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摘要：随着国家智能电网的快速发展，智能电表和电能量采集系统在城乡电网中普遍安装应用，本文就目前在智能电能表组网过程中遇到的问题，从RS-485接口电路原理分析入手，分析现场遇到的RS-485通讯失效问题，解释问题原因，并提出相应解决方法和手段。
关键字：RS-485 智能电能表 通讯接口 失效分析
前言
为贯彻落实国家电网公司建设和构建智能电网、智能用电的发展战略与服务体系，智能电表用电信息采集系统得到大范围的推广和安装。智能电能表与用电信息采集系统的信息交互式通过电能表的本地通讯接口完成。因此，智能电能表的本地通讯接口工作的稳定性和可靠性显的尤为重要。
1 智能电能表RS-485接口硬件电路分析
作为一种简单、廉价而且可靠的通讯规范，RS-485采用平衡发送和差分接收的形式，因此在其使用过程中具有很强的抑制共模干扰的能力，加上RS-485接口的接收器具有200mV的接收灵敏度，能够在千米之外恢复通讯信号。目前在智能电能表上采用的RS-485通讯接口电路如图1所示。
电路中U2为将TTL电平转换成差分输出的RS-485驱动芯片，目前智能电能表中广泛采用的RS-485驱动芯片种类繁多，但这些芯片的功能是一致的，通讯效果差异不大。此电路与典型RS-485推荐电路相比较，省去了U2收发控制端的驱动隔离光耦，原因一是智能电能表生产厂家成本控制的结果，即减少智能电能表生产成本；二是降低RS-485电路的功耗。
RS-485接口输出电平“1”时，光耦E2处于截止状态，电阻R6和R8的分压作用，使芯片U2的收发控制端处于低电平，即U2处于接收状态，输出A和B为高阻状态，电阻R9和R10对拉使得RS-485总线处于确定的“1”状态，所以此电路输出“1”不是驱动芯片U2S输出完成，是由电阻R9和R10对拉形成。
RS-485接口输出电平“0”时，光耦E2处于导通状态，驱动芯片的收发控制端处于高电平，使芯片处于发送状态。在光耦E2输出的作用下，三极管Q2的基极为高电平，Q2截止，芯片U2的DI端为低电平，此时驱动芯片将DI的低电平转换成差分电压发送至A和B，发出电平“0”的RS-485差分信号。
在此电路的光耦E1和E2的输出端分别增加三极管Q1和Q2构成整形电路，由于光耦在导通瞬间电流上升比较快，但进入和退出深饱时比较慢，因此利用三极管的比较点比光耦进入深饱和与退出深饱和点低，可以提高通讯速率，使得可靠通讯波特率达到9600bps.满足目前智能电能表RS-485通讯的要求。
2 智能电能表RS-485通讯现场使用常见问题及解决方法
2.1软件收发时序不匹配
由于RS-485总线是一个半双工的通讯方式，收和发不能同时进行，从发送完成到变为接收状态，无论是软件的处理抑或是硬件的切换都需要一定的延时，因此DL/T645规定帧间延时Td：20ms≤Td≤500ms，主要是给发送方一个由发转为收的时间，保证接收方返回的数据能完整的被接收。而有些智能电能表对此考虑不够，在接收到主站的请求命令帧后，未进行帧响应延时，就立刻发送应答帧，而此时主站还处于发送状态，等主站返回到接收状态时，电能表前面的码字已发送完，主站接收到的应答数据帧不完整引起通信失败。这里建议通信双方在编程时都必须严格遵守DL/T645所规定的帧间延时，实际软件设计时可取100ms。
2.2软件判断帧起始符错误
电能表RS-485总线是一种数字异步通信方式。异步通信不同于同步通信，其没有专门的同步信号进行同步，接收方无法准确判知哪一个字节是一帧数据通信的开始，因此DL/T645中规定68H作为帧起始符，即帧同步码，代表一帧数据的开始。有些主站和电能表在软件编程时考虑得比较理想，接收数据时未按照DL/T645中规定68H来判定数据帧的开始，而是以接收到的第一个字符作为帧起始标志；如果电能表在此帧数据之前发了几个FEH，其接收到的数据将会出现同步错误。当总线上有正常信号产生时，由于干扰信号比较小的原因，其对通信并无太大的影响，但对接收方来讲，其接收正确数据帧前会混有若干个字节的杂乱数据，由于同步处理不当，通讯也会失败。
2.3软件判断帧结束符错误
目前由于这个原因引起RS-485通信不成功占有很大的比例。正常情况在485通信時，对于接收到的数据一般都会按收、发双方事先约定的奇偶校验方式进行数据检错，并将错误的数据帧剔除，等待发送方重发。这种通信方式本身是正确的，但是有的软件人员在编程时考虑问题不够全面，在判断一帧结束处理时，没有根据所收数据帧的长度和结束符“16H”及时地将数据接收任务结束，而是依据多长时间内收不到新的一个字节数据来认为一帧已收完。这种处理方法在现场干扰或者总线负载较大的情况下就会导致通信失败。
2.4智能电能表RS-48电路硬件设计缺陷
由于智能电能表使用现场复杂，RS-485通讯接口在实际使用中存在这样或那样的问题，因此人们对其接口电路采取了各种保护措施，最为常见的是每只智能电能表在A和B总线之间加一个120Ω的电阻，看似为了在长距离、高速通讯时进行阻抗匹配，但在实际运用过程中这一做法无益甚至有害。RS-485总线处于悬浮状态时A、B线等电位。为了保证A比B高200mV以上，厂家将A、B线分别通过10k电阻上拉到5V、下拉到地，这样在都处于接收状态时，A、B间的电位差约为5V，RS-485芯片的接收端为高，通信不受影响。
3 总结
随着RS-485总线在智能电能表现场组网中发挥的作用越来越明显，技术人员设计出具有运行可靠、抗干扰性强、可完成长期串行数据通讯任务的RS-485接口尤为重要。本文对RS-485电路进行分析，并对智能电能表现场组网过程中出现的通讯失效的典型现象进行分析给出解决方法，为供电企业的相关技术人员提供参考，充分发挥智能电能表的功能和使用效果，为智能电网建设作出贡献。
参考文献：
[1]宗建华，闫华光等.智能电能表[M].北京：中国电力出版社，2010
[2]吴向荣.智能电表RS-485通信接口防雷探讨[J].机电信息，2011（36）
关键字：RS-485 智能电能表 通讯接口 失效分析
前言
为贯彻落实国家电网公司建设和构建智能电网、智能用电的发展战略与服务体系，智能电表用电信息采集系统得到大范围的推广和安装。智能电能表与用电信息采集系统的信息交互式通过电能表的本地通讯接口完成。因此，智能电能表的本地通讯接口工作的稳定性和可靠性显的尤为重要。
1 智能电能表RS-485接口硬件电路分析
作为一种简单、廉价而且可靠的通讯规范，RS-485采用平衡发送和差分接收的形式，因此在其使用过程中具有很强的抑制共模干扰的能力，加上RS-485接口的接收器具有200mV的接收灵敏度，能够在千米之外恢复通讯信号。目前在智能电能表上采用的RS-485通讯接口电路如图1所示。
电路中U2为将TTL电平转换成差分输出的RS-485驱动芯片，目前智能电能表中广泛采用的RS-485驱动芯片种类繁多，但这些芯片的功能是一致的，通讯效果差异不大。此电路与典型RS-485推荐电路相比较，省去了U2收发控制端的驱动隔离光耦，原因一是智能电能表生产厂家成本控制的结果，即减少智能电能表生产成本；二是降低RS-485电路的功耗。
RS-485接口输出电平“1”时，光耦E2处于截止状态，电阻R6和R8的分压作用，使芯片U2的收发控制端处于低电平，即U2处于接收状态，输出A和B为高阻状态，电阻R9和R10对拉使得RS-485总线处于确定的“1”状态，所以此电路输出“1”不是驱动芯片U2S输出完成，是由电阻R9和R10对拉形成。
RS-485接口输出电平“0”时，光耦E2处于导通状态，驱动芯片的收发控制端处于高电平，使芯片处于发送状态。在光耦E2输出的作用下，三极管Q2的基极为高电平，Q2截止，芯片U2的DI端为低电平，此时驱动芯片将DI的低电平转换成差分电压发送至A和B，发出电平“0”的RS-485差分信号。
在此电路的光耦E1和E2的输出端分别增加三极管Q1和Q2构成整形电路，由于光耦在导通瞬间电流上升比较快，但进入和退出深饱时比较慢，因此利用三极管的比较点比光耦进入深饱和与退出深饱和点低，可以提高通讯速率，使得可靠通讯波特率达到9600bps.满足目前智能电能表RS-485通讯的要求。
2 智能电能表RS-485通讯现场使用常见问题及解决方法
2.1软件收发时序不匹配
由于RS-485总线是一个半双工的通讯方式，收和发不能同时进行，从发送完成到变为接收状态，无论是软件的处理抑或是硬件的切换都需要一定的延时，因此DL/T645规定帧间延时Td：20ms≤Td≤500ms，主要是给发送方一个由发转为收的时间，保证接收方返回的数据能完整的被接收。而有些智能电能表对此考虑不够，在接收到主站的请求命令帧后，未进行帧响应延时，就立刻发送应答帧，而此时主站还处于发送状态，等主站返回到接收状态时，电能表前面的码字已发送完，主站接收到的应答数据帧不完整引起通信失败。这里建议通信双方在编程时都必须严格遵守DL/T645所规定的帧间延时，实际软件设计时可取100ms。
2.2软件判断帧起始符错误
电能表RS-485总线是一种数字异步通信方式。异步通信不同于同步通信，其没有专门的同步信号进行同步，接收方无法准确判知哪一个字节是一帧数据通信的开始，因此DL/T645中规定68H作为帧起始符，即帧同步码，代表一帧数据的开始。有些主站和电能表在软件编程时考虑得比较理想，接收数据时未按照DL/T645中规定68H来判定数据帧的开始，而是以接收到的第一个字符作为帧起始标志；如果电能表在此帧数据之前发了几个FEH，其接收到的数据将会出现同步错误。当总线上有正常信号产生时，由于干扰信号比较小的原因，其对通信并无太大的影响，但对接收方来讲，其接收正确数据帧前会混有若干个字节的杂乱数据，由于同步处理不当，通讯也会失败。
2.3软件判断帧结束符错误
目前由于这个原因引起RS-485通信不成功占有很大的比例。正常情况在485通信時，对于接收到的数据一般都会按收、发双方事先约定的奇偶校验方式进行数据检错，并将错误的数据帧剔除，等待发送方重发。这种通信方式本身是正确的，但是有的软件人员在编程时考虑问题不够全面，在判断一帧结束处理时，没有根据所收数据帧的长度和结束符“16H”及时地将数据接收任务结束，而是依据多长时间内收不到新的一个字节数据来认为一帧已收完。这种处理方法在现场干扰或者总线负载较大的情况下就会导致通信失败。
2.4智能电能表RS-48电路硬件设计缺陷
由于智能电能表使用现场复杂，RS-485通讯接口在实际使用中存在这样或那样的问题，因此人们对其接口电路采取了各种保护措施，最为常见的是每只智能电能表在A和B总线之间加一个120Ω的电阻，看似为了在长距离、高速通讯时进行阻抗匹配，但在实际运用过程中这一做法无益甚至有害。RS-485总线处于悬浮状态时A、B线等电位。为了保证A比B高200mV以上，厂家将A、B线分别通过10k电阻上拉到5V、下拉到地，这样在都处于接收状态时，A、B间的电位差约为5V，RS-485芯片的接收端为高，通信不受影响。
3 总结
随着RS-485总线在智能电能表现场组网中发挥的作用越来越明显，技术人员设计出具有运行可靠、抗干扰性强、可完成长期串行数据通讯任务的RS-485接口尤为重要。本文对RS-485电路进行分析，并对智能电能表现场组网过程中出现的通讯失效的典型现象进行分析给出解决方法，为供电企业的相关技术人员提供参考，充分发挥智能电能表的功能和使用效果，为智能电网建设作出贡献。
参考文献：
[1]宗建华，闫华光等.智能电能表[M].北京：中国电力出版社，2010
[2]吴向荣.智能电表RS-485通信接口防雷探讨[J].机电信息，2011（36）