辐射监测信息管理系统RS-485总线通讯干扰问题的处理分析
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作者:敖秦
摘 要：本文主要基于项目现场辐射监测信息管理系统中RS-485总线通讯的运用，针对辐射监测信息管理系统中RS-485总线通讯使用星型连接导致的干扰问题进行分析验证处理优化。采用替代，对比脱机单独运行等方式查找原因，基于分析的原因使用RS-485集线器来验证解决设备星型连接导致的干扰问题。优化提高辐射监测信息管理系统的稳定性，保障辐射监测信息管理系统的正常运行。
关键词：辐射监测信息管理系统 RS-485总线 通讯干扰
中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2020）01（b）-0061-02
在核工业领域辐射监测信息管理系统应用RS-485总线通信网络的现场中，辐射监测设备经常是分散性地分布于各处，数量众多，各个辐射监测设备之间的分布较远，导致RS-485现场总线通信网络中存在干扰，整个通信网络的通信效率可靠性不高，影响辐射监测信息管理系统的稳定性和可靠性。辐射监测信息管理系统作为核工业领域重要的保障环节，负责监测工艺、场所、人员等剂量水平，一旦发生故障会影响生产安全、环境安全及人员安全。因此研究辐射监测信息管理系统的RS-485總线通信可靠性具有现实意义。
1 基本原理
RS-485是一种差分通信方式，它的通信线路是两路，通常用A和B或者D+和D-来表示。逻辑“1”以两线之间的电压差为+（2～6）V表示，逻辑“0”以两线间的电压差为-（2～6）V来表示，是一种典型的差分通信。RS-485通信速度快，最大传输速度可以达到10Mb/s以上，传输距离最远可以达到1200m左右。可以在总线上进行联网实现多机通信，总线上允许挂多个收发器，从现有的RS-485芯片来看，有可以挂32、64、128、256等不同个设备的驱动器。RS-485是一种半双工通信，采用平衡发送和差分接收方式实现通信，传输线通常使用双绞线，又是差分传输，所以有极强的抗共模干扰的能力。
2 现场干扰问题工况分析
在某项目现场，辐射监测信息管理系统区域γ监测道共有27道，均采用RS-485总线连接，通讯电缆均为双绞线。各监测道的测量数据通过RS-485总线先连接成5个通道，然后分别经RS-485接口送至采集机柜中的PLC处理器。设备网络结构图如图1所示。
现场安装完成后的调试设备过程中，发现区域γ监测道开始随机并经常性的出现异常故障报警状况。最易发生设备故障的设备为上图1中编号：03、04、10、17、21、24的设备，这6台出现故障最频繁。
设备发生故障后，设备警告报警触发，高报报警触发。检查发现设备参数如设备失效报警阈值，警告报警阈值，高报报警阈值，以及其他参数出现混乱甚至乱码情况。正常情况下设备参数如下：5.00E-02，1.00E02，1.00E01，2.50E 00，1.20E-04，3.30E-02，2.00E-05。前三个分别为设备失效报警阈值，警告报警阈值，高报报警阈值，后四个分别为低量程灵敏度，低量程死时间，高量程灵敏度，高量程死时间。在设备发生故障后，设备各项参数混乱情况如下：0.00E00， 0.00E00，0.00E00，2.12E00， 2.12E00， 2.12E00，1.91E-05。甚至是乱码情况如下：P.00E01， LPBEE1， P.00EE1， P.00EE1， P.00EE1， P.00EE1， P.00EE1。在执行恢复出厂参数操作之后，上述问题依旧会重复出现，皆无法恢复正常。但是断开故障设备的RS-485通讯线，设备再执行恢复出厂参数操作可恢复正常。
首先检查了PLC相关软件程序，没有发现故障，PLC运行正常。基于设备断开RS-485通讯接口可恢复正常，选取了这6台最易发生故障的设备，断开RS-485通讯接口，使其不连接网络，脱机单独运行。这6台设备均未再出现设备异常故障报警。其余未断开设备异常故障报警，参数错乱问题依旧出现。恢复RS-485通讯接口，这6台设备相继再次出现设备异常故障报警问题。
在恢复所有设备通讯接口后，更换03、17两道区域γ监测道设备，更换的设备是经过测试正常的区域γ监测道设备。此后03、17两道监测道也出现了异常故障报警，参数混乱甚至是乱码的现象。断开RS-485通讯接口，03、17两道区域γ监测设备恢复正常。断开所有RS-485通讯接口，使所有27道的区域γ监测设备均脱机单独运行。27道区域γ监测道均未再出现上述异常故障报警问题，均可正常运行，不再发生异常故障报警情况。恢复所有设备的RS-485通讯接口，相继再次出现设备故障。基于上述设备测试情况，可以确定区域γ监测仪的参数混乱及错误报警是由于RS-485通讯干扰造成的，排除设备问题。
分析区域γ监测道网络结构图可以发现其中有四个通道是星型连接，而在RS-485总线通讯中，不能以星型连接的方式进行通讯，应该以手拉手方式或者采用增加RS-485集线器的方式构建网络。项目现场网络拓扑结构采用的是星型连接方式。分析原因可能是由于星型连接方式RS-485总线阻抗不一致导致的反射波引起的通讯异常。
3 现场干扰问题处理及效果
根据分析的原因，现场采用增加RS-485集线器的方法解决星型连接导致的通讯干扰问题。采用的设备为光隔RS-485/422总线分割集中器， 其功能主要有光电隔离，短路开路保护，支持星形连接。将区域γ监测道的RS-485通讯线分别接入光隔RS-485/422总线分割集中器的入口，入口通讯接线与每个监测道一一对应。再由光隔RS-485/422总线分割集中器的出线口接入PLC的RS-485串口中。光隔RS-485/422总线分割集中器的RS-485接口输入、输出端均采用独立驱动方式，各条总线相互独立驱动，互相不干扰，从而保证了485网络的通信稳定性。
改造网络完成后组网状态下设备不再出现设备异常故障报警情况，设备均可正常工作，辐射监测信息管理系统运行稳定。星型连接方式造成RS-485总线阻抗不一致导致反射波引起通讯干扰，而光隔RS-485/422总线分割集中器可以很好的解决由于星型连接导致的干扰问题。
4 结语
辐射监测信息管理系统属于核安全监测的重要一环，其系统的稳定性至关重要。系统的故障会造成操作人员对现场工况产生错误判断，影响操作人员的正常操作，甚至导致误操作。辐射监测信息管理系统在设计安装中应结合现场实际情况，安全经济高效的搭建辐射监测网络。RS-485总线在现场的连接由于现场设备分布范围较广，分布不规律，采用手牵手的连接方式会导致工程造价过高，并且不利于集中控制。现场的实际中，考虑实际工况，多存在有星型连接方式，但是在星型连接过程中应当增加集线器才能构建星型网络，否则不能连接成星型网络。
参考文献
[1] 姜传彦. 工业现场RS485通讯干扰问题处理[J].科技创新与应用，2019（2）：147-148.
[2] 张道德，张铮，杨光友.RS-485总线抗干扰的研究[J].湖北工业大学学报，2005，20（3）：138-140.
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