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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

来源:用户上传      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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