1 概述

在工業(yè)現(xiàn)場中，當(dāng)PLC與變頻器之間采用RS-485方式進行通信時，經(jīng)常容易產(chǎn)生通信中斷、誤碼、死機甚至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決定了變頻器會產(chǎn)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(jié)構(gòu)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(shù)據(jù)時信號失真較為嚴(yán)重，使得通信出錯，當(dāng)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(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)濟的方案，但存在以下缺點：

（1）當(dāng)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(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容易造成誤碼和死機。

（3）由于通信網(wǎng)絡(luò)是非隔離的，當(dāng)有雷電或其它較強的瞬變電壓干擾作用于網(wǎng)絡(luò)上時，將造成網(wǎng)絡(luò)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(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(gòu)成的主從式RS-485網(wǎng)絡(luò)如圖1所示，無中繼器時可實現(xiàn)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(yuǎn)距離可在總線中加裝RS-485中繼器（型號：E485GA），F(xiàn)SACC01的通信速率為0～250kbps自動適應(yīng)，并具有防雷擊和浪涌保護電路。

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)置開關(guān)S2撥到“R”，接入120Ω終端電阻，其它站點的終端電阻設(shè)置開關(guān)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(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與變頻器通信時的干擾和死機問題。

3 CAN-485G遠(yuǎn)程驅(qū)動器方案

通過在每臺變頻器的通信接口安裝CAN-485G遠(yuǎn)程驅(qū)動器構(gòu)成通信網(wǎng)絡(luò)如圖2所示，在傳輸波特率為9600bps時可實現(xiàn)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?shù)淖畲缶嚯x，CAN-485G是隔離的透明傳輸驅(qū)動器，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后并不需對原有軟件作任何修改，CAN信號與RS-485信號相比有諸多優(yōu)點。

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

（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（接計算機的RS-232口）設(shè)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(nèi)部已設(shè)計有終端電阻，需將總線的始端和末端上的終端電阻設(shè)置開關(guān)K撥到“R”（接入120Ω終端電阻），而其它站點應(yīng)撥到“OFF”（不接終端電阻）。雖然CAN-485G硬件本身支持掛接110個站點，但實際可訪問的站點數(shù)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(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)流向自動切換、數(shù)據(jù)完全透明傳輸、無延時的隔離器，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(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)置時須將總線二端的BH-485G上的終端電阻設(shè)置開關(guān)K撥到“R”（接入120Ω終端電阻），其它位置的開關(guān)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(yuǎn)程隔離驅(qū)動器。

5 西門子PLC與變頻器的光隔離聯(lián)網(wǎng)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(xiàn)最大通信距離為2km/600bps時，最多站點數(shù)量為160個，如距離超過2km可在網(wǎng)絡(luò)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(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節(jié)點由于地電位差帶來的經(jīng)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(dāng)網(wǎng)絡(luò)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(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(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)，實際應(yīng)用發(fā)現(xiàn)對于一些干擾較惡劣的工業(yè)現(xiàn)場，通信常常產(chǎn)生誤碼、死機甚至損壞RS-485口的故障，系統(tǒng)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(shè)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(huán)路的干擾和變頻器特有的瞬態(tài)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(wǎng)絡(luò)如圖5所示，由圖5可見，所有設(shè)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(shè)備接地問題而引起的串?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

解決在工業(yè)現(xiàn)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(huán)路的干擾和變頻器特有的瞬態(tài)過電壓等干擾，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。