CN201290006Y

CN201290006Y - Rs485口精细隔离保护装置

Info

Publication number: CN201290006Y
Application number: CNU2008201409909U
Authority: CN
Inventors: 李久林; 陈世英
Original assignee: Neijiang Electric Power Bureau
Current assignee: Neijiang Power Bureau Of Sichuan Electric Power Co ltd; State Grid Sichuan Electric Power Co Neijiang Power Supply Co; State Grid Corp of China SGCC
Priority date: 2008-10-28
Filing date: 2008-10-28
Publication date: 2009-08-12
Anticipated expiration: 2018-10-28

Abstract

一种RS485口精细隔离保护装置，属主、从设备通信网的RS485口的保护电路。其主设备和末尾从设备的接口保护电路为：设备的A端、B端串接电阻R1，两隧道二极管TVS2、TVS3串接后与电阻R1并联，且TVS2与TVS3的结点接地，TVS1以及放电管G1均与R1并联，放电管G2一端接A端，放电管G3一端接B端，G2另一端和G3另一端均接地；其余从设备的接口保护电路为：设备的A端、B端串接隧道二极管TVS4，隧道二极管TVS5一端接于A端，隧道二极管TVS6一端接于B端，TVS5另一端和TVS6另一端均接地，电阻R2一端接于A端，电阻R3一端接于B端，R2另一端以及R3另一端作为对外接线端。它具有保护可靠、对损坏口有隔离功能，保护元件寿命长的特点。

Description

RS485口精细隔离保护装置

技术领域

本实用新型涉及电脑设备的隔离保护电路，具体来说是对主、从设备通信网的RS485接口保护电路。

背景技术

RS485被作为计算机系统的串行数据传输的基本通信标准，被广泛运用于各种采用计算机系统的通信，RS485的通信方式是采用平衡传输。

电力部门的电能量采集系统及变电站自动化系统，它们的通讯信息交换和信息共享，都使用RS485组成的各种通讯网络，视变电站电压等级的大小不同，一般使用50—100个RS485口。

RS485的总线通讯结构是：一主多从，任何时候只能一点处于发送状态，因此必须有一个主设备，而这个主设备在网络中只允许存在一个，其余全部是从设备，如图1。它是用一对双绞线将各设备的RS485的A、B端用手拉手的方式联接在一起，理论上联线最长可达2000M左右，最大容量达128个口。RS485的传输电压为(-5V-+5V)间，其本身耐压也很低(-7V-+12v)，一旦有浪涌电压，极易击穿芯片。从损坏的设备可看出，有电路被烧断、芯片炸裂的现象。

在工作中发现，如未接网络线的RS485口，它并不损坏。当网络连线越长，总线上连接设备越多，产生损坏的因素也越多。它除了有因雷击、静电等产生的浪涌过电压损坏外，特别是在变电站中使用，它的布线要在开关柜、电源沟中与各种电缆平行排线，开关的开、合时产生的浪涌电压，更易将RS485口损坏。从全电子式电能计量表的损坏情况来看，损坏最多的就是RS485，往往是表计的各种功能都正常，而只有RS485口损坏，已占到表计各种损坏的70％左右。因此在变电站RS485口的损坏，经分析统计要又较其它环境使用的高50％以上。因此它有如下不足：

1、由于是手牵手的连线，因此，只要总线中任一一个RS485口如果是短路损坏，那么整个系统都不能工作。并且故障点查找困难。

2、如无保护，总线中的一个RS485口损坏，将可能影响到其它口损坏。这在我局已发生总线中多个RS485口同时损坏的情况。

3、因RS485口损坏，就要更换整个表计、装置，因此而产生的电量值和数据的不连续等情况也较麻烦，因换表计、装置的人工、费用等经济损失也较大。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种对损坏口有隔离功能的RS485口精细隔离保护装置，以在一个RS485口因短路损坏情况下，不致影响整个网络系统的正常工作。

本新型的目的是这样实现的：一种RS485口精细隔离保护装置，其特征是：包括，用作RS485总线通信网的主设备和末尾从设备的接口保护电路：设备的A端、B端串接电阻R1，隧道二极管TVS2与隧道二极管TVS3串接后与电阻R1并联，且TVS2与TVS3的结点接地，隧道二极管TVS1以及放电管G1均与电阻R1并联，放电管G2一端接A端，放电管G3一端接B端，G2另一端和G3另一端均接地；用作RS485总线通信网的其余从设备的接口保护电路：设备的A端、B端串接隧道二极管TVS4，隧道二极管TVS5一端接于A端，隧道二极管TVS6一端接于B端，TVS5另一端和TVS6另一端均接地，电阻R2一端接于A端，电阻R3一端接于B端，R2另一端以及R3另一端作为对外接线端。

在整个IT使用中，都一致认为必须提供微机电源及网络系统的浪涌保护装置。把浪涌电压限制在安全的水平，让数据正常通过。

本保护装置的作用原理如下：(见图2)

1、由放电管G2，G3组成共模保护，G1组成差模保护，它们把雷击、电源等形成的波形中非常陡峭的前沿抑制在一个较低的水平。此为第一级防护。

2、由隧道二极管TVS1—3组成第二级防护。TVS2—3组成共模保护，TVS1为差模保护，经第一级防护后，浪通电压已大大降低到90V左右，然后经TVS1—3二次限压后，将TS485端口电压被钳制在6.8V左右。有如下特点：要承受大能量的浪涌电压的器件不能一次将浪涌电压钳制到RS485芯片可以承受的电压值内，TVS虽然可以将浪涌电压一次钳制到RS485芯片可以承受的电压值内，但是不能承受大的浪涌电压。所以选用二级逐级降压方式。元件寿命长、使RS485口达到了精细保护。图3中的TVS5—6，TVS4的作用原理与图2中的TVS2—3，TVS1相同。

3、PTC为自恢复保险丝，它有一定阻抗，约5Ω，在电路中既有一定限流作用，又当一个保险丝使用，当浪涌电压产生时，有超过PTC的保护电流时，它形成高阻状态，回路电流极快减小。当浪涌电压消失后，逐渐恢复导通。主要是对TVS进行保护。

4、电阻R2、R3的作用及原理：

RS485口的损坏，有很多是短路，所以在总线网络中，只要是一块RS485短路，整个网络都不能工作，。

从电工原理可知，在一个完整的电压回路中，只要有电阻存在，就不会造成短路，但需满足R＝P/I²的条件。据此原理如在RS485A、B端口前各加一只相同电阻值的电阻(因是平衡传输)，图3中的R2、R3。当设备端A、B端口短路时，就不会造成网线端线路短路了。此电阻的电阻值必须满足：1、不会太影响回路阻抗。2、对信号衰减小，3、能满足短路时不会影响网络工作。4、在线路中必须考虑R在回路中的限流作用，即当过大的电阻在限流时R上的功耗过大而烧毁R。

由上述四点看出，此电阻阻值应越小越好，经试验，当此电阻电阻值由5Ω逐渐增大，当达到20Ω时，就是直接用导线短接从设备的RS485A、B端，网络系统都能可靠的工作，因此选为25Ω。

因是主从结构，当主设备不管什么原因损坏，系统也不能工作，所以主设备选用图2电路，它不带隔离电阻，而是将整个网线的第一级防护由它来完成。

5、电阻R1的作用：当网线长度大于10米时，一般主张在网络首、尾端设备的A、B端口并联一阻抗电阻，系统中的主设备、末尾从设备的那两台设备，使网络保持标准的阻抗，防止形成驻波反射，使数据信号在网络中产生反射，而使采集数据丢失或错误。此值为120—150Ω。因此在从设备尾端也采用图2电路，同时也加强第一级防护的作用。

本新型的有益效果是：

1、安装、更换方便：制成一个独立组件，只需将原接线拆下后再接入本装置相应的A、B、地端口上，再将本装置按对应的A、B接入原接线处。

2、对485口的保护是分级保护和精细保护，因此保护元件寿命长，保护可靠。

3、最大特点是可将损坏口有隔离功能(那一个口损坏只影响那一个口，一个口损坏，整个系统其它设备仍能正常工作)，故障点明确。

4、本装置考虑因仪表、设备的A、B端口排列位置不一样，也可方便的接入。

5、总线的各个连接点采用首、尾端设备用相同保护组件，各从设备采用另一种保护组件，在相同效果下，节约成本，使网络的驻波减小到最小。

附图说明

图1是RS485总线通信网中主、从设备连接关系的示意图；

图2是图1所示主设备和末尾从设备所采用的RS485口(A端和B端)的接口保护电路；

图3是图1所示其余从设备所采用的RS485口(A端和B端)的接口保护电路；

图4是绝缘封闭盒的示意图。

具体实施方式

图2示出，用作R485总线通信网的主设备和末尾从设备的接口保护电路：设备的A端、B端串接电阻R1，隧道二极管TVS2与隧道二极管TVS3串接后与电阻R1并联，且TVS2与TVS3的结点接地，隧道二极管TVS1以及放电管G1均与电阻R1并联，放电管G2一端接A端，放电管G3一端接B端，G2另一端和G3另一端均接地。图3示出，用作RS485总线通信网的其余从设备的接口保护电路：设备的A端、B端串接隧道二极管TVS4，隧道二极管TVS5一端接于A端，隧道二极管TVS6一端接于B端，TVS5另一端和TVS6另一端均接地，电阻R2一端接于A端，电阻R3一端接于B端，R2另一端以及R3另一端作为对外接线端。图2图3中，A、B为设备端，A’B’为网络端。

主设备和末尾从设备的接口保护电路中还有自恢复保险丝PTC1和PTC2，PTC1串接在放电管G2与A端之间，且串接在放电管G1与电阻R1之间，PTC2串接在放电管G3与B端之间，且串接在放电管G1与电阻R1之间；上述其余从设备的接口保护电路中还有自恢复保险丝PTC3和PTC4，PTC3串接在电阻R2与A端之间，PTC4串接在电阻R3与B端之间。

电阻R1的阻值为120～150Ω；电阻R2、R3的阻值相同，均为20～25Ω。

参见图4，主设备和末尾从设备的接口保护电路以及其余从设备接口保护电路均设置在绝缘封闭盒1内，且绝缘封闭盒1上设置有A、B接线端口2以及引出线3。引出线3以A线、B线、A线的方式顺次排列布置。

本实用新型保护装置的结构：

为了方便的接入保护装置，现使用的全电子式电能表和负荷监控终端，它们都采用标准的端子。RS485均是从辅助端子接入，在接入点空间窄小，，将它作成如图4的一个独立组件。

使用标准的接线组件，组成网线连接端，方便连接。

防止新增保护装置引线上又被感应浪涌电压；因此保护装置要安装在设备RS485A、B端口越近越好，A--B--A引出线长度15±1mm，线径Φ0.5mm。

因为设备的RS485的A、B端口，视各厂家的不同，排列位置也不一样，所以保护装置与设备端的联接线用A--B--A方式排列，因此不管是AB、BA排例都能方便接入。为了使组件能更好的固定，另增一个连线(它与内部电路无任何电连接)，用来接入设备的其它未用端口，只起固定作用。

为了防止装置与其它接线相碰，将它封闭在一个阻燃、绝缘的封闭盒内，只留网线A、B的接线端口及出线。

封闭盒的尺寸不大于：长：50mm×宽30mm×高15mm。

Claims

1、一种RS485口精细隔离保护装置，其特征是：包括，用作RS485总线通信网的主设备和末尾从设备的接口保护电路：设备的A端、B端串接电阻R1，隧道二极管TVS2与隧道二极管TVS3串接后与电阻R1并联，且TVS2与TVS3的结点接地，隧道二极管TVS1以及放电管G1均与电阻R1并联，放电管G2一端接A端，放电管G3一端接B端，G2另一端和G3另一端均接地；用作RS485总线通信网的其余从设备的接口保护电路：设备的A端、B端串接隧道二极管TVS4，隧道二极管TVS5一端接于A端，隧道二极管TVS6一端接于B端，TVS5另一端和TVS6另一端均接地，电阻R2一端接于A端，电阻R3一端接于B端，R2另一端以及R3另一端作为对外接线端。

2、根据权利要求1所述RS485口精细隔离保护装置，其特征是：所述主设备和末尾从设备的接口保护电路中还有自恢复保险丝PTC1和PTC2，PTC1串接在放电管G2与A端之间，且串接在放电管G1与电阻R1之间，PTC2串接在放电管G3与B端之间，且串接在放电管G1与电阻R1之间；所述其余从设备的接口保护电路中还有自恢复保险丝PTC3和PTC4，PTC3串接在电阻R2与A端之间，PTC4串接在电阻R3与B端之间。

3、根据权利要求2所述RS485口精细隔离保护装置，其特征是：所述电阻R1的阻值为120～150Ω；电阻R2、R3的阻值相同，均为20～25Ω。

4、根据权利要求3所述RS485口精细隔离保护阻值，其特征是：所述主设备和末尾从设备的接口保护电路以及其余从设备接口保护电路均设置在绝缘封闭盒(1)内，且绝缘封闭盒(1)上设置有A、B接线端口(2)以及引出线(3)。

5、根据权利要求4所述RS485口精细隔离保护阻值，其特征是：所述引出线(3)以A线、B线、A线的方式顺次排列布置。