一、前言

数字称重系统以其防作弊、易调试等优势已经为越来越多的用户所接受和推崇。由于数字称重系统还处于发展阶段，技术人员对数字系统的安装和检测还不是很熟悉，对于安装现场和使用过程中出现的各种通讯故障常常束手无策。本文通过对各种通讯故障的现象进行分析，使技术人员了解其产生的原因。同时介绍一种用于检测数字系统通讯接口的工具，通过具体问题具体分析，解决现场问题。

二、基础

数字称重系统中RS485 总线是连接数字仪表和数字传感器的一组线缆；其硬件接口采用差分传输方式，可以有效的抑制共模干扰信号，从而提高可靠性，实现长距离传输。理论上传输距离可以达到1200 米。

而实际应用中，很大一部分问题来自于差分传输。这是因为RS485 通讯系统的硬件接口和所使用的芯片所限制。以下以典型RS485 接口芯片SN65HVD3082 为例，分析一下RS485 通讯的原理和特点。

SN65HVD3082 通过差分输入接口A、B 之间的反向电平接收信号，A 为高电平时，B 为低电平；A 为低电平时，B 为高电平。然而对于芯片而言，工作的电压范围有限，对此芯片为- 7V~12V，也就是说，如果信号线上共模电压对该芯片地电压超过以上范围时，差分输入会失效，传输的数据会出错。

三、故障分析

1. 故障的大致分类

第一种是强共模干扰引起的故障。

由于数字传感器直接或间接接地，而仪表接地线接地不良或者带电，造成信号线与数字仪表之间的交流（通常是50 赫兹） 信号超标所造成。表现接收为时有时无，甚至一直无法接收。严重的时候，收发相距一米便无法实现数据接收。第二种是硬件故障。

一般是线路中有串入高电压的历史（雷击、漏电），导致系统个别设备的RS485 芯片出现问题，影响了全局的接收。这是使用中经常出现的情况。第三种是线路故障。

例如局部短路、信号线有一根断路这种情况经常会使系统可以正常工作，但是工作不稳定。这种情况在安装现场较为常见。

这几种情况往往不是单独存在，而是相生相伴，相互加剧，使系统不断恶化。

2．各种通讯故障的成因

下面将依次按照几种干扰分析干扰原因及判断干扰种类。

1)系统共模干扰故障

首先区分几个概念：

数字地———数字仪表和数字传感器的信号地。通常与信号之间的直流电压为0～5V。

大地———数字仪表和数字传感器当地的接地。在很多情况下数字仪表和数字传感器两者之间的大地电压并不相同。

电源地———三相电源中的地线。如果没有可靠接地，很可能由此带入干扰。

数字称重系统使用的RS485 接口一般由发送和接收通道组成，每个通道有一根A 信号线、一根B信号线，A 和B 之间采用差分方式，即A 和B 之间电压大于0.2V 时，有数据（0 或1） 传输。通常A、B 之间电压反向工作，即A 为5V 时，B 为0V；A为0V 时，B 为5V，分别对应传输1 和0 信号。共模干扰即是同时作用在A 和B 上的电压，当共模电压为正向时，有可能将A 和B 电压同时拉到12V 以上（如下图一所示），或者负向电压将A 和B 的电压同时拉到－7V 以下。由于通讯芯片的抗高压设计，会将信号线上电压限在12V 和－7V。这样对芯片来说A 和B 之间没有压差，此时收到的信号无法确认。在现场施工时，如果数字仪表和数字传感器的数字地存在较大电压的情况下，就可能使A、B 信号叠加在一个交流信号上，图一是一个直流共模电压信号叠加的示意图。当叠加值小于－7V 或大于+12V 时，数据就会出现错误。因此可以计算出理论上的共模干扰信号必须小于7V/1.414=5Vac。但是实际情况下应该远低于此值。根据经验，这个值应该低于2.5Vac 以下

强共模干扰通常分为两种情况：

第一种，电源地线悬空。由于用电设备（如电脑、打印机等） 电源部分通常如图二的接线方式。也就是说交流电源供电端L、N 之间对G 之间有一个小电容，以释放L、N 对大地之间的瞬间高电压。如果G 很好的接大地（通常规范建筑电源已经接好），那么能量将从电容上释放到大地。如果G 端点未接地，这时G 点的电压应该是对大地110Vac。这时，如果数字仪表连接到电源，而数字传感器直接接到大地，G 端点的电压将突破一切阻拦（通常是设备元器件）对地放电。此时重者将损坏设备元器件从而摧毁设备，轻者将对线路中的信号产生较大干扰或损伤元器件。

第二种，数字仪表和数字传感器分别接大地地以及大功率用电设备直接接地导致）。这种干扰虽然电压通常只有几伏，但是有可能通过信号线产生较大电流，并烧毁设备或信号线。在特殊场合有可能出现，从施工角度这种干扰一般不会发生。这两种干扰的测量，可以采用万用表交流电压档测量，严重时可能150- 160Vac，一般也会在2.5Vac 以上。对于小于2.5Vac 的一般可以允许，否则将引起信号传输不稳定。

2） 硬件故障

由于雷击、485 网络串入高电压等原因，导致局部某个或某些数字传感器的RS485 芯片损坏或损伤。这种情况经常表现为，不稳定前一直工作正常，突然工作不正常。检查方法可以用分段式检测。就是将数字传感器去掉，逐一添加，找出有问题的分支，再判断是哪个接收端出问题。对于问题比较多的系统，这种方法可能会重复几次，而且还不一定能处理干净。作为受损伤的芯片，在外部特性上，与正常芯片相差无几，只是负载偏大，更脆弱一些，经常会在工作一段时间内，莫名奇妙的损坏。这种故障相对比较难发现和处理。

3） 线路故障

这种故障通常在施工初期发生。而且在一定的条件下，可以正常传输数据，一旦条件发生改变，系统就会不正常工作。这种故障通常表现为总线短路和总线中有一条断路。短路时会影响短路点附近和短路点以后的接收设备正常接收，而且使用万用表也可以很容易的判断。而某一条线开路则使A、B 输入总线某一路开路。由于开路端接收设备的漏电因素各感应点因素，很可能使这个端口的电位处于交变浮动状态。当交变幅度较小时，可能不会有什么影响，当幅度较大时就可能无法工作。另外这种浮动受当地“地电位”或用电负载的变化所影响因此会出现时好时坏、某一时间段无法正常接收等问题。这种问题一般都是施工者前期施工时疏忽所致。有的情况下，这种疏忽会在数年以后才显现出来。

四、故障检测

(一) 通常的检测方法：

1） 检查总线是否短路。这种检测通常需要在整个系统停电下进行。通常检测总线之间电阻，判断是否有短路、断路现象。

2） 检查信号线对地之间的交流电压值。这种测量需要在系统加电情况下工作。先将待测的数字传感器与系统全部分开，分别测量A- A、B- B、地- 地之间的交流电压。当使用20V 档检测电压大于2.5V 时，系统就可能产生干扰。

3） 代换方法确认个别数字传感器的损坏。由于个别数字传感器的损坏，导致个别数字传感器不通讯或系统不稳定。这种情况发生时，可以从数字接线盒端入手，将数字传感器分组，逐个摘除或加入系统。确认故障组后，再将该组数字传感器进一步分解排查。

(二) 使用专用检测工具检测：

使用以上测试方法时，测量点多，而且很难确认系统中哪一个支路有故障。

对于使用固定通讯协议的RS485 系统，可以用检测工具来方便的检测系统芯片的软损伤以及连接问题。

下面以使用耀华数字通讯协议的数字系统检测工具DS- T1 为例，介绍一下检测方法。

测试工具DS- T1 能有效检测出通讯口中信号线断线、信号线短路、接触不良、通讯芯片软击穿、通讯芯片驱动能力下降、通讯芯片负载增加等故障。

1） 检测数字称重系统通讯总线

这项功能一般用于施工前期检测，能检测出总线中某一路开路、接触不良、短路等现象。断开系统仪表端，将DS- T1 连接到系统通讯总线，接通工具电源，按下【测试数字传感器】键，开始自动对系统总线进行检测。检测完成后，如果检测出通讯总线有故障，显示错误号提示。如果检测通过，显示【PASS】提示。

显示【ERR 08】，提示R+ 线检测未通过

显示【ERR 04】，提示R- 线检测未通过

显示【ERR 02】，提示T+ 线检测未通过

显示【ERR 01】，提示T- 线检测未通过

当然也可能有多根通讯线同时检测未通过，这时显示为多种组合，需要根据现场情况判断是连接问题还是单只数字传感器通讯接口问题。

2） 检测单只数字传感器通讯接口

这项功能检测单只数字传感器的通讯口，可用于进出厂检验，以及故障现场筛选合格传感器。将DS- T1 连接到单只数字传感器，接通工具电源，按下【测试数字传感器】键，开始自动对数字传感器接口进行检测。检测完成后，如果检测出通讯接口有故障，显示错误号提示。如果检测合格，显示【PASS】提示。

3） 检测数字仪表通讯接口

这项功能检测数字仪表的通讯口，可用于进出厂检验，以及故障现场筛选合格仪表。

将DS- T1 连接到数字仪表，接通仪表和工具电源，按下【测试数字仪表】键，开始检测数字仪表通讯接口，此时在工具上可以输入数据，如果仪表显示重量会根据工具输入的变化而变化，表示仪表通讯口正常。

五、系统设计、安装时注意事项

了解了数字称重系统出现问题的原因，我们就可以在系统设计、安装时，注意施工规范，避免系统不稳定现象出现。具体注意事项如下：

1. 数字仪表电源地必须良好接地。安装现场很大部分的干扰和故障来源于强共模干扰。由于接地点的不一致、插座接触不良等导致的电，极容易导致仪表和数字传感器损坏。因此有必要在安装数字称重系统时，对电源地做原地接地。

2. 在数字称重系统设计初期考虑防雷击设计。雷击能量大、电压高，同时伴有感应雷、传导雷，易损坏数字通讯接口芯片。在雷电频发区域，设计防雷击系统是提高系统可靠性，降低系统故障率的有效手段。

3. 在安装初期，使用专用工具对总线进行检测，以排除系统中存在的隐患。

 

 

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