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摘 要：RS485总线因其组网成本低廉，是广泛使用的总线系统。施工细节的控制决定着总线系统的可靠性及调试的成效。文章从影响总线可靠性的因素和布线施工的要点进行分析，总结得出RS485总线施工中监理控制的要点。
关键词：RS485总线；RS485总线；监理要点
随着智能仪表的普及，在油库和长输管道的控制系统中各类智能仪表使用的越来越多。由于智能仪表几乎均配备有RS485接口和相应的Modbus协议，通过RS485串行接口和电缆的布线形成的总线，能够以其低廉的实现成本，非常方便地实现各设备间的通讯和控制。因此采用RS485串行接口的总线在实际施工中成为比较常用的布线方式。本文主要依据工程项目的监理实践，对在RS485总线布线施工和调试中应明确的监理控制要点进行分析和总结。
1. RS485总线简介
RS485串行数字接口标准，由电子工业协会（EIA）在RS422基础上制定的标准，采用平衡式发送，差分式接收的数据收发器来驱动总线，具有抑制共模干扰能力，抗噪声干扰性好的特性[1]。
RS485通讯为半双工通讯，只有一对平衡差分信号线，不能同时发送和接收，一般只需两根连线即可。RS485接口具有的传输距离远、节点数多（多达32个）、抗干扰能力强以及传输电缆成本低的特性，使得RS485串行接口成为工业应用中数据传输的首选标准。
因此采用RS485串行接口组成的总线网络为半双工网络，传输介质为双绞线、同轴电缆和光纤等，一般多采用双绞线传输。在RS485通信网络中一般采用的是主从通信方式，即一个主机带多个从机。很多情况下，连接RS485通信线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[1]。通常的RS485总线网络结构，一般采用终端匹配的总线型结构，不支持环形或星形网络。
2.影响RS485总线通讯可靠性的因素：
1.在总线通信过程中，因电缆布线方式的变化和传输距离的延长、造成电缆阻抗不连续或阻抗不匹配，导致在线路中出现回波反射信号，使得信号传输紊乱，造成通讯失败或出现故障报警。消除这种回波反射的方法，就必须在电缆的末端跨接一个与电缆的特性阻抗同样大小的终端电阻，确保电缆阻抗连续[2]。
2.信号在电缆的传输过程中存在着衰减现象。同样的标准电缆，在不同的通讯波特率情况下，线路衰减系数是不同的[2]。电缆的选用应该符合设计规格书并与设备要求的传输波特率相适应，减少因信号衰减造成的影响。
3.RS485总线的负载能力和通讯波特率一定的情况下，总线段的节点负载数量和传输距离成反比关系[2]。施工中应避免总线设备节点位置超过总线信号的传输距离，使总线设备无法正常通讯或调试时发出故障报警。
4.双绞线虽具有很好地抑制共模干扰的能力，但因接线需要造成的断点，使总线在断点接线处不能很好地克服外界的强电磁干扰，可能使总线系统处于不稳定的状态，影响总线通讯的可靠性。
3.RS485总线施工过程中监理控制要点
在一个RS485总线控制系统，硬件一般由现场智能仪表，传输电缆、控制器、上位计算机等组成。在项目工程实施过程中，上述材料和设备的性能指标均设计图纸中通过设计规格书得以明确。而且各种设备均为工业化标准产品，性能比较稳定、可靠，但是施工现场的情况则较为复杂。随着总线系统的设备和线路节点数量的增加、总线系统敷设电磁环境恶劣程度的不同、以及总线系统地域覆盖面大小等不同的情况变化，都可以造成传输电缆的实际敷设长度和方式往往与设计有较大的出入，使得RS485总线的电磁抗干扰能力下降，通讯有效传输距离变短，总线系统设备负载能力下降。为确保RS485总线的施工质量，根据施工经验从以下几个方面做好施工质量的监理控制。
（1）网络的拓扑结构
总线网络拓扑结构：每个RS485总线网络段的拓扑结构一般采用总线型结构，最好采用一条总线将各个节点串接起来。由于现场环境复杂，RS485设备分布一般都比较散乱，施工中为方便施工或理解偏差，没有将总线按照设计和总线规范要求将线路完全敷设成手牵手菊花链总线式拓扑结构如图1，而是采用简化的菊花链总线式拓扑结构如图2。虽然在图2的结构中在网络传输距离短、电磁环境优良，支线距离小于7m时也能正常工作，但是在复杂环境、大型油库等情况下，这种结构它给总线系统的可靠性产生了隐患（容易造成线路阻抗不匹配和信号反射，以及接线T点的电磁干扰，同时没有很好利用设备的电气接口资源，增加不必要的成本支出），严重的无法正常工作。。所以在施工中必须采用图1的方式进行网络连接，避免不必要的T接点的出现。
因此对于网络拓扑结构：监理从施工方案的审核开始时就必须注意总线的拓扑结构，对每个RS485总线段必须明确要求线路连接方式；施工阶段严格检查网络结构和接线的正确性，确保网络结构符合设计和规范要求。
（2）传输电缆的选择
根据GB11014-1989平衡电压数字接口电路的电气特性（附录A）指南的提示，RS485总线专用电缆的传输距离与通信波特率成反比，与通信线路线径成正比[3]。在满足设备通讯波特率的要求下，需要选用合适的电缆，控制好信号传输过程中的衰减率。
油库的RS485总线工作环境，各种干扰因素较多，电磁环境恶劣，一般情况下电缆敷设距离远较。为确保通讯的传输质量，应采用铠装型双绞屏蔽电缆，电缆特性阻抗为120Ω。电缆的规格型号和特性在设计图纸的材料表和规格书内都有明确的要求。
因此监理在现场应做好材料进场验收工作，重点是确认电缆的特性阻抗是否为120欧姆、检查确认电缆的每对线缆是否为双绞结构、电缆线径的大小是否符合设计要求。
（3）设备数量以及传输距离的掌握
在通信波特率一定的情况下，带负载数的多少，与信号能传输的最大距离是直接相关的。具体关系是：在总线允许的范围内，带负载数越多，信号能传输的距离就越短；带负载数量少，信号能传输的距离就远[2]。在实际施工中，随着库区面积和库容的增加，现场智能的位置越发分散，线路敷设长度就越长，无形中会减少总线驱动负载的数量。在同一总线段电缆敷设长度累计超过800m时，往往会在调试过程中发现：网络负载数量未超过标准要求，但在总线网络两端进行通讯扫描测试时可能只有部分设备能够正常通讯，其他部分设备无法正常通讯，这表明设备安装的位置已超出信号的传输距离；或者出现总线上设备有时均能够正常通讯，有时后面的部分设备无法通讯，这表明总线传输距离和负载驱动能力达到一种临界状态，这种现象是布线组网没有注意到设备负载对传输距离的影响。实际施工中必须考虑到总线传输信号的可靠性和传输距离的适度冗余，解决的办法是在线路适当位置增加RS485中继器以增加信号的传输距离和可靠性，同时在电缆的末端跨接一个与电缆的特性阻抗相同的120Ω终端电阻，确保电缆特性阻抗连续。但是中继器的增加同时增大了出现电磁干扰可能性，必须在中继器安装结点做好抗干扰措施。 因此监理工作从施工方案审核开始就要求施工单位对于是否增加RS485中继器和中继器安装位置提出相应的预案。特别是线路敷设环境复杂、线路总长超过800m或设备数量超过30台时，必须确定RS485中继器安装的位置，在RS485总线通讯调试过程中根据调试结果确定是否增加线路中继器，确保总线信号的传输距离和可靠性。
（4）电磁干扰和接地要求
由于现场情况十分复杂，各个节点之间可能存在很高的共模电压，虽然RS-485接口虽具有一定的抗共模干扰的能力，但当线路的共模电压超过RS-485接收器的极限接收电压时，接收器就再也无法正常工作了，严重时甚至会烧毁芯片和仪器设备[1]。
解决此类问题的方法：一是通过光电信号隔离器，彻底消除共模电压的影响。二是采用接地方式抑制干扰，正确的接地方法是屏蔽层单端可靠接地。在设计说明中都有明确的接地要求，它们包括备用线芯、屏蔽层、铠装电缆金属外皮。
在需要加装中继器等设备时，线路需截断后重新连接，在该连接点上的屏蔽层对信号的保护会出现漏洞，如附近有严重的干扰源就会影响网络通讯质量或造成网络通讯中断。对这种情况的出现必须另外采取抗干扰措施，如必要时可以用屏蔽盒（箱）保护线路的连接点。同时要注意屏蔽层的连续性和包覆完整性。
对线路的接地的监理工作主要采取重点部位旁站和设备接线点抽查相结合的方式进行检查和测量，确保屏蔽层连接可靠、包覆完整、接地正确、保护措施到位。
（5）线路综合布线时的注意事项
在线路综合布线施工中严格遵守《综合布线工程验收规范》（GB 50312-2007 ）的规定和要求，特别要确保总线电缆与电力电缆、配电箱、变压器、各类管线的最小水平距离和交叉距离。尽可能加大动力电缆与总线电缆之间的距离，尽可能不采取平行布线，做到空间电磁隔离，使总线远离可能出现的各种干扰源。
监理工作主要通过巡查和平行检查，除其他布线要求外，主要确保总线电缆与各类管线、电力电缆、电力设备等的水平距离和交叉距离是否满足设计和规范的要求。
（6）RS485总线通讯调试
RS485总线调试工作的目的是：验证现场智能仪表RS485端口工作正常，通过与总线上设备的通讯测试，验证总线布线施工质量。
调试工具建议采用电脑笔记本作为系统通讯调试的主站，用测试软件进行测试通讯质量，验证智能仪表RS485端口质量和总线的布线质量。如果智能仪表采用MODBUS通讯协议进行通讯，利用电脑笔记本的RS232端口，通过RS232-RS485串口转换器连接RS485总线；按照智能仪表要求的通讯波特率和设定好的设备地址，通过MODSCAN等软件逐一对总线上的所有设备进行扫描测试，所有设备通讯均正常，则总线布线质量基本合格，改由上位机系统对总线进行长时间的可靠性考验。若有问题则根据前面所述的现象和原因进行故障排除和整改或及时增加中继器。
在调试阶段，监理的主要工作是对调试工作进行旁站监理，根据调试过程中出现的问题和可能产生的原因，协调布线施工单位、设备厂家和上位机厂家的各自整改工作。确认现场设备和RS485系统总线通讯是否可靠和稳定，做好RS485系统总线的验收工作和主持布线施工单位与上位机厂家的工序交接工作。
4. 结束语
因此RS485总线施工的监理工作主要控制要点是：总线的网络结构的审核和敷设质量、抗干扰措施和接地连接的正确性；通过旁站调试全过程，验证中继器安装的正确性；见证总线系统调试的成果。
参考文献
[1]王华忠 监控与数据采集（SCADA）系统及其应用（第2版） 北京电子工业出版社 2012
[2]虞日跃，史洪源 RS-485总线的理论与实践 电子应用技术 2001（11）55-57
[3] 《平衡电压数字接口电路的电气特性》GB11014-89
[4] 《综合布线工程验收规范》GB 50312-2007
关键词：RS485总线；RS485总线；监理要点
随着智能仪表的普及，在油库和长输管道的控制系统中各类智能仪表使用的越来越多。由于智能仪表几乎均配备有RS485接口和相应的Modbus协议，通过RS485串行接口和电缆的布线形成的总线，能够以其低廉的实现成本，非常方便地实现各设备间的通讯和控制。因此采用RS485串行接口的总线在实际施工中成为比较常用的布线方式。本文主要依据工程项目的监理实践，对在RS485总线布线施工和调试中应明确的监理控制要点进行分析和总结。
1. RS485总线简介
RS485串行数字接口标准，由电子工业协会（EIA）在RS422基础上制定的标准，采用平衡式发送，差分式接收的数据收发器来驱动总线，具有抑制共模干扰能力，抗噪声干扰性好的特性[1]。
RS485通讯为半双工通讯，只有一对平衡差分信号线，不能同时发送和接收，一般只需两根连线即可。RS485接口具有的传输距离远、节点数多（多达32个）、抗干扰能力强以及传输电缆成本低的特性，使得RS485串行接口成为工业应用中数据传输的首选标准。
因此采用RS485串行接口组成的总线网络为半双工网络，传输介质为双绞线、同轴电缆和光纤等，一般多采用双绞线传输。在RS485通信网络中一般采用的是主从通信方式，即一个主机带多个从机。很多情况下，连接RS485通信线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[1]。通常的RS485总线网络结构，一般采用终端匹配的总线型结构，不支持环形或星形网络。
2.影响RS485总线通讯可靠性的因素：
1.在总线通信过程中，因电缆布线方式的变化和传输距离的延长、造成电缆阻抗不连续或阻抗不匹配，导致在线路中出现回波反射信号，使得信号传输紊乱，造成通讯失败或出现故障报警。消除这种回波反射的方法，就必须在电缆的末端跨接一个与电缆的特性阻抗同样大小的终端电阻，确保电缆阻抗连续[2]。
2.信号在电缆的传输过程中存在着衰减现象。同样的标准电缆，在不同的通讯波特率情况下，线路衰减系数是不同的[2]。电缆的选用应该符合设计规格书并与设备要求的传输波特率相适应，减少因信号衰减造成的影响。
3.RS485总线的负载能力和通讯波特率一定的情况下，总线段的节点负载数量和传输距离成反比关系[2]。施工中应避免总线设备节点位置超过总线信号的传输距离，使总线设备无法正常通讯或调试时发出故障报警。
4.双绞线虽具有很好地抑制共模干扰的能力，但因接线需要造成的断点，使总线在断点接线处不能很好地克服外界的强电磁干扰，可能使总线系统处于不稳定的状态，影响总线通讯的可靠性。
3.RS485总线施工过程中监理控制要点
在一个RS485总线控制系统，硬件一般由现场智能仪表，传输电缆、控制器、上位计算机等组成。在项目工程实施过程中，上述材料和设备的性能指标均设计图纸中通过设计规格书得以明确。而且各种设备均为工业化标准产品，性能比较稳定、可靠，但是施工现场的情况则较为复杂。随着总线系统的设备和线路节点数量的增加、总线系统敷设电磁环境恶劣程度的不同、以及总线系统地域覆盖面大小等不同的情况变化，都可以造成传输电缆的实际敷设长度和方式往往与设计有较大的出入，使得RS485总线的电磁抗干扰能力下降，通讯有效传输距离变短，总线系统设备负载能力下降。为确保RS485总线的施工质量，根据施工经验从以下几个方面做好施工质量的监理控制。
（1）网络的拓扑结构
总线网络拓扑结构：每个RS485总线网络段的拓扑结构一般采用总线型结构，最好采用一条总线将各个节点串接起来。由于现场环境复杂，RS485设备分布一般都比较散乱，施工中为方便施工或理解偏差，没有将总线按照设计和总线规范要求将线路完全敷设成手牵手菊花链总线式拓扑结构如图1，而是采用简化的菊花链总线式拓扑结构如图2。虽然在图2的结构中在网络传输距离短、电磁环境优良，支线距离小于7m时也能正常工作，但是在复杂环境、大型油库等情况下，这种结构它给总线系统的可靠性产生了隐患（容易造成线路阻抗不匹配和信号反射，以及接线T点的电磁干扰，同时没有很好利用设备的电气接口资源，增加不必要的成本支出），严重的无法正常工作。。所以在施工中必须采用图1的方式进行网络连接，避免不必要的T接点的出现。
因此对于网络拓扑结构：监理从施工方案的审核开始时就必须注意总线的拓扑结构，对每个RS485总线段必须明确要求线路连接方式；施工阶段严格检查网络结构和接线的正确性，确保网络结构符合设计和规范要求。
（2）传输电缆的选择
根据GB11014-1989平衡电压数字接口电路的电气特性（附录A）指南的提示，RS485总线专用电缆的传输距离与通信波特率成反比，与通信线路线径成正比[3]。在满足设备通讯波特率的要求下，需要选用合适的电缆，控制好信号传输过程中的衰减率。
油库的RS485总线工作环境，各种干扰因素较多，电磁环境恶劣，一般情况下电缆敷设距离远较。为确保通讯的传输质量，应采用铠装型双绞屏蔽电缆，电缆特性阻抗为120Ω。电缆的规格型号和特性在设计图纸的材料表和规格书内都有明确的要求。
因此监理在现场应做好材料进场验收工作，重点是确认电缆的特性阻抗是否为120欧姆、检查确认电缆的每对线缆是否为双绞结构、电缆线径的大小是否符合设计要求。
（3）设备数量以及传输距离的掌握
在通信波特率一定的情况下，带负载数的多少，与信号能传输的最大距离是直接相关的。具体关系是：在总线允许的范围内，带负载数越多，信号能传输的距离就越短；带负载数量少，信号能传输的距离就远[2]。在实际施工中，随着库区面积和库容的增加，现场智能的位置越发分散，线路敷设长度就越长，无形中会减少总线驱动负载的数量。在同一总线段电缆敷设长度累计超过800m时，往往会在调试过程中发现：网络负载数量未超过标准要求，但在总线网络两端进行通讯扫描测试时可能只有部分设备能够正常通讯，其他部分设备无法正常通讯，这表明设备安装的位置已超出信号的传输距离；或者出现总线上设备有时均能够正常通讯，有时后面的部分设备无法通讯，这表明总线传输距离和负载驱动能力达到一种临界状态，这种现象是布线组网没有注意到设备负载对传输距离的影响。实际施工中必须考虑到总线传输信号的可靠性和传输距离的适度冗余，解决的办法是在线路适当位置增加RS485中继器以增加信号的传输距离和可靠性，同时在电缆的末端跨接一个与电缆的特性阻抗相同的120Ω终端电阻，确保电缆特性阻抗连续。但是中继器的增加同时增大了出现电磁干扰可能性，必须在中继器安装结点做好抗干扰措施。 因此监理工作从施工方案审核开始就要求施工单位对于是否增加RS485中继器和中继器安装位置提出相应的预案。特别是线路敷设环境复杂、线路总长超过800m或设备数量超过30台时，必须确定RS485中继器安装的位置，在RS485总线通讯调试过程中根据调试结果确定是否增加线路中继器，确保总线信号的传输距离和可靠性。
（4）电磁干扰和接地要求
由于现场情况十分复杂，各个节点之间可能存在很高的共模电压，虽然RS-485接口虽具有一定的抗共模干扰的能力，但当线路的共模电压超过RS-485接收器的极限接收电压时，接收器就再也无法正常工作了，严重时甚至会烧毁芯片和仪器设备[1]。
解决此类问题的方法：一是通过光电信号隔离器，彻底消除共模电压的影响。二是采用接地方式抑制干扰，正确的接地方法是屏蔽层单端可靠接地。在设计说明中都有明确的接地要求，它们包括备用线芯、屏蔽层、铠装电缆金属外皮。
在需要加装中继器等设备时，线路需截断后重新连接，在该连接点上的屏蔽层对信号的保护会出现漏洞，如附近有严重的干扰源就会影响网络通讯质量或造成网络通讯中断。对这种情况的出现必须另外采取抗干扰措施，如必要时可以用屏蔽盒（箱）保护线路的连接点。同时要注意屏蔽层的连续性和包覆完整性。
对线路的接地的监理工作主要采取重点部位旁站和设备接线点抽查相结合的方式进行检查和测量，确保屏蔽层连接可靠、包覆完整、接地正确、保护措施到位。
（5）线路综合布线时的注意事项
在线路综合布线施工中严格遵守《综合布线工程验收规范》（GB 50312-2007 ）的规定和要求，特别要确保总线电缆与电力电缆、配电箱、变压器、各类管线的最小水平距离和交叉距离。尽可能加大动力电缆与总线电缆之间的距离，尽可能不采取平行布线，做到空间电磁隔离，使总线远离可能出现的各种干扰源。
监理工作主要通过巡查和平行检查，除其他布线要求外，主要确保总线电缆与各类管线、电力电缆、电力设备等的水平距离和交叉距离是否满足设计和规范的要求。
（6）RS485总线通讯调试
RS485总线调试工作的目的是：验证现场智能仪表RS485端口工作正常，通过与总线上设备的通讯测试，验证总线布线施工质量。
调试工具建议采用电脑笔记本作为系统通讯调试的主站，用测试软件进行测试通讯质量，验证智能仪表RS485端口质量和总线的布线质量。如果智能仪表采用MODBUS通讯协议进行通讯，利用电脑笔记本的RS232端口，通过RS232-RS485串口转换器连接RS485总线；按照智能仪表要求的通讯波特率和设定好的设备地址，通过MODSCAN等软件逐一对总线上的所有设备进行扫描测试，所有设备通讯均正常，则总线布线质量基本合格，改由上位机系统对总线进行长时间的可靠性考验。若有问题则根据前面所述的现象和原因进行故障排除和整改或及时增加中继器。
在调试阶段，监理的主要工作是对调试工作进行旁站监理，根据调试过程中出现的问题和可能产生的原因，协调布线施工单位、设备厂家和上位机厂家的各自整改工作。确认现场设备和RS485系统总线通讯是否可靠和稳定，做好RS485系统总线的验收工作和主持布线施工单位与上位机厂家的工序交接工作。
4. 结束语
因此RS485总线施工的监理工作主要控制要点是：总线的网络结构的审核和敷设质量、抗干扰措施和接地连接的正确性；通过旁站调试全过程，验证中继器安装的正确性；见证总线系统调试的成果。
参考文献
[1]王华忠 监控与数据采集（SCADA）系统及其应用（第2版） 北京电子工业出版社 2012
[2]虞日跃，史洪源 RS-485总线的理论与实践 电子应用技术 2001（11）55-57
[3] 《平衡电压数字接口电路的电气特性》GB11014-89
[4] 《综合布线工程验收规范》GB 50312-2007