以及在傳輸線開(kāi)路或短路故障時(shí)，若不采取特殊措施，則接收器可能輸出高電平也可能輸出低電平。一旦某個(gè)節(jié)點(diǎn)的接收器產(chǎn)生低電平就會(huì)使串行接收器（UART）找不到起始位，從而引起通信異常，解決此類問(wèn)題的方法有兩種：（1）使用帶故障保護(hù)的芯片，它會(huì)在總線開(kāi)路、短路和空閑情況下，使接收器的輸出

12、為高電平。確保總線空閑、短路時(shí)接收器輸出高電平是由改變接收器輸入門(mén)限來(lái)實(shí)現(xiàn)的。例如，MAX3080MAX 3089輸入靈敏度為-50mV/-200mV，即差分接收器輸入電壓UAB-50mV時(shí)，接收器輸出邏輯高電平；如果UAB-200mV，則輸出邏輯低電平。當(dāng)接收器輸入端總線短路或總線上所有發(fā)送器被禁止時(shí)，接收器差分輸入端為0V，從而使接收器輸出高電平。同理，SN75276的靈敏度為0mV/-300mV，因而達(dá)到故障保護(hù)的目的。（2）若使用不帶故障保護(hù)的芯片，如SN75176、MAX1487等時(shí)，可在軟件上作一些處理，從而避免通信異常。即在進(jìn)入正常的數(shù)據(jù)通信之前，由主機(jī)預(yù)先將總線驅(qū)動(dòng)為大于+20

13、0mV，并保持一段時(shí)間，使所有節(jié)點(diǎn)的接收器產(chǎn)生高電平輸出。這樣，在發(fā)出有效數(shù)據(jù)時(shí)，所有接收器能夠正確地接收到起始位，進(jìn)而接收到完整的數(shù)據(jù)。關(guān)于485總線的接地問(wèn)題 在485總線的應(yīng)用中，如果簡(jiǎn)單地只用一對(duì)雙絞線將各個(gè)接口的“A”、“B”端連接起來(lái)，而忽略了信號(hào)地的互連，這種連接方法在許多場(chǎng)合是能正常工作的，但卻埋下了很大的隱患，這有下面二個(gè)原因：1共模干擾問(wèn)題：485總線雖采用差分方式傳輸信號(hào)，似乎并不需要相對(duì)于某個(gè)參照點(diǎn)來(lái)判定信號(hào)，系統(tǒng)只需檢測(cè)兩線之間的電位差就可以了，但有人往往忽視了任何485接口IC總有一定的共模電壓承受范圍，如一般的-7+12V，只有滿足這個(gè)條件，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)才能正常工作。

14、當(dāng)網(wǎng)絡(luò)線路中共模電壓超出此范圍時(shí)就會(huì)影響通信的穩(wěn)定可靠，甚至損壞接口。比如當(dāng)發(fā)送器A向接收器B發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)送器A的輸出共模電壓為VOS，由于兩個(gè)系統(tǒng)具有各自獨(dú)立的接地系統(tǒng)，存在著地電位差VGPD，那么接收器輸入端的共模電壓VCM就會(huì)達(dá)到VCM=VOS+VGPD。RS-485標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定VOS3V，但VGPD可能會(huì)有很大幅度如十幾伏甚至上百伏，且可能伴有強(qiáng)干擾（快速波動(dòng)），致使接收器共模輸入超出正常范圍并在傳輸線路上產(chǎn)生干擾電流，輕則影響正常通信，重則損壞通信接口電路。2EMI問(wèn)題：發(fā)送器輸出信號(hào)中的共模部分需要一個(gè)返回通路，如沒(méi)有一個(gè)低阻的返回通道（信號(hào)地），就會(huì)以輻射的形式返回源端（注意485的交流模型），整個(gè)總線就會(huì)像一個(gè)巨大的天線向外輻射電磁波。 由于上述原因，盡管485采用了差分平衡傳輸方式，但對(duì)整個(gè)485網(wǎng)絡(luò)而言，必須有一條低阻的信號(hào)地將各個(gè)接口的工作地連接起來(lái)，使共模干擾電壓VGPD被短路。這條信號(hào)地可以是額外的一條線（非屏蔽雙絞線），或者是屏蔽雙絞線的屏蔽層。這是最通常的接地方法。 值得注意的是，這種做法僅對(duì)高阻型共模干擾有效，由于干擾源內(nèi)阻大，短接后不會(huì)形成很大的接地環(huán)路電流，對(duì)于通信不會(huì)有很大影響。若共模干擾源內(nèi)阻較低時(shí)，則會(huì)在接地線上形成較大的環(huán)路電流，影響正常通信，這時(shí)應(yīng)采用下述解決方