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摘要： 自从改革开放以来，我国的社会经济飞速发展，在工业产品应用领域，所采用的产品具备通接口已经是行业内发展的一个必不可少的条件。然而，过多的通讯产品的发明与制造，虽然是基于不断改进技术与材料之上，并给人们的生活带来了巨大便利，但是在某种程度上，其自身也存在着一定程度上的缺陷，一些问题还没有得到显著的解决，尤其是变频器中的干扰问题，困扰了相关研究者们很长一段时间，而众多受干扰严重的通讯设备产品中，RS485已经成为了我国通讯领域应用不断普及的一项产品，需要我们从设计方面进行更加细致的考虑。本文首先分析了RS485通讯干扰的来源，并对应的提出了解决方案。
关键词： RS485; 变频器; 干扰问题和解决方案
中图分类号： TM63 文献标识码： A
文章编号：1005—7277（2019）04—0050—03
Abstract： since the reform and opening up， the rapid development of China's social economy， in the field of industrial product application， the product has access to the interface is an essential condition for the development of the industry. However， too much communication product invention and manufacture， although it is based on improving technology and material， and has brought great convenience to people's life， but to some extent， there is also a certain degree of its own defect， some problems have not been significantly， especially the interference problem of the frequency converter， plagued the relevant researchers for a long time， and many serious interference of communications equipment products， the RS485 communication has become our country widespread application in the field of a product， we need to more careful consideration from the design aspect.This paper first analyzes the source of RS485 communication interference and proposes a solution.
Key words： RS485; Frequency converter; Interference problems and solutions
1 前言
RS485通訊设备是实现现代化通讯必不可少的一部分，要想能够继续被广泛的应用，克服各类因素导致的变频器干扰问题，就应该在设计方面就做到对多重因素的考虑，将之前存在的一系列问题根源进行解决。但是在实际应用中并没有特别关注到干扰方面的影响，导致产生很多不理想的应用效果，因此，在设计中必须要充分考虑干扰的影响，才能有效解决上述问题。
2 RS485通讯在变频器中的相关干扰因素
2.1 自然环境对变频器的干扰
RS485通讯在变频器方面的相关使用，一定离不开一个稳定的运行环境。我国很多地区的气候环境不尽相同，因此在环境因素问题上，需要有多方考虑，进行综合设计或者有针对性的设计。举个例子来讲，长江流域的梅雨季节，通常会伴有很多的雷电现象，而在打雷的时候，基于RS485通讯的变频器，就面临着是否会受到雷电的干扰，造成无法使用的后果或者给我们带来某种程度上的经济损失，是设计过程中应该注意到的。
2.2 其他基本设备部件对变频器的干扰
RS485通讯的应用变频器，本身就是以主要服务于社会大众而存在的，由此也不可能单独作为独立的单项设备，直接投入通讯当中，一定会有某些其他的设备部件共同形成一个相对稳定、经济的运行系统。我国目前的研究水平是有限的，故而对这些其他产品的使用时间也相对会比较长，毕竟研究技术还没有到十分成熟的地步，不可能几个月就换一次这些基本设备部件，大多一用就是几年甚至十几年，所以它们的自身质量就需要达到严格的标准，才可以被投入使用。考虑自身容易引起干扰的问题，其实还是在于涉及的材料使用。在设计这些基本设备部件的过程当中，难免会因为资金或人为因素导致设计用到的材料达不到规定的要求，或多或少存在着一定的误差。设计应用过程中用到的核心材料，其质量问题直接决定了这些设备部件的产生的干扰强度，随着年份的累积，其稳定性将会被考验，然而在材料的生产过程当中，会存在着设备的问题等等，因此达不到变频器所需要的严格规格，这样就会不仅使得变频器通讯的抗干扰能力降低，无法实现远程通讯功能，降低产品自动化控制能力。 2.3 人为因素导致对变频器产生的干扰
变频器要想稳定的投入使用，在开始后的时间里，一定会接触到相关的安装人员、维修人员等等，因此同样需要相关的工作人员具有一定的基础知识和扎实的操作技术，才能较好的完成这些核心任务，在规定的时间内完成目标，实现有关的操作。然而现阶段由于某些通讯工程建设的要求时间较紧，许多负责人为了尽快完成任务，对于该方面专业人员的人员配置欠缺考察，技术人员质量参差不齐，一旦出现在如通讯电缆敷设不到位，弱电与强电没有分开等情况，都会引起变频器最后的通讯干扰。其主要的责任还是在于相关单位的招工或监管不到位，存在着工作上的疏忽，这一点应该成为我国今后通讯施工监督的重点关注问题。所以，提高通讯工程技术人员的质量已然成为一件刻不容缓的事情。
3 RS485通讯在变频器干扰问题中的解决措施
3.1 安装调试前采用的抗干扰措施
在设备安装调试前，考虑了电磁兼容性问题。已经对可能遇到的干扰问题采取了预防性措施。首先，通讯线缆使用了特性匹配为120欧姆的双绞屏蔽通讯电缆。使用该线缆的第一个依据，是屏蔽层有削弱干扰的磁场作用。磁屏蔽利用高导材料的低磁阻特性，磁场进行分路（H1<<H0），使线缆较少受到磁场作用。另外外部磁场穿透屏蔽材料时产生涡流对干扰磁场进行削弱。第二个就是双绞线可以降低磁场干扰。导线双绞可以使通过两根导线所包围的磁势一正一反相互抵消，整体上达到了将外部干扰磁场作用于通讯线的感应电动势降为最小的效果。最后就是屏蔽层可以降低电场干扰。由于线缆和周围环境存在分布电容，而电场通过分布电容对信号进行影响。在屏蔽层接地情况下，减小了外部电场对导线的影响。屏蔽电缆的屏蔽层在电缆末端接头处，如果部分导线裸露在屏蔽层之外，会引入电磁干扰，为避免末端效应，屏蔽层末端与接头保证 360°良好接触。另外，在现场对通讯线缆的屏蔽层做了良好的接地处理。经过现场测试，采用单端接地方式效果较好。通常情况下，屏蔽层采用单端接地还是双端接地方式通常由现场实际工况决定。如果接地点存在电势差，在屏蔽层中产生电流，使被屏蔽线缆受到干扰，则不宜采取双端接地方式。虽然已经采取了以上措施，但是依然未能避免现场出现的通讯干扰问题。
3.2 采用RS485信号防雷器
RS485信号防雷器又称数字通道防雷器，适用现场总线RS485接口信号防雷。该设备集防雷保护、抗静电保护、过压过流保护器件为一体，具有良好的信号通过和过压过流阻滞能力，响应迅速，运行安全可靠。当现场如变频器，仪表等设备的通讯电缆需要采用户外地埋敷设时，需要考虑因为施工人员因素（施工人员疏忽）、地理因素（存在坑洼、斜坡等不平整地段）等其他情况而造成通讯电缆裸露在外遭受受雷电冲击的情况。此时，可增设该设备进行通讯通道的保护。当通讯电缆受到雷电感应及浪涌冲击时，通过信号防雷器可以将雷电及浪涌电流泄放掉，来确保设备的安全运行，避免造成不必要的经济损失。
3.3 采用信号隔离装置
信号隔离原理，就是通过利用一些防干扰装置，将通讯变频器或者其他通讯设备的通讯信号同外界尽量分离开。为增强采集电路的抗干扰能力，对输入的模拟信号做隔离处理，一方面将输入的待采集信号和模拟开关隔离，防止前级传感器设备对采集电路造成干扰，另一方面对输入的待采样信号进行隔离，降低通道间的串扰，提高采样精度的同时也增强了电路可靠性。由于光耦具有单向导电性，可以实现输入到输出的完全电气隔离，同时能够完全切断地线的环路干扰，因而具有很强的抗干擾能力。
3.4 使用隔离变压器隔离削弱共模干扰信号
考虑到电能表的供电和测量均是由被测系统直接提供，为避免高频谐波从供电系统直接引入到电能表中，再通过通讯线传输到上位机 PLC，使用了1：1的隔离变压器。对采样电压进行隔离。经过测量，干扰的峰-峰值从3.84V 降到了1.84V，有2V的降幅，但是主控 PLC 通讯模块，仍然有通讯报错的情况发生。另外，使用隔离变压器这种方式有致命的缺点：受变压器制作工艺水平的限制，测量精确度不可能做得很高，这样采集到的实际电压误差将会变大，电压、功率测量结果精确度难以满足要求。但是可以值得我们去尝试，通过其他手段再进行矫正。
4 结束语
综上所述，为了切实保障我们现代化通讯设备的安全稳定性，还需要继续通过总结和研究RS485通讯在变频器等干扰源中的应用，提出更多的解决方案，提高产品的自动化应用范围，为自动化设备可靠性运行做好保障，为实现工业自动化做出贡献。
参考文献：
[1]基于RS485的实验室设备电源集控系统的设计[J]. 郭兴龙.机电工程技术.2018（08）.
[2]一种基于RS485的异步串行通信设计[J]. 刘晨峰.中国新通信.2019（10）.
[3]STM32F407的雷达流速测量系统设计与实现方法[J]. 陈伟昌，杨跃，赵旭升，范光伟，林年旺.单片机与嵌入式系统应用.2019（08）.
收稿日期：2019-06-23
关键词： RS485; 变频器; 干扰问题和解决方案
中图分类号： TM63 文献标识码： A
文章编号：1005—7277（2019）04—0050—03
Abstract： since the reform and opening up， the rapid development of China's social economy， in the field of industrial product application， the product has access to the interface is an essential condition for the development of the industry. However， too much communication product invention and manufacture， although it is based on improving technology and material， and has brought great convenience to people's life， but to some extent， there is also a certain degree of its own defect， some problems have not been significantly， especially the interference problem of the frequency converter， plagued the relevant researchers for a long time， and many serious interference of communications equipment products， the RS485 communication has become our country widespread application in the field of a product， we need to more careful consideration from the design aspect.This paper first analyzes the source of RS485 communication interference and proposes a solution.
Key words： RS485; Frequency converter; Interference problems and solutions
1 前言
RS485通訊设备是实现现代化通讯必不可少的一部分，要想能够继续被广泛的应用，克服各类因素导致的变频器干扰问题，就应该在设计方面就做到对多重因素的考虑，将之前存在的一系列问题根源进行解决。但是在实际应用中并没有特别关注到干扰方面的影响，导致产生很多不理想的应用效果，因此，在设计中必须要充分考虑干扰的影响，才能有效解决上述问题。
2 RS485通讯在变频器中的相关干扰因素
2.1 自然环境对变频器的干扰
RS485通讯在变频器方面的相关使用，一定离不开一个稳定的运行环境。我国很多地区的气候环境不尽相同，因此在环境因素问题上，需要有多方考虑，进行综合设计或者有针对性的设计。举个例子来讲，长江流域的梅雨季节，通常会伴有很多的雷电现象，而在打雷的时候，基于RS485通讯的变频器，就面临着是否会受到雷电的干扰，造成无法使用的后果或者给我们带来某种程度上的经济损失，是设计过程中应该注意到的。
2.2 其他基本设备部件对变频器的干扰
RS485通讯的应用变频器，本身就是以主要服务于社会大众而存在的，由此也不可能单独作为独立的单项设备，直接投入通讯当中，一定会有某些其他的设备部件共同形成一个相对稳定、经济的运行系统。我国目前的研究水平是有限的，故而对这些其他产品的使用时间也相对会比较长，毕竟研究技术还没有到十分成熟的地步，不可能几个月就换一次这些基本设备部件，大多一用就是几年甚至十几年，所以它们的自身质量就需要达到严格的标准，才可以被投入使用。考虑自身容易引起干扰的问题，其实还是在于涉及的材料使用。在设计这些基本设备部件的过程当中，难免会因为资金或人为因素导致设计用到的材料达不到规定的要求，或多或少存在着一定的误差。设计应用过程中用到的核心材料，其质量问题直接决定了这些设备部件的产生的干扰强度，随着年份的累积，其稳定性将会被考验，然而在材料的生产过程当中，会存在着设备的问题等等，因此达不到变频器所需要的严格规格，这样就会不仅使得变频器通讯的抗干扰能力降低，无法实现远程通讯功能，降低产品自动化控制能力。 2.3 人为因素导致对变频器产生的干扰
变频器要想稳定的投入使用，在开始后的时间里，一定会接触到相关的安装人员、维修人员等等，因此同样需要相关的工作人员具有一定的基础知识和扎实的操作技术，才能较好的完成这些核心任务，在规定的时间内完成目标，实现有关的操作。然而现阶段由于某些通讯工程建设的要求时间较紧，许多负责人为了尽快完成任务，对于该方面专业人员的人员配置欠缺考察，技术人员质量参差不齐，一旦出现在如通讯电缆敷设不到位，弱电与强电没有分开等情况，都会引起变频器最后的通讯干扰。其主要的责任还是在于相关单位的招工或监管不到位，存在着工作上的疏忽，这一点应该成为我国今后通讯施工监督的重点关注问题。所以，提高通讯工程技术人员的质量已然成为一件刻不容缓的事情。
3 RS485通讯在变频器干扰问题中的解决措施
3.1 安装调试前采用的抗干扰措施
在设备安装调试前，考虑了电磁兼容性问题。已经对可能遇到的干扰问题采取了预防性措施。首先，通讯线缆使用了特性匹配为120欧姆的双绞屏蔽通讯电缆。使用该线缆的第一个依据，是屏蔽层有削弱干扰的磁场作用。磁屏蔽利用高导材料的低磁阻特性，磁场进行分路（H1<<H0），使线缆较少受到磁场作用。另外外部磁场穿透屏蔽材料时产生涡流对干扰磁场进行削弱。第二个就是双绞线可以降低磁场干扰。导线双绞可以使通过两根导线所包围的磁势一正一反相互抵消，整体上达到了将外部干扰磁场作用于通讯线的感应电动势降为最小的效果。最后就是屏蔽层可以降低电场干扰。由于线缆和周围环境存在分布电容，而电场通过分布电容对信号进行影响。在屏蔽层接地情况下，减小了外部电场对导线的影响。屏蔽电缆的屏蔽层在电缆末端接头处，如果部分导线裸露在屏蔽层之外，会引入电磁干扰，为避免末端效应，屏蔽层末端与接头保证 360°良好接触。另外，在现场对通讯线缆的屏蔽层做了良好的接地处理。经过现场测试，采用单端接地方式效果较好。通常情况下，屏蔽层采用单端接地还是双端接地方式通常由现场实际工况决定。如果接地点存在电势差，在屏蔽层中产生电流，使被屏蔽线缆受到干扰，则不宜采取双端接地方式。虽然已经采取了以上措施，但是依然未能避免现场出现的通讯干扰问题。
3.2 采用RS485信号防雷器
RS485信号防雷器又称数字通道防雷器，适用现场总线RS485接口信号防雷。该设备集防雷保护、抗静电保护、过压过流保护器件为一体，具有良好的信号通过和过压过流阻滞能力，响应迅速，运行安全可靠。当现场如变频器，仪表等设备的通讯电缆需要采用户外地埋敷设时，需要考虑因为施工人员因素（施工人员疏忽）、地理因素（存在坑洼、斜坡等不平整地段）等其他情况而造成通讯电缆裸露在外遭受受雷电冲击的情况。此时，可增设该设备进行通讯通道的保护。当通讯电缆受到雷电感应及浪涌冲击时，通过信号防雷器可以将雷电及浪涌电流泄放掉，来确保设备的安全运行，避免造成不必要的经济损失。
3.3 采用信号隔离装置
信号隔离原理，就是通过利用一些防干扰装置，将通讯变频器或者其他通讯设备的通讯信号同外界尽量分离开。为增强采集电路的抗干扰能力，对输入的模拟信号做隔离处理，一方面将输入的待采集信号和模拟开关隔离，防止前级传感器设备对采集电路造成干扰，另一方面对输入的待采样信号进行隔离，降低通道间的串扰，提高采样精度的同时也增强了电路可靠性。由于光耦具有单向导电性，可以实现输入到输出的完全电气隔离，同时能够完全切断地线的环路干扰，因而具有很强的抗干擾能力。
3.4 使用隔离变压器隔离削弱共模干扰信号
考虑到电能表的供电和测量均是由被测系统直接提供，为避免高频谐波从供电系统直接引入到电能表中，再通过通讯线传输到上位机 PLC，使用了1：1的隔离变压器。对采样电压进行隔离。经过测量，干扰的峰-峰值从3.84V 降到了1.84V，有2V的降幅，但是主控 PLC 通讯模块，仍然有通讯报错的情况发生。另外，使用隔离变压器这种方式有致命的缺点：受变压器制作工艺水平的限制，测量精确度不可能做得很高，这样采集到的实际电压误差将会变大，电压、功率测量结果精确度难以满足要求。但是可以值得我们去尝试，通过其他手段再进行矫正。
4 结束语
综上所述，为了切实保障我们现代化通讯设备的安全稳定性，还需要继续通过总结和研究RS485通讯在变频器等干扰源中的应用，提出更多的解决方案，提高产品的自动化应用范围，为自动化设备可靠性运行做好保障，为实现工业自动化做出贡献。
参考文献：
[1]基于RS485的实验室设备电源集控系统的设计[J]. 郭兴龙.机电工程技术.2018（08）.
[2]一种基于RS485的异步串行通信设计[J]. 刘晨峰.中国新通信.2019（10）.
[3]STM32F407的雷达流速测量系统设计与实现方法[J]. 陈伟昌，杨跃，赵旭升，范光伟，林年旺.单片机与嵌入式系统应用.2019（08）.
收稿日期：2019-06-23