RS485通讯布线规范及经验总结

RS485通讯布线规范及经验总结

　RS-485标准[1]定义了一个基于单对平衡线的多点、双向（半双工）通信链路，是一种极为经济、并具有相当高噪声抑制、传输速率、传输距离和宽共模范围的通信平台。我们学校校园一卡通系统中的食堂消费子系统，就是采用RS-485总线将各消费POS机连接在一起。

　 1校园一卡通系统RS-485总线故障

　系统运行过程中，由于雷雨天气，雷电将部分食堂218型消费POS机击坏，连通不了网络。经排查是POS机上的通讯芯片被击穿，更换新的通讯芯片后，将消费POS机分别接入系统，把原来本机上存储的流水信息，全部上传到服务器数据库。然而，非常奇怪的事发生了。部分消费POS机并入RS-485支线后，系统显示能正常连通，可以通讯。但把所有的消费POS机全接入后，却发现网关到各消费POS机的网络通讯异常了。

　 2故障排查

　让我们来分析一下，RS-485网络传输系统的物理线路是肯定连通的，因为各台消费POS机分别接入系统时，都能正常进行通讯。但当所有的消费POS机同时接入系统后，为什么就出现通讯异常的情况了呢？

　RS-485总线在布线时是可以任意布设成星型接线和树形接线的。在学校食堂现场，因为有楼上楼下、左边右边，各餐厅位置比较分散的限制，铺设线缆时没有辅以485集线器和485中继器等网络连接设备，而直接把485线连成星型连接和树形连接，造成总线上的信号反射，最终导致总线不稳定。

　在实际布线时，施工人员为了操作方便，直接把线缆分剪成多段，再重新连接时却没有将屏蔽线再作良好的连接，从而造成网络中地线部分切割成了许多段，很明显会使得线上电压不能保持一致，导致共模干扰。[2]

　在实际施工中，布线时是通过管线走的，施工人员为了图方便，直接将485信号线和电源线捆绑在一起穿过管线，它们的间距过小，由于强电具有强烈的电磁信号对弱电有干扰，从而导致485信号不稳定，导致整个网络通信的不稳定。

　以上这些情况都可能对RS-485总线网络正常通讯造成影响，累积到一起影响更加明显。

　 3解决方案

　找到了故障的原因，最佳的解决方案就是将出现故障的RS-485总线的网络通讯系统重新改造，全部布过线。在RS-485总线系统施工时必须严格按照施工规范来施工。

　第一，选择合适的RS-485总线拓扑结构。

　RS-485网络拓扑一般采用终端匹配的总线型结构，不支持环形或星形网络。[3]在组建网络的时候，应该采用RS-485专用电缆，将各个节点串接起来。

　第二，选择阻抗匹配、低衰减的RS-485专用屏蔽电缆。因为485通讯是采用差模通讯原理，专用电缆内是双绞线，在每一根缠绕着的导线在导电时，发出的电磁幅射被绞合在一起的另一根导线上发出的电磁辐射所抵消，这样可以减少串扰以及信号放射程度，抗干扰性较好。[4]再加上外面有屏蔽层起到屏蔽作用的话，外界干扰信号对于其中的传输信号干扰影响也可以尽可能的减小，更利于保证通讯。

　第三，485信号线同电源线要分别走不同的线管，隔开一定的间距，这样可以减少强电的电磁信号对弱电的干扰。信号线走线时，也远离强电、强磁场等，避免信号受到干扰。

　第四，各个不同位置的餐厅，分别从网关处放一条单一的、连续的信号通道作为总线，将各个消费POS机串接起来，避免在阻抗不连续点发生信号的.反射。

　第五，从总线上引出到每一个消费POS机的线长要尽可能短，以便使引出线中的反射信号对总线信号的影响降到最低。[5]因为随着通信距离的增长，信号会在各支路末端反射后同原信号叠加在一起，其不良影响会更加利害，最后导致总线上通讯信号质量的下降。

　第六，485总线必须要接地，将屏蔽线作为地线严格执行单点可靠接地，也就是整个485总线上只能是有一个点接地。因为将其接地是要使得地线上的电压保持相同，防止产生共模干扰，如果多点接地则不能达到这个目的。

　第七，注意终端负载电阻问题。485总线随着传输距离的延长，会产生回波反射信号，在长距离总线电缆的末端并接120欧姆的终端电阻。[6]

　 4结束语

　通过对RS-485网络传输系统重新施工改造，食堂消费子系统中所有消费POS机全部能正常接入系统，消费通讯正常，故障排除。RS-485总线必须严格按施工规范进行施工，在工程验收中不仅要进行连通性测试，还要对RS-485网络布线进行特性指标测试，保证数据传输的可靠性。

　校园一卡通系统应用广泛，维护也是一个复杂的系统工程，需要在实际工作中不断总结和积累经验，更好地服务教师学生。

　参考文献：

　[1]杨庆柏。现场总线技术[M].北京：国防工业出版社，2005.

　[2]共模干扰和差模干扰[EB/OL].

　[3]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）：137-140.

　[4]殷智慧。RS485总线数据传输提高可靠性方法[J].信息化建设，2016,（06）：34.

　[5]王喜祥，赵宴辉，廉成强。RS485串行总线可靠性探讨[J].舰船防化，2011,（02）：29-32.

　[6]于月森，叶王庆。RS-485总线可靠性应用研究[J].微计算机信息，2007,23（8-2）：274-276.

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地铁FAS、BAS系统设计中几个问题的探讨

1.防灾报警(FAS)、设备监控(BAS)系统方案的研究

地铁FAS、BAS系统，一般实行两级管理(中央级、车站级)、三级扩展(中央级、车站级、现场级)。目前的做法一般是两个系统独立组建，各自拥有自己的中央级、车站级、现场级和传输网络。也有部分项目在进行大型综合监控系统的研究，即包括几乎所有弱电系统，目的是实现资源共享、信息互通，但FAS、BAS系统与其他系统共享的资源和信息很少，因此不免有作秀的因素。本文只对FAS、BAS系统小综合与独立系统进行比较。

(1).方案一： 两系统在车站级和中央级进行综合

设备监控(BAS)系统与防灾报警(FAS)系统在车站级和中央级进行综合，即两系统在中央级共用一套局域网、工作站、服务器及外围设备，实现资源共享、信息互通、协调管理;在车站级统一设置冗余工作站、独立设置控制器;设备监控(BAS)、防灾报警(FAS)采用双网进行信息传输，即：各站设备监控(BAS)系统的冗余PLC控制器利用通信通道组成冗余以太网，各站防灾报警(FAS)系统的报警控制器利用通信专业提供的通信通道组成双环令牌网。保证系统的高度可靠性。防灾报警(FAS)、设备监控(BAS)控制器独立设置并通过通信接口进行通信，正常工况时，设备监控(BAS)系统对地铁机电设备按正常模式进行监控;火灾时，设备监控(BAS)系统的PLC控制器直接接受车站报警控制器的指令或中央下达的指令，将正常工况转入火灾工况，火灾工况具有优先权。保证系统响应的实时性。如图1和2

(2).方案二 各自设置独立系统

采用传统的方案，设备监控(BAS)系统与防灾报警(FAS)系统各自独立组建系统，即两系统分别配置中控级和车站级各类设备，两系统采用独立的传输通道进行信息传输，各系统分别完成各自的监控功能。设备监控(BAS)系统配置的中控级、车站级与就地级设备完成控制中心级、车站级两级管理，和控制中心级、车站级、就地级三级控制。在中央级和车站级，设备监控(BAS)系统和防灾报警(FAS)系统均设通信接口，火灾时防灾报警(FAS)系统通过接口向设备系统发出指令，设备监控(BAS)系统启动相应的火灾模式。如图3

(3).方案比选

方案一：

首先，防灾报警(FAS)系统与设备监控(BAS)系统存在互补性和依赖性。目前地铁的环控通风和防排烟都是合用一套设备，设备监控(BAS)系统可以完成正常工况下环控通风的控制，而火灾工况下，需要防灾报警(FAS)系统确认火灾，并指定火灾运行模式指令发送给设备监控(BAS)系统执行。因此单个系统难以完成消防控制过程，需要两个系统相互配合、协调工作。综合后系统更加符合地铁的运行特点，提高智能化水平，方便运营管理。

其次， 防灾报警(FAS)系统与设备监控(BAS)系统具备综合条件和成熟的技术。

最后，防灾报警(FAS)系统与设备监控(BAS)系统进行综合后可以节约投资。综合后由于减少了一套中央级的设备，可以节约投资。

方案二：由于两系统的运营人员一般为同一套人员，需要一个人同时监管两个系统;车站级以上设备分别设置，投资高;工程实施过程中协调工作量大。

(4).结论：

综上所述，采用方案一技术先进、性能可靠、方便运营管理、投资低、符合自动化系统的发展趋势、能满足轨道交通监控管理需要，故推荐方案一， 防灾报警(FAS)、设备监控(BAS)系统在车站级及OCC进行综合。

2.地铁防排烟设备的联动控制问题

由于地铁防排烟与正常通风一般合用一套设备系统，因此防灾报警(FAS)系统负责监视管辖范围内的火灾灾情并报警，联动控制专用防灾设备。由设备监控(BAS)系统负责监控正常运营和灾害状态兼顾使用的防灾设备。防灾报警(FAS)系统与设备监控(BAS)系统在车站综合控制室通过网络接口相连接。在灾害状态下，由车站防灾报警(FAS)系统或控制中心发出指令，设备监控(BAS)系统按照预先编制的灾害模式运行。

但在不少项目的设计，人们对防排烟消防设备的处理仍然表现的心有余悸，把风机和风阀交给BAS系统，而防火阀交给FAS系统，以期得到消防部门的认可。但地铁环控系统的防排烟运行模式与一般楼宇相比要复杂得多，每一种模式都涉及到若干风机、风阀及防火阀一系列动作，上述做法实际上需要两个系统共同完成一个模式，从我们作过的几个项目看，实现起来很难，可靠性很差，甚至无法调通。所以对环控系统的所有设备必须用系统的观念去对待，不能肢解。因此应将把环控系统(包括防火阀)作为一个整体全部交由设备监控(BAS)系统监控。使系统结构更符合地铁的实际情况。另外BAS系统IBP盘也是模式控制，如果两个系统共同完成一个模式，在手动状态下根本无法实现。再说根据《地铁设计规范》(GB 50157-2003)第19.2.3条规定：防排烟设备可以由BAS系统联动控制，第20.3.1条规定：，BAS系统的基本功能包括了执行防灾和阻塞模式，第20.4.3条第4款也规定：BAS系统的IBP盘作为BAS系统火灾工况自动控制的后备措施。因此上述做法是有法可依的。

3.消火栓系统的联动控制问题

对于地下站一般市政水压足够，一般没有消防泵，而地面站、高架站通常需要设置消防泵。有消防泵的消火栓系统，在消火栓箱内应设置启泵按钮。但通常启泵按钮是通过DC24V硬线控制。这里有两个问题需要注意：一是规范要求设FAS系统的项目，FAS系统要监视启泵按钮的位置和动作，一般是在消火栓箱设一个监视模块，通过模块地址及反馈信号确定消火栓的位置及动作;二是对于建筑规模较大的项目，控制线的距离较远，DC24V是否可靠没有把握，为此上海的做法是采用安全电压的高限48V。我在主持上海9号线的设计时，曾与到一个特例，就是其松江新城站是一个半低下、半地面车站，由于市政水压不够设置了消防泵，问题是该站连着1.7km的地下隧道区间需要设置消火栓及启泵按钮，显然安全电压等级的硬线控制难以实现。

长期以来，人们对消防设备的控制首先想到的是硬线，认为硬线可靠，消防部门容易通过。但上述情况就对硬线的可靠性提出了挑战。那么规范是怎么规定的呢?

(1)《火灾自动报警设计规范》(GB 50116-98)

第5.3.2条：消防泵、防排烟风机的控制设备当采用总线编码模块控制时，还应在控制室设置手动直接控制;

第6.3.2条：消防控制设备对室内消火栓系统应有下列控制和显示功能：

6.3.2.1：控制消防泵的启、停;

6.3.2.2：显示消防泵的工作、故障状态;

6.3.2.3：显示启泵按钮的位置。

(2)《地铁设计规范》(GB 50157-2003)

19.2.11：对消火栓系统的控制应满足下列要求：

1. 控制消防泵的启、停;

2.设消防泵的消火栓处应设消火栓按钮，向消防控制室发送要求启动消防泵的信号;

3.消防值班控制室应能显示消防泵的工作和、故障状态、消火栓按钮的工作位置和手动/自动开关位置。

从以上规定看，没有一处要求消火栓按钮必须是硬线控制，而且《地铁设计规范》还明确对消火栓按钮要求：向消防控制室发送要求启动消防泵的信号而不是直接启泵。因此我们完全可以用FAS系统的手动报警按钮代替传统的消火栓按钮，直接接入FAS系统的总线，它本身就带地址，完全能够向控制室发送要求启动消防泵的信号，并能通过其地址确定启泵按钮的位置，同时省去了一个监视模块，况且车站控制室还有硬线启泵的硬线控制作为后备措施，完全满足规范要求。在上海9号线的设计中，我们提出了这一方案，事先与上海市消防局沟通，并得到了上海市消防局的认可。总线控制方案显著地提高了控制的可靠性，且节约了投资。

4.隧道区间的火灾监测问题

我国98年版国家标准《火灾自动报警系统设计规范》GB50116-98及《地铁设计规范》(GB 50157-2003)都将地铁隧道定为一级保护对象，显示了对地铁火灾安全的高度重视。由于目前的防灾报警(FAS)系统设备存在总线长度有限、回路容量不够、其他线性感温元件保护范围小、不能精确定位报警点等技术困难，目前已经运营和在建的大部分地铁隧道都没有安装感温元件，成为地铁的一个安全死角。鉴于地铁严峻的安全形式，为了消灭地铁的安全死角，更有效地保护国家和人民的生命和财产安全，研究、选择适合在地铁隧道安装运行的火灾监测系统已迫在眉睫。为此，我们依托深圳地铁工程，开展了对“新型地铁火灾监测系统设计技术”的专题研究，利用感温光纤进行隧道区间的火灾监测。该研究成果已经通过了天津市科学委员会组织的专家鉴定，鉴定意见认为该成果总体到达了国际领先水平，建议在国内外地铁工程中推广应用。光纤分布式火灾监测系统已经在深圳地铁成功投入运行且运行状态良好，受到业主高度评价。运行实践证明该研究成果技术先进、性能可靠、操作方便、易于推广、经济和社会效益显著。改变了地铁隧道无自动火灾报警装置的现状，为在地铁设置无盲点的火灾自动报警系统提供了先进的技术手段。该成果的应用实现了地铁隧道火灾的自动报警→防排烟模式指令的下达→相关防排烟设备的联动控制→执行结果的反馈全过程的自动化。为了保证地铁的安全运行，今后的项目在地铁隧道应设置感温光纤监视隧道火灾灾情。