輻射監(jiān)測信息管理系統(tǒng)RS-485總線通訊干擾問題的處理分析

敖秦

摘? ?要：本文主要基于項目現(xiàn)場輻射監(jiān)測信息管理系統(tǒng)中RS-485總線通訊的運用，針對輻射監(jiān)測信息管理系統(tǒng)中RS-485總線通訊使用星型連接導致的干擾問題進行分析驗證處理優(yōu)化。采用替代，對比脫機單獨運行等方式查找原因，基于分析的原因使用RS-485集線器來驗證解決設備星型連接導致的干擾問題。優(yōu)化提高輻射監(jiān)測信息管理系統(tǒng)的穩(wěn)定性，保障輻射監(jiān)測信息管理系統(tǒng)的正常運行。

關鍵詞：輻射監(jiān)測信息管理系統(tǒng)? RS-485總線? 通訊干擾

中圖分類號：TP311? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2020）01（b）-0061-02

在核工業(yè)領域輻射監(jiān)測信息管理系統(tǒng)應用RS-485總線通信網(wǎng)絡的現(xiàn)場中，輻射監(jiān)測設備經(jīng)常是分散性地分布于各處，數(shù)量眾多，各個輻射監(jiān)測設備之間的分布較遠，導致RS-485現(xiàn)場總線通信網(wǎng)絡中存在干擾，整個通信網(wǎng)絡的通信效率可靠性不高，影響輻射監(jiān)測信息管理系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。輻射監(jiān)測信息管理系統(tǒng)作為核工業(yè)領域重要的保障環(huán)節(jié)，負責監(jiān)測工藝、場所、人員等劑量水平，一旦發(fā)生故障會影響生產(chǎn)安全、環(huán)境安全及人員安全。因此研究輻射監(jiān)測信息管理系統(tǒng)的RS-485總線通信可靠性具有現(xiàn)實意義。

1? 基本原理

RS-485是一種差分通信方式，它的通信線路是兩路，通常用A和B或者D+和D-來表示。邏輯“1”以兩線之間的電壓差為+（2～6）V表示，邏輯“0”以兩線間的電壓差為-（2～6）V來表示，是一種典型的差分通信。RS-485通信速度快，最大傳輸速度可以達到10Mb/s以上，傳輸距離最遠可以達到1200m左右。可以在總線上進行聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)多機通信，總線上允許掛多個收發(fā)器，從現(xiàn)有的RS-485芯片來看，有可以掛32、64、128、256等不同個設備的驅(qū)動器。RS-485是一種半雙工通信，采用平衡發(fā)送和差分接收方式實現(xiàn)通信，傳輸線通常使用雙絞線，又是差分傳輸，所以有極強的抗共模干擾的能力。

2? 現(xiàn)場干擾問題工況分析

在某項目現(xiàn)場，輻射監(jiān)測信息管理系統(tǒng)區(qū)域γ監(jiān)測道共有27道，均采用RS-485總線連接，通訊電纜均為雙絞線。各監(jiān)測道的測量數(shù)據(jù)通過RS-485總線先連接成5個通道，然后分別經(jīng)RS-485接口送至采集機柜中的PLC處理器。設備網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

現(xiàn)場安裝完成后的調(diào)試設備過程中，發(fā)現(xiàn)區(qū)域γ監(jiān)測道開始隨機并經(jīng)常性的出現(xiàn)異常故障報警狀況。最易發(fā)生設備故障的設備為上圖1中編號：03、04、10、17、21、24的設備，這6臺出現(xiàn)故障最頻繁。

設備發(fā)生故障后，設備警告報警觸發(fā)，高報報警觸發(fā)。檢查發(fā)現(xiàn)設備參數(shù)如設備失效報警閾值，警告報警閾值，高報報警閾值，以及其他參數(shù)出現(xiàn)混亂甚至亂碼情況。正常情況下設備參數(shù)如下：5.00E-02，1.00E02，1.00E01，2.50E 00，1.20E-04，3.30E-02，2.00E-05。前三個分別為設備失效報警閾值，警告報警閾值，高報報警閾值，后四個分別為低量程靈敏度，低量程死時間，高量程靈敏度，高量程死時間。在設備發(fā)生故障后，設備各項參數(shù)混亂情況如下：0.00E00， 0.00E00，0.00E00，2.12E00， 2.12E00， 2.12E00，1.91E-05。甚至是亂碼情況如下：P.00E01， LPBEE1， P.00EE1， P.00EE1， P.00EE1， P.00EE1， P.00EE1。在執(zhí)行恢復出廠參數(shù)操作之后，上述問題依舊會重復出現(xiàn)，皆無法恢復正常。但是斷開故障設備的RS-485通訊線，設備再執(zhí)行恢復出廠參數(shù)操作可恢復正常。

首先檢查了PLC相關軟件程序，沒有發(fā)現(xiàn)故障，PLC運行正常?；谠O備斷開RS-485通訊接口可恢復正常，選取了這6臺最易發(fā)生故障的設備，斷開RS-485通訊接口，使其不連接網(wǎng)絡，脫機單獨運行。這6臺設備均未再出現(xiàn)設備異常故障報警。其余未斷開設備異常故障報警，參數(shù)錯亂問題依舊出現(xiàn)?；謴蚏S-485通訊接口，這6臺設備相繼再次出現(xiàn)設備異常故障報警問題。

在恢復所有設備通訊接口后，更換03、17兩道區(qū)域γ監(jiān)測道設備，更換的設備是經(jīng)過測試正常的區(qū)域γ監(jiān)測道設備。此后03、17兩道監(jiān)測道也出現(xiàn)了異常故障報警，參數(shù)混亂甚至是亂碼的現(xiàn)象。斷開RS-485通訊接口，03、17兩道區(qū)域γ監(jiān)測設備恢復正常。斷開所有RS-485通訊接口，使所有27道的區(qū)域γ監(jiān)測設備均脫機單獨運行。27道區(qū)域γ監(jiān)測道均未再出現(xiàn)上述異常故障報警問題，均可正常運行，不再發(fā)生異常故障報警情況?；謴退性O備的RS-485通訊接口，相繼再次出現(xiàn)設備故障。基于上述設備測試情況，可以確定區(qū)域γ監(jiān)測儀的參數(shù)混亂及錯誤報警是由于RS-485通訊干擾造成的，排除設備問題。

分析區(qū)域γ監(jiān)測道網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)圖可以發(fā)現(xiàn)其中有四個通道是星型連接，而在RS-485總線通訊中，不能以星型連接的方式進行通訊，應該以手拉手方式或者采用增加RS-485集線器的方式構(gòu)建網(wǎng)絡。項目現(xiàn)場網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)采用的是星型連接方式。分析原因可能是由于星型連接方式RS-485總線阻抗不一致導致的反射波引起的通訊異常。

3? 現(xiàn)場干擾問題處理及效果

根據(jù)分析的原因，現(xiàn)場采用增加RS-485集線器的方法解決星型連接導致的通訊干擾問題。采用的設備為光隔RS-485/422總線分割集中器， 其功能主要有光電隔離，短路開路保護，支持星形連接。將區(qū)域γ監(jiān)測道的RS-485通訊線分別接入光隔RS-485/422總線分割集中器的入口，入口通訊接線與每個監(jiān)測道一一對應。再由光隔RS-485/422總線分割集中器的出線口接入PLC的RS-485串口中。光隔RS-485/422總線分割集中器的RS-485接口輸入、輸出端均采用獨立驅(qū)動方式，各條總線相互獨立驅(qū)動，互相不干擾，從而保證了485網(wǎng)絡的通信穩(wěn)定性。

改造網(wǎng)絡完成后組網(wǎng)狀態(tài)下設備不再出現(xiàn)設備異常故障報警情況，設備均可正常工作，輻射監(jiān)測信息管理系統(tǒng)運行穩(wěn)定。星型連接方式造成RS-485總線阻抗不一致導致反射波引起通訊干擾，而光隔RS-485/422總線分割集中器可以很好的解決由于星型連接導致的干擾問題。

4? 結(jié)語

輻射監(jiān)測信息管理系統(tǒng)屬于核安全監(jiān)測的重要一環(huán)，其系統(tǒng)的穩(wěn)定性至關重要。系統(tǒng)的故障會造成操作人員對現(xiàn)場工況產(chǎn)生錯誤判斷，影響操作人員的正常操作，甚至導致誤操作。輻射監(jiān)測信息管理系統(tǒng)在設計安裝中應結(jié)合現(xiàn)場實際情況，安全經(jīng)濟高效的搭建輻射監(jiān)測網(wǎng)絡。RS-485總線在現(xiàn)場的連接由于現(xiàn)場設備分布范圍較廣，分布不規(guī)律，采用手牽手的連接方式會導致工程造價過高，并且不利于集中控制?，F(xiàn)場的實際中，考慮實際工況，多存在有星型連接方式，但是在星型連接過程中應當增加集線器才能構(gòu)建星型網(wǎng)絡，否則不能連接成星型網(wǎng)絡。

參考文獻

[1] 姜傳彥. 工業(yè)現(xiàn)場RS485通訊干擾問題處理[J].科技創(chuàng)新與應用，2019（2）：147-148.

[2] 張道德，張錚，楊光友.RS-485總線抗干擾的研究[J].湖北工業(yè)大學學報，2005，20（3）：138-140.