1 概述

在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中，當(dāng)PLC與變頻器之間采用RS-485方式進(jìn)行通信時(shí)，經(jīng)常容易產(chǎn)生通信中斷、誤碼、死機(jī)甚至RS-485接口被損壞等故障，而且聯(lián)網(wǎng)的變頻器越多，這種現(xiàn)象越容易發(fā)生。由于變頻器本身的特點(diǎn)決定了變頻器會(huì)產(chǎn)生諸多干擾，對(duì)于RS-485通信接口而言，由于各個(gè)PLC和變頻器使用不同的電源，或本身電路結(jié)構(gòu)的不同，使得各個(gè)RS-485通信接口的地電位相差很大，勢(shì)必造成傳送數(shù)據(jù)時(shí)信號(hào)失真較為嚴(yán)重，使得通信出錯(cuò)，當(dāng)共模電壓超過(guò)-7V或+12V時(shí)則會(huì)損壞RS-485接口。

將每個(gè)RS-485通信接口進(jìn)行隔離是解決問(wèn)題的最好辦法，即在每臺(tái)PLC和變頻器的RS-485通信接口上加裝RS-485到RS-485的隔離器，為了保證加裝了隔離器后仍然使用原來(lái)的軟件，隔離器必須是無(wú)延時(shí)的、波特率自動(dòng)適應(yīng)的、數(shù)據(jù)完全透明的傳輸裝置。

2 FSACC01隔離器方案

采用直接聯(lián)網(wǎng)雖然是最經(jīng)濟(jì)的方案，但存在以下缺點(diǎn)：

（1）當(dāng)距離超過(guò)500m時(shí)，需增加RS-485中繼器來(lái)延長(zhǎng)通信距離，而中繼器需要供電，這對(duì)于有些無(wú)供電條件的場(chǎng)合，是一個(gè)難以解決的問(wèn)題。

（2）整個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)是非隔離的，抗干擾能力較差，特別是當(dāng)網(wǎng)絡(luò)需要與變頻器通信時(shí)容易造成誤碼和死機(jī)。

（3）由于通信網(wǎng)絡(luò)是非隔離的，當(dāng)有雷電或其它較強(qiáng)的瞬變電壓干擾作用于網(wǎng)絡(luò)上時(shí)，將造成網(wǎng)絡(luò)上的全部變頻器接口損壞，帶來(lái)重大的損失。

圖1 FSACC01隔離器構(gòu)成的主從式RS-485網(wǎng)絡(luò)

（4）變頻器的TER和AUX口均為MD8F園形插座，不便于接線。

采用FSACC01隔離器或CAN-485G遠(yuǎn)程驅(qū)動(dòng)器可以很好地解決以上問(wèn)題，通過(guò)在每臺(tái)變頻器的通信接口（TER口）安裝FSACC01隔離器構(gòu)成的主從式RS-485網(wǎng)絡(luò)如圖1所示，無(wú)中繼器時(shí)可實(shí)現(xiàn)最大通信距離為2km（9600bps時(shí)），在19200bps波特率時(shí)通信距離可達(dá)1.2km，如需傳送更遠(yuǎn)距離可在總線中加裝RS-485中繼器（型號(hào)：E485GA），F(xiàn)SACC01的通信速率為0～250kbps自動(dòng)適應(yīng)，并具有防雷擊和浪涌保護(hù)電路。

組網(wǎng)的通信線可選截面積為0.5mm2以上的雙絞線，將RS-232/RS-485隔離轉(zhuǎn)換器FS-485G上的設(shè)置開(kāi)關(guān)K1撥到“485”，選擇RS-485模式，K2撥到“R”接入120Ω終端電阻；將總線末端FSACC01上的終端電阻設(shè)置開(kāi)關(guān)S2撥到“R”，接入120Ω終端電阻，其它站點(diǎn)的終端電阻設(shè)置開(kāi)關(guān)S2撥到“OFF”。

雖然FSACC01硬件本身支持掛接64個(gè)站點(diǎn)，但實(shí)際可訪問(wèn)的站點(diǎn)數(shù)量還是由軟件決定。如總線上需掛接變頻器通信，為便于使用PLC上的24VDC電源，可將FSACC01換成BH-485G隔離器，將變頻器的RS-485口經(jīng)BH-485G隔離后再和總線相連，這種方案可以很好地解決PLC與變頻器通信時(shí)的干擾和死機(jī)問(wèn)題。

3 CAN-485G遠(yuǎn)程驅(qū)動(dòng)器方案

通過(guò)在每臺(tái)變頻器的通信接口安裝CAN-485G遠(yuǎn)程驅(qū)動(dòng)器構(gòu)成通信網(wǎng)絡(luò)如圖2所示，在傳輸波特率為9600bps時(shí)可實(shí)現(xiàn)最大通信距離為5km，傳輸波特率為19200bps時(shí)可達(dá)3km，這是目前無(wú)中繼器時(shí)銅線傳輸?shù)淖畲缶嚯x，CAN-485G是隔離的透明傳輸驅(qū)動(dòng)器，該產(chǎn)品并未使用CAN協(xié)議而采用的是透明傳輸方式，因此使用CAN-485G后并不需對(duì)原有軟件作任何修改，CAN信號(hào)與RS-485信號(hào)相比有諸多優(yōu)點(diǎn)。

圖2 PLC的通信口安裝CAN-485G遠(yuǎn)程驅(qū)動(dòng)器示意圖

（1）通信線的截面積比RS-485通信線大，應(yīng)選1mm2的雙絞線，由于CAN-485G和CAN-232G（接計(jì)算機(jī)的RS-232口）設(shè)計(jì)有二對(duì)總線端子，按圖2所示接線也不存在分支線問(wèn)題了。

（2）CAN-485G和CAN-232G內(nèi)部已設(shè)計(jì)有終端電阻，需將總線的始端和末端上的終端電阻設(shè)置開(kāi)關(guān)K撥到“R”（接入120Ω終端電阻），而其它站點(diǎn)應(yīng)撥到“OFF”（不接終端電阻）。雖然CAN-485G硬件本身支持掛接110個(gè)站點(diǎn)，但實(shí)際可訪問(wèn)的站點(diǎn)數(shù)量還是由軟件決定。

（3）CAN-232G和CAN-485G均需5VDC工作電源，對(duì)于CAN-232G的工作電源可取自計(jì)算機(jī)的USB口或用5VDC穩(wěn)壓，而CAN-485G的工作電源可取自TER口的8腳（+5V）和7腳（GND），并將5腳和7腳短接（從機(jī)模式）。

4 BH-485G隔離器方案

BH-485G隔離器是具有數(shù)據(jù)流向自動(dòng)切換、數(shù)據(jù)完全透明傳輸、無(wú)延時(shí)的隔離器，波特率為0～250kbps自適應(yīng)，供電電源具有5VDC或24VDC兩種方式任選（一般變頻器上均有24VDC電源輸出端子），BH-485G具有二對(duì)RS-485接線端子，避免了會(huì)使波形畸變的總線分支問(wèn)題，接線非常方便。

BH-485G外形為標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌安裝，帶有數(shù)據(jù)收發(fā)指示燈。加裝了BH-485G隔離器后的PLC和變頻器組成的RS-485通信網(wǎng)絡(luò)如圖3所示。

圖3 采用BH-485G隔離器的變頻器和PLC組成的RS485通信網(wǎng)絡(luò)

設(shè)置時(shí)須將總線二端的BH-485G上的終端電阻設(shè)置開(kāi)關(guān)K撥到“R”（接入120Ω終端電阻），其它位置的開(kāi)關(guān)撥到“OFF”（不接終端電阻）。如通信距離超過(guò)2km（9600bps時(shí)），可在總線中增加RS-485中繼器（型號(hào)：E485GA）或使用CAN-485G超遠(yuǎn)程隔離驅(qū)動(dòng)器。

5 西門子PLC與變頻器的光隔離聯(lián)網(wǎng)方案

通過(guò)在每臺(tái)PLC的通信接口安裝PFB-G總線隔離器，如圖4所示，無(wú)中繼器時(shí)可實(shí)現(xiàn)最大通信距離為2km/600bps時(shí)，最多站點(diǎn)數(shù)量為160個(gè)，如距離超過(guò)2km可在網(wǎng)絡(luò)中加裝RS-485中繼器（型號(hào)：E485GP），PFB-G的最高通信速率為12Mbps，可用于PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)、PPI網(wǎng)絡(luò)、MPI網(wǎng)絡(luò)和自由口通信網(wǎng)絡(luò)等一切RS-485網(wǎng)絡(luò)，特別適用于干擾較大的惡劣環(huán)境，由于光電隔離解決了各個(gè)節(jié)點(diǎn)由于地電位差帶來(lái)的經(jīng)常損壞通信接口的問(wèn)題，并使通信中的干擾減小到最小，特別是當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中有變頻器接口時(shí)效果更為明顯。

圖4 每臺(tái)PLC的通信口安裝PFB-G總線隔離器

如總線上需掛接變頻器接口，為便于安裝和接線，可將PFB-G換成BH-485G隔離器，將變頻器的RS-485口經(jīng)BH-485G隔離后再和總線相連，這種方案可以很好的解決PLC與變頻器通信時(shí)的干擾和死機(jī)問(wèn)題。

西門子S7-200系列PLC與變頻器組成RS-485通信網(wǎng)絡(luò)，其傳統(tǒng)的做法是將PLC和變頻器的RS-485通信接口直接相連組成網(wǎng)絡(luò)，實(shí)際應(yīng)用發(fā)現(xiàn)對(duì)于一些干擾較惡劣的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，通信常常產(chǎn)生誤碼、死機(jī)甚至損壞RS-485口的故障，系統(tǒng)的可靠性大大降低。對(duì)于架空線路，若遭雷擊則很可能使總線上的所有設(shè)備損壞。

解決以上問(wèn)題的最簡(jiǎn)單有效的辦法是在PLC和變頻器的RS-485通信接口加裝帶浪涌保護(hù)的RS-485光電隔離器，以消除地線環(huán)路的干擾和變頻器特有的瞬態(tài)過(guò)電壓等干擾，采用PFB-G總線隔離器和BH-485G隔離器組成的PLC和變頻器通信網(wǎng)絡(luò)如圖5所示，由圖5可見(jiàn)，所有設(shè)備的RS-485口均被隔離，整個(gè)通信線路被浮空，有效地抑制了干擾的進(jìn)入，也徹底解決了由于設(shè)備接地問(wèn)題而引起的串?dāng)_，使系統(tǒng)的可靠性得到很大提高。

圖5 采用PFB-G總線隔離器和BH-485G隔離器組成的PLC和變頻器通訊網(wǎng)絡(luò)

PFB-G直接插在PLC的RS-485接口（DB9F）上，工作電源由PLC通信接口的7腳和2腳的24VDC供給，無(wú)需另接電源，BH-485G為標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌安裝結(jié)構(gòu)，安裝在變頻器機(jī)柜中，24VDC工作電源可取自變頻器的24VDC電源輸出端子，安裝非常方便。

6 結(jié)語(yǔ)

解決在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)PLC與變頻器之間采用RS-485方式進(jìn)行通信時(shí)受干擾的問(wèn)題，最佳解決方案是在PLC和變頻器的RS-485通信接口采用隔離器，而且加裝帶浪涌保護(hù)的RS-485光電隔離器，可消除地線環(huán)路的干擾和變頻器特有的瞬態(tài)過(guò)電壓等干擾，使由PLC和變頻器構(gòu)成的工業(yè)控制系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)的可靠性得到很大的提高。