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煤礦提升系統(tǒng)中RS-485 通信信號的干擾問題

1、 問題的提出

   礦井作業(yè)中，提升機的正常運行至關(guān)重要。在立井和斜井提升方式的礦井中，提升機的上提或下放指令由井下信號裝置發(fā)出，經(jīng)井口信號裝置確認后，傳遞至提升機主信號裝置，再根據(jù)主信號裝置接收的信號，確定提升機的運行方式(如：上、慢上、停、下、慢下)。由于該提升過程中信號傳輸所使用的纜線距離長、轉(zhuǎn)接點多，并且通常與其他電壓等級的纜線鋪設(shè)在一起，受到的外界干擾較多，故在提升機運行時容易出現(xiàn)信號丟失或誤發(fā)信號之類的情況，影響礦井的提升安全。對此，很多立井或斜井提升方式的礦井提升機選擇采用RS-485通信設(shè)施進行信號傳遞。
    RS-485通信是一種多個用戶共用一根線纜，一個用戶發(fā)送數(shù)據(jù)，其他用戶同時接收，適用于普通線纜遠距離傳輸?shù)耐ㄐ畔到y(tǒng)。其傳遞方式是通過兩根通信線之間的電壓差傳遞信號，稱之為差分電壓傳輸，此類傳遞方式的優(yōu)點是抗干擾性突出。但由于煤礦礦井作業(yè)環(huán)境情況復(fù)雜，很多新投入使用的和投入使用時間較長的礦井都遇到過RS-485通信線路干擾問題。
    造成線路干擾的原因有：未按照施工規(guī)范施工；受環(huán)境影響，設(shè)備及纜線老化、損傷等。提升信號在傳遞過程中出現(xiàn)問題的原因是存在信號干擾源，影響RS-485通信系統(tǒng)的正常工作而造成通信故障。

2、 RS-485通信受干擾原因分析

   RS-485通信的外部接口由三個端子組成：A(+)、B(-)、G(地)或者T(+)、T(-)、G(地)。信號在傳輸過程中采用差分方式，即A與B之間大于200mV的電壓差時進行數(shù)據(jù)(0、1)傳輸，通常A、B為0到5V的反向工作方式，即A為5V時B為0V，A為0V時B為5V。
    RS-485通信方式信號于擾源根據(jù)其特性，分為共模干擾和差模干擾兩類。共模干擾是指信號通信纜線與地之間存在的干擾，稱之為非對稱性干擾。當共模干擾增大時共模電壓也會增大，共模電壓超出正常范圍時會影響通信質(zhì)量，嚴重時損壞芯片。以RS-485通信設(shè)施常用的發(fā)射接收芯片SN75176芯片為例，芯片的輸入輸出接口部分設(shè)計了高電壓箝位功能，由于芯片的抗高壓設(shè)計，當A、B點的輸入電壓相對與G高于5.5V時，A點的電壓就被“鎖定”在5V（當A、B點的信號低于-0.5V時，也被芯片鎖定在-0.5V）。這樣，小功率的干擾信號就由芯片吸收掉了，但對于較大功率的干擾信號，芯片則由于無法吸收如此大的能量而被摧毀。
    差模干擾是指兩根信號通信纜線之間的信號干擾，稱之為對稱性干擾。用萬用表測量A、B之間的電壓，當A、B之間的電壓差大于200mV，信號輸出邏輯1；當A、B之間的電壓差小于200mV時，信號輸出邏輯0。如果差模干擾過大當總線上所有發(fā)送器被禁止時，信號輸出邏輯0，RS485通信設(shè)施會誤判通信幀的起始引起工作異常。

3、解決方法

   RS-485通信采用差分傳輸方式可有效抑制共模千擾信號，但在礦井實際應(yīng)用中，由于提升系統(tǒng)電氣設(shè)備多、供電電壓種類多，電纜線布線范圍受到限制導(dǎo)致提升通信系統(tǒng)受外
界干擾源增多，解決方法從硬件、軟件兩方面著手。
1）硬件解決方法

(1)在通信纜線的選擇方面，采用帶屏蔽層的雙紋線，除兩根通信線外，還需另引一根線接地。選用纜線的不能太細，否則在長距離傳輸時容易導(dǎo)致信號減弱甚至丟失，一般線徑應(yīng)大于0.8mm²。

(2)在鋪設(shè)纜線時，必須將纜線盡量遠離高壓線避免強電干擾。注意不能將同一根通信纜線中的備用線用做電源線。

(3)在纜線防護方面，必須在強電場的地方將通信纜線套上鍍鋅管屏蔽，并將通信纜線的電源采用線性穩(wěn)壓電源或加UPS穩(wěn)壓電源。

2)軟件解決方法
(1)采用耐壓高的發(fā)射接收芯片。在芯片電路中增加一個偏值電阻，人為得使A端電位高于B端電位，這樣RXD的電平在RS-485總線不發(fā)送期間呈現(xiàn)唯一的高電平，PLC不會被誤中斷而收到亂信號。

(2)在通信設(shè)置上提升機信號傳輸速率不需要高速傳，選用傳輸速率為9600bs即可。

(3)RS-485總線是異步半雙工的通信總線，其收發(fā)轉(zhuǎn)換需要一定時間，在收發(fā)轉(zhuǎn)換之間及每發(fā)送完一幀數(shù)據(jù)后都要有相應(yīng)的延時，故在程序設(shè)置上應(yīng)適當?shù)卦黾友訒r時間，可避免在收發(fā)不正常或數(shù)據(jù)傳輸后就出現(xiàn)誤碼的現(xiàn)象。

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