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1 概述

在工業現場中，當PLC與變頻器之間采用RS-485方式進行通信時，經常容易產生通信中斷、誤碼、死機甚至RS-485接口被損壞等故障，而且聯網的變頻器越多，這種現象越容易發生。由于變頻器本身的特點決定了變頻器會產生諸多干擾，對于RS-485通信接口而言，由于各個PLC和變頻器使用不同的電源，或本身電路結構的不同，使得各個RS-485通信接口的地電位相差很大，勢必造成傳送數據時信號失真較為嚴重，使得通信出錯，當共模電壓超過-7V或+12V時則會損壞RS-485接口。

將每個RS-485通信接口進行隔離是解決問題的最好辦法，即在每臺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的軟件，隔離器必須是無延時的、波特率自動適應的、數據完全透明的傳輸裝置。

2 FSACC01隔離器方案

采用直接聯網雖然是最經濟的方案，但存在以下缺點：

（1）當距離超過500m時，需增加RS-485中繼器來延長通信距離，而中繼器需要供電，這對于有些無供電條件的場合，是一個難以解決的問題。

（2）整個通信網絡是非隔離的，抗干擾能力較差，特別是當網絡需要與變頻器通信時容易造成誤碼和死機。

（3）由于通信網絡是非隔離的，當有雷電或其它較強的瞬變電壓干擾作用于網絡上時，將造成網絡上的全部變頻器接口損壞，帶來重大的損失。

圖1 FSACC01隔離器構成的主從式RS-485網絡

（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遠程驅動器可以很好地解決以上問題，通過在每臺變頻器的通信接口（TER口）安裝FSACC01隔離器構成的主從式RS-485網絡如圖1所示，無中繼器時可實現最大通信距離為2km（9600bps時），在19200bps波特率時通信距離可達1.2km，如需傳送更遠距離可在總線中加裝RS-485中繼器（型號：E485GA），FSACC01的通信速率為0～250kbps自動適應，并具有防雷擊和浪涌保護電路。

組網的通信線可選截面積為0.5mm2以上的雙絞線，將RS-232/RS-485隔離轉換器FS-485G上的設置開關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上的終端電阻設置開關S2撥到“R”，接入120Ω終端電阻，其它站點的終端電阻設置開關S2撥到“OFF”。

雖然FSACC01硬件本身支持掛接64個站點，但實際可訪問的站點數量還是由軟件決定。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與變頻器通信時的干擾和死機問題。

3 CAN-485G遠程驅動器方案

通過在每臺變頻器的通信接口安裝CAN-485G遠程驅動器構成通信網絡如圖2所示，在傳輸波特率為9600bps時可實現最大通信距離為5km，傳輸波特率為19200bps時可達3km，這是目前無中繼器時銅線傳輸的最大距離，CAN-485G是隔離的透明傳輸驅動器，該產品并未使用CAN協議而采用的是透明傳輸方式，因此使用CAN-485G后并不需對原有軟件作任何修改，CAN信號與RS-485信號相比有諸多優點。

圖2 PLC的通信口安裝CAN-485G遠程驅動器示意圖

（1）通信線的截面積比RS-485通信線大，應選1mm2的雙絞線，由于CAN-485G和CAN-232G（接計算機的RS-232口）設計有二對總線端子，按圖2所示接線也不存在分支線問題了。

（2）CAN-485G和CAN-232G內部已設計有終端電阻，需將總線的始端和末端上的終端電阻設置開關K撥到“R”（接入120Ω終端電阻），而其它站點應撥到“OFF”（不接終端電阻）。雖然CAN-485G硬件本身支持掛接110個站點，但實際可訪問的站點數量還是由軟件決定。

（3）CAN-232G和CAN-485G均需5VDC工作電源，對于CAN-232G的工作電源可取自計算機的USB口或用5VDC穩壓，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（從機模式）。

4 BH-485G隔離器方案

BH-485G隔離器是具有數據流向自動切換、數據完全透明傳輸、無延時的隔離器，波特率為0～250kbps自適應，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RS-485接線端子，避免了會使波形畸變的總線分支問題，接線非常方便。

BH-485G外形為標準導軌安裝，帶有數據收發指示燈。加裝了BH-485G隔離器后的PLC和變頻器組成的RS-485通信網絡如圖3所示。

圖3 采用BH-485G隔離器的變頻器和PLC組成的RS485通信網絡

設置時須將總線二端的BH-485G上的終端電阻設置開關K撥到“R”（接入120Ω終端電阻），其它位置的開關撥到“OFF”（不接終端電阻）。如通信距離超過2km（9600bps時），可在總線中增加RS-485中繼器（型號：E485GA）或使用CAN-485G超遠程隔離驅動器。

5 西門子PLC與變頻器的光隔離聯網方案

通過在每臺PLC的通信接口安裝PFB-G總線隔離器，如圖4所示，無中繼器時可實現最大通信距離為2km/600bps時，最多站點數量為160個，如距離超過2km可在網絡中加裝RS-485中繼器（型號：E485GP），PFB-G的最高通信速率為12Mbps，可用于PROFIBUS網絡、PPI網絡、MPI網絡和自由口通信網絡等一切RS-485網絡，特別適用于干擾較大的惡劣環境，由于光電隔離解決了各個節點由于地電位差帶來的經常損壞通信接口的問題，并使通信中的干擾減小到最小，特別是當網絡中有變頻器接口時效果更為明顯。

圖4 每臺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與變頻器通信時的干擾和死機問題。

西門子S7-200系列PLC與變頻器組成RS-485通信網絡，其傳統的做法是將PLC和變頻器的RS-485通信接口直接相連組成網絡，實際應用發現對于一些干擾較惡劣的工業現場，通信常常產生誤碼、死機甚至損壞RS-485口的故障，系統的可靠性大大降低。對于架空線路，若遭雷擊則很可能使總線上的所有設備損壞。

解決以上問題的最簡單有效的辦法是在PLC和變頻器的RS-485通信接口加裝帶浪涌保護的RS-485光電隔離器，以消除地線環路的干擾和變頻器特有的瞬態過電壓等干擾，采用PFB-G總線隔離器和BH-485G隔離器組成的PLC和變頻器通信網絡如圖5所示，由圖5可見，所有設備的RS-485口均被隔離，整個通信線路被浮空，有效地抑制了干擾的進入，也徹底解決了由于設備接地問題而引起的串擾，使系統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和變頻器通訊網絡

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，無需另接電源，BH-485G為標準導軌安裝結構，安裝在變頻器機柜中，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 結語

解決在工業現場PLC與變頻器之間采用RS-485方式進行通信時受干擾的問題，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的RS-485光電隔離器，可消除地線環路的干擾和變頻器特有的瞬態過電壓等干擾，使由PLC和變頻器構成的工業控制系統的通信網絡的可靠性得到很大的提高。