变频器RS-485接口的抗干扰技术

    因为RS-485的远距离、多节点(32个)以及传输线成本低的特性，使得RS-485成为工业应用中数据传输的首选标准。为此RS-485在自动化领域的应用非常广泛，但是在实际工程中RS-485总线运用仍然存在着很多问题，影响信号传输的质量，给工程应用带来了很多的不方便。

   RS-485有两线制和四线制两种接线，四线制只能实现点对点的通信方式，现很少采用，现在多采用的是两线制接线方式，这种接线方式为总线式拓扑结构，在同一总线上最多可以挂接32个节点。在RS-485通信网络中，一般采用的是主从通信方式，即一台主机带多台从机。在很多情况下，连接RS-485通信链路时只是简单地用一对双绞线将各个接口的“A”、“B”端连接起来，而忽略了信号地的连接。这种连接方法在许多场合是能正常工作的，但却存在很大的隐患，其原因有：

   1)共模干扰问题。RS-485接口采用差分方式传输信号，仅用一对双绞线将各个接口的A、B端连接起来，并不需要相对于某个参照点来检测信号，系统只需检测两线之间的电位差在某些情况下是可以工作的。因收发器有一定的共模电压范围，RS-485收发器共模电压范围为-7~+12V，只有满足上述条件，整个网络才能正常工作。当网络线路中共模电压超出此范围时就会影响通信的稳定性，甚至损坏接口。当发送器A向接收器B发送数据时，发送器A的输出共模电压为UOS，由于两个系统具有各自独立的接地系统，而存在着地电位差UCPD，那么接收器输入端的共模电压就会达到UCM=UOS+UGPD。RS-485标准规定UOS≤3V，但UGPD可能会有很高幅度（十几伏甚至数十伏），并可能伴有强干扰信号致使接收器共模输入电压UCM超出正常范围，在信号线上产生干扰电流，轻则影响正常通信，重则损坏设备。

   2) EMI问题。发送驱动器输出信号中的共模部分需要一个返回通路，如没有一个低阻的返回通道（信号地），就会以辐射的形式返回源端，整个总线就会像一个天线向外辐射电磁波。

   3)反射问题。信号在传输过程中如果遇到阻抗突变，信号在这个地方就会引起反射，这种信号反射的原理与光从一种媒质进入另一种媒质要引起反射是相似的。消除这种反射的方法，就是尽量保持传输线阻抗连续。

    从理论上分析，在传输电缆的末端只要跨接与电缆特性阻抗相匹配的终端电阻，就能有效地减少信号反射。但是，在实际工程应用中，由于传输电缆的特性阻抗与通信波特率等应用环境有关，特性阻抗不可能与终端电阻完全相等，因此或多或少的信号反射还会存在。信号反射对数据传输的影响，归根结底是因为反射信号触发了接收器输入端的比较器，使接收器收到了错误的信号，导致CRC校验错误或整个数据帧错误。这种情况是无法改变的，只有尽量去避免它。

   RS-485传输线在一般场合采用普通的双绞线就可以，在要求比较高的环境下可以采用带屏蔽层的同轴电缆。在使用RS-485接口时，对于特定的传输线路，从RS-485接口到负载间的数据信号传输所允许的最大电缆长度与信号传输的波特率成反比，这个长度主要是受信号失真及噪声等影响。理论上RS-485的最长传输距离能达到1200m，但在实际应用中传输的距离要比1200m短，具体能传输多远视周围环境而定。在传输过程中可以采用增加中继器的方法对信号进行放大，最多可以加8个中继器，也就是说理论上RS-485的最大传输距离可以达到9.6km。如果真需要长距离传输，可以采用光纤为传播介质，收发两端各加一个光电转换器，多模光纤的传输距离是5～10km，而采用单模光纤可达50km的传播距离。