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1概述
衡器使用中經(jīng)常需要與計算機、PLC和DCS系統(tǒng)通訊，以實現(xiàn)自動控制、計算機管理等需求。衡器儀表的通訊也是經(jīng)常出故障的環(huán)節(jié)。本文就衡器儀表通訊中常用的RS232和RS485串行接口的通訊故障現(xiàn)象、原因及排除方法做了一些介紹，希望對衡器的安裝調(diào)試人員和使用維護人員有一些幫助。
2通訊總線與通訊協(xié)議
按通訊接口的電氣特性，可分為RS-232和RS-485o
稱重儀表的RS-232接口通常是簡化的版本，僅使用發(fā)送TxD、接收RxD兩根數(shù)據(jù)線和地線GNDORS-232采用不平衡傳輸方式，信號線對地-3V到-15V表示邏輯1,+3V到+18V表示邏輯0。不平衡傳輸方式的干擾抑制能力較差，容易受到共地噪聲和外部干擾的影響，一般用于低速、短距離的通訊，通訊距離W15m。
RS-485采用兩線平衡傳輸方式，一般稱同相端為A,反相端為B。發(fā)送端當數(shù)據(jù)為1時，A電平相對B電平為+2V~+6V,為0時，A電平相對B電平為-2V~-6V;在接收端當A電平比B電平高于200mV時，輸出為1,當A電平比B電平低于200mV時，則輸出為0;信號線的共模電壓范圍為-7V~+12V。RS485總線抗共模干擾能力較強，最大傳輸速率為10Mbps,傳輸速率與傳輸距離成反比，在100Kbps的傳輸速率以下，可以達到1200m通信距離，如果需傳輸更長的距離，需要加485中繼器。RS-485總線一般最大支持32個節(jié)點，如果使用特制的485芯片，可以達到128個或者更多的節(jié)點。RS485一般采用終端匹配的總線型結構，不要用環(huán)形或星形網(wǎng)絡。在傳輸率較高且通訊距離較長時需要加終端電阻，防止反射造成誤碼。因為大多數(shù)雙絞線電纜特性阻抗大約在100Q~12011之間，故終端電阻一般取12011o稱重儀表通訊接口一般采用異步串行方式，有4個重要參數(shù)必須雙方一致：波特率、數(shù)據(jù)位個數(shù)、停止位個數(shù)和奇偶校驗。數(shù)據(jù)位一般為7位或8位，停止位有1位、1.5位或2位，奇偶校驗有無校驗、偶校驗、奇校驗或校驗位置1、置0等幾種方式。通訊接口的傳輸率一般有300pbs、600pbs、］200pbs直到數(shù)Mpbs。
通訊協(xié)議就像通訊雙方交流的語言，必須雙方一致才能正確交流。許多稱重儀表都有自己的通訊協(xié)議，所以必須按儀表生產(chǎn)廠規(guī)定的協(xié)議格式才能進行通訊。為了保證數(shù)據(jù)傳輸正確，許多協(xié)議采用了校驗和，校驗和的計算方法和表示方法也各不相同，上位機通訊軟件編程時需要仔細推敲。
Modbus協(xié)議是標準的通訊協(xié)議，采用Modbus協(xié)議的儀表，只要知道需要數(shù)據(jù)的地址即可讀取，可方便地與PLC或組態(tài)軟件通訊，組建自動化控制系統(tǒng)。串口通信的Modbus協(xié)議分RTU模式和ASCII模式。RTU是必備的模式，傳輸效率較高；ASCII是可選的模式。使用組態(tài)軟件編程時要注意，許多組態(tài)軟件按照一些PLC廠商的習慣，將Modbus功能碼與變量地址結合起來作為變量的地址，例如西門子和莫迪康系列用Odddd表示輸出線圈，Idddd表示輸入位寄存器，3dddd表示輸入寄存器，4dddd表示保持寄存器，dddd表示地址，范圍按系統(tǒng)不同為1~9999或1~65535,讀寫時系統(tǒng)自動選用相應的功能碼。中航電測和上海耀華的C602、C606+等系列儀表的說明書則按GBfT19582.1的方式定義變量的地址，變量地址從0開始計算，因此使用組態(tài)軟件時要進行相應的轉換。比如讀C602儀表整數(shù)表示的凈重，按C602說明書為輸入寄存器0和保持寄存器0,按西門子或莫迪康系列則為30001和40001o另外變量的表示形式是整數(shù)還是浮點數(shù)，高低位的排列次序，變量的長度等也要特別注意。C602的數(shù)據(jù)是按高位字節(jié)、次高位、次低位、最低字節(jié)排列。
3通訊故障常見原因
儀表通訊的調(diào)試是比較麻煩的事情，許多因素會影響正常的通訊功能。下面按安裝調(diào)試和使用的不同的階段分析可能的故障原因，為排除通訊故障提供一些思路。
3.1在系統(tǒng)安裝與調(diào)試階段容易出現(xiàn)的故障原因有：
3.1.1接線錯誤
比如RS232通訊中，儀表的TxD要與上位機的RxD連接，儀表的TxD與上位機的RxD連接，儀表的GND與上位機的GND連接。常見的現(xiàn)象是一端RxD和TxD接反。
RS485總線經(jīng)常出現(xiàn)的現(xiàn)象是A、B兩線接反。需要注意的是，有的廠家A、B的定義與通常的習慣不一致。比如HBM公司的AD104等數(shù)字模塊就是A為反向端，B為同相端，與一般的習慣相反。有的儀表如耀華的C602等RS485采用四線制總線，如果要接兩線制RS485總線，要將儀表的T+與R+,T-與R-端子分別短接，再與A、B連接。雖然RS485采用兩線平衡的方式傳輸，理論上不需要連接地線，但是如果共模電壓超出了規(guī)定的-7V-+12V范圍輕則會干擾通訊，重則會損壞接口器件。我們曾實測連接一臺使用開關電源的儀表的接地線與一臺計算機接地線之間連線的電流，在接通儀表電源的瞬間，流過連接線電流的最大峰值會達到數(shù)安培。如果儀表與計算機通訊接口接地線沒有連接，這個電流將流過接口信號線，極可能會損壞器件。
3.1.2通訊協(xié)議不一致
如前所述，如果雙方的通訊協(xié)議不一致，是無法進行有效的通訊的，在大多數(shù)情況下，哪怕是錯一個空格符都能造成通訊故障。有時一些與協(xié)議有關的隱性問題也會影響通訊。曾遇到一個系統(tǒng)的通訊故障的原因是由于某型號的PLC在發(fā)出查詢命令后沒有及時釋放RS485總線,而儀表響應時間太短，造成總線沖突、通訊失敗。后來修改了儀表通訊程序，延遲響應PLC的指令才正常通訊。
3.1.3連接方式不合適
RS485要采用總線連接方式，即用一根雙絞線連接所有的設備。特別是當波特率較高、設備分散的情況，釆用星型連接將使通訊非常不穩(wěn)定，這時如果必須用星型連接的話，要通過RS485集線器連接。通訊距離較長、通訊速率較高或干擾較大的場合，通訊線要選用專門的RS485電纜，兩端要加上終端電阻。如果是多線對的RS485電纜，一個總線一定要接同一對雙絞線。
3.1.4空閑時的總線狀態(tài)
RS485總線如果沒有適當?shù)纳侠蛳吕瑫箍偩€電平在一個不確定或錯誤的狀態(tài)，影響通訊的穩(wěn)定性或不能通訊。在總線空閑狀態(tài)，應確保信號線A的電平高于B的電平，即邏輯電平處于“1”的狀態(tài)。
3.2在系統(tǒng)投產(chǎn)以后出現(xiàn)故障的常見原因有
3.2.1接口電路的故障
接口電路損壞的情況比較常見，許多原因會損傷接口電路如靜電放電、帶電插拔接口的連接件、電源線上浪涌電流的沖擊、接口電路沒有連接地線等等。接口電路損壞是使用中通訊故障的主要原因。
3.2.2線路故障
由于各種原因使通訊線路斷路、短路，接插件氧化、松動造成接觸不良都會使通訊中斷。
3.2.3設置錯誤
儀表或上位機的通訊設置被操作人員無意中錯誤修改，也是通訊故障的一個原因。
4通訊故障的診斷與排除
有一些合適的工具對排除通訊故障會有很大的幫助。常用的工具有：萬用表、示波器、通訊監(jiān)控軟件、監(jiān)控計算機等，最起碼也要有一塊萬用表。
下面以XK3190-C602儀表為例，按故障診斷排査的次序介紹各種方法。
首先要檢查核對接線是否有錯誤，C602有兩個通訊口，通訊口1是RS232接口，通訊口2是RS232/RS485共用，用主板上的跳線選擇通訊模式。出廠時為RS232模式，如果用RS485模式要將主板上的JP4跳線改在RS485的位置上。如果采用兩線制RS485,接線時要將R+、T+和R-、T-分別短接。排除了接線錯誤才可以進行下一步的調(diào)試工作。再次強調(diào)要特別注意RS485總線的地線是否接好。
在調(diào)試儀表與上位機通訊時，調(diào)試時首先設置和檢査儀表波特率、數(shù)據(jù)位、停止位和校驗位等通訊參數(shù)，應與上位機的設置一致。如果上位機工作軟件通訊異常，可用串口調(diào)試軟件測試通訊接口。網(wǎng)絡上有許多免費的串口調(diào)試軟件可下載使用。如果上位機軟件是采用指令方式通訊而收不到儀表的應答，可先將儀表設置為連續(xù)發(fā)送模式。上位機能收到儀表的數(shù)據(jù)后再調(diào)試指令通訊方式。如果上位機軟件采用比較復雜的協(xié)議如Modbus協(xié)議，可先把串口2設置為指令方式，將儀表地址設置為“1”，用串口調(diào)試軟件按十六進制方式發(fā)送“024141303003”即"握手”指令，上位機應能收到同樣的返回數(shù)據(jù)，即表示儀表與計算機的雙向通訊是正常的。如果收不到返回數(shù)據(jù)，將串口1關閉，看上位機發(fā)送時儀表“通訊”指示燈是否點亮，如果指示燈亮但沒有返回數(shù)據(jù)，可能是波特率、地址、校驗等通訊參數(shù)不對；如果“通訊”不亮，則可能是接線錯誤、接口損壞等原因。
如果通訊口2的RS485通訊不正常，可先用RS232方式測試，如果RS232方式通訊正常而RS485方式不正常，則檢查接線是否有問題，主機側的RS232/RS285轉換器或USB/RS485轉換器是否正常。
不能通訊而目測找不到接線和設置錯誤，可以通過測量總線電壓來進一步檢查。
檢測RS232接口，在總線空閑即儀表和上位機均未發(fā)送數(shù)據(jù)時，用萬用表直流電壓檔在儀表端子上測量RS-232接口RxD、TxD對GND端子的直流電壓，正常情況兩線的電壓在-5V--10V之間。如果RxD電壓接近0V,即表示該線沒有與上位機RS-232發(fā)送端連接，可能是兩線接反、線路短路或斷路。如果TxD電壓接近0V,將線路斷開再測量電壓，如果仍接近0V,是儀表接口損壞,如果電壓恢復正常了，則是線路短路。兩線電壓正常但不能通訊，將儀表設置為連續(xù)發(fā)送狀態(tài)，用萬用表交流電壓檔測量TxD端子與GND端子的電壓，應有幾百mV到幾V的電壓。如果有交流電壓而上位機沒有收到數(shù)據(jù)，檢查上位機串口的設置是否正確。如果沒有交流電壓，檢查儀表串口的設置是否正確。
檢測RS485接口，在總線空閑時用萬用表直流電壓檔在儀表端子上測量T+、T_之間的電壓,沒有加總線終端電阻時電壓應在3V以上。如果是四線制接法，還要測量R+、R-之間的電壓。如果電壓為0V左右，可以加適當?shù)纳侠娮?。C602主板上JP3跳線1~2、5~6之間短接為接收端上下拉電阻有效，3~4短接為120Q終端電阻有效。電壓正常但不能通訊時，將儀表設置為連續(xù)發(fā)送狀態(tài)，用萬用表交流電壓檔測量T+、T_之間的電壓，應有幾百mV以上的電壓。如果有交流電壓而上位機沒有收到數(shù)據(jù)，檢查上位機串口的設置是否正確，RS485轉換器是否失效。檢測接收電路可參照上述RS232的方法，看通訊指示燈是否點亮來判斷是否收到上位機數(shù)據(jù)。
可用萬用表測量通訊接口端子對地線端子的電阻大致判斷接口電路是否損壞。用數(shù)字萬用表測量正常的RS232接口端子和沒有上下拉電阻的RS485接口端子對地的電阻大于兆歐級，如果某接口電阻異常小，只有數(shù)千歐甚至更低，則該接口已經(jīng)損壞。
有時復雜的通訊故障需要用示波器等儀器檢測，可以方便地發(fā)現(xiàn)總線沖突、接口電路性能下降等較軟的故障。特別是有的示波器有協(xié)議分析的功能，更方便檢測軟件方面的故障。
用串口調(diào)試軟件可以通訊但用上位機軟件不能正常通訊，可咨詢軟件供應商解決。調(diào)試應用軟件與儀表的通訊時可以用CommMonitor、ComskyAccessPort等串口監(jiān)控工具軟件采集應用軟件如與儀表串口的通訊數(shù)據(jù)，協(xié)助分析故障的原因。
調(diào)試PLC與稱重儀表的通訊時可參考上述方法，也可以用一臺監(jiān)控計算機采集PLC與儀表之間的通訊數(shù)據(jù)，分析通訊故障原因。

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