CN201853120U - 一种可抗电磁干扰的主从设备通讯控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可抗电磁干扰的主从设备通讯控制系统，用于工业控制领域，以解决现有工业控制系统中，由于PLC连接设备的信号线以及设备本身带来的电磁干扰而导致的工业控制系统可靠性不足的问题。所述系统包括控制器和若干个被控设备，其中，所述控制器为主设备，所述若干个被控设备均为从设备，所述控制器与各被控设备间分别采用通讯电缆相连，并在通讯电缆上靠近各被控设备处分别安装一磁环，所述磁环用来屏蔽通讯电缆上的电磁干扰。该系统可达到很好的电磁屏蔽作用，不会带来新的干扰源，使得信号不作衰减或受干扰，增加了系统的可靠性，同时并不增加系统设备连接时的复杂性，更减小了控制系统编程时的程序复杂度。

Description

一种可抗电磁干扰的主从设备通讯控制系统

技术领域

本实用新型涉及一种控制系统，尤其涉及一种可抗电磁干扰的主从设备通讯控制系统。

背景技术

工业控制系统可靠性直接影响到工业企业安全生产和经济运行，系统抗干扰能力是关系到整个系统可靠运行的关键。自动化系统中所使用各类型的可编程逻辑控制器（PLC，Programmable Logic Controller），有的是集中安装控制式，有的是安装在生产现场和各电机设备上，它们大多处于强电电路和强电设备所形成恶劣电磁环境中。

由于连接PLC控制系统各设备的各类信号传输线，除传输有效信号之外，还会作为各种外部干扰的信号传输媒介。这些干扰源主要有以下两种：一是变频器供电电源或共用信号仪表供电电源串入电网引起的干扰，这种干扰因素较小往往被忽视；二是信号传输线因受空间电磁辐射的感应而引起的干扰，即信号线上外部感应干扰，这类干扰往往很严重。这种由信号传输线引入的干扰会引起I/O信号工作异常和测量精度大大降低，严重时将引起元器件损伤。同时信号传输线的隔离性能差，还将导致信号间互相干扰，引起系统总线回流，造成逻辑数据变化、误动和死机。实践过程中，PLC控制系统因信号传输线引入的干扰造成I/0模件损坏数量相当严重，由此引起系统故障的情况也很多。

在工业控制中，计算机及通讯技术已成为工业环境中大部分解决方案的核心部分，其在系统中的比重正在迅速增加，通常采用主从设备控制的方式进行，一个控制器控制多个从设备，即交流电机。而交流电机的拖动越来越多地采用变频器完成，它不但作为一个单独的执行机构，而且随着不断的智能化，同远程计算机之间可以通过各种通讯方式结合成一个有机的整体。在实际工程实施时，变频器的启动、停止、方向、告警、故障指示以及故障复位等控制通常为端子排开关信号控制方式，速度控制采用模拟量给定值控制方式来完成。如前段所述，各个变频器的输出信号线会对其他变频器产生强烈的干扰信号，而变频本身器本身也是一个谐波强干扰源。由于这些干扰，可能造成控制器有时误动作的情况，甚至可能导致整个系统的紊乱或瘫痪。

现有的为减少控制系统中的电磁干扰，常采用在变频器的输入输出侧电路中，增加滤波器。滤去变频器产生的许多频率较高的谐波电流，这些高频谐波电流将以各种方式形成对其他设备的干扰信号，滤波器就是用于削弱频率较高的谐波分量的方法。但无论是采用有源滤波器或是无源滤波器，都会产生热干扰或电磁干扰，运行可靠性不足。另一种方法是对控制系统及外引线进行屏蔽以防空间辐射电磁干扰，比如将通讯电缆进行分层布置，以防通过信号线引入的传导电磁干扰；以及考虑正确设计接地点和接地装置，完善接地系统。最后，还必须利用软件手段，进一步提高系统的安全可靠性。以上方法可在一定程度上达到抗干扰性能，但对硬件系统的要求高，并增加系统布线的复杂性以及程序控制的复杂度。

发明内容

为保证工业控制系统高可靠性的要求，本实用新型的目的是提供一种可抗电磁干扰的主从设备通讯控制系统，以解决现有工业控制系统中，由于PLC连接设备的信号线以及变频器带来的电磁干扰而导致的工业控制系统可靠性不足的问题，本实用新型的控制系统对硬件设备要求低，布局简单，并减小了控制逻辑的复杂度。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种可抗电磁干扰的主从设备通讯控制系统，包括控制器和若干个被控设备， 其中，所述控制器为主设备，所述若干个被控设备均为从设备，所述控制器与各被控设备间分别采用通讯电缆相连，并在通讯电缆上靠近各被控设备处分别安装一磁环，所述磁环用来屏蔽通讯电缆上的电磁干扰。

其中，所述电磁干扰包括通讯电缆上传输信号线所引入的干扰或被控设备本身的谐波干扰，所述被控设备为变频器。

进一步优选地，所述可抗电磁干扰的主从设备通讯控制系统中，所述通讯电缆采用屏蔽双绞线电缆。

采用屏蔽双绞线电缆可进一步屏蔽信号线和被控设备带来的干扰，增加了抗干扰能力，系统可靠性增强。

进一步优选地，所述可抗电磁干扰的主从设备通讯控制系统中，所述控制器和各被控设备连接于同一共用电压参考点。当采用同一电压参考点时，所连接的电气元件不容易被损坏，控制系统的稳定性更好，可靠性更优。

进一步优选地，所述可抗电磁干扰的主从设备通讯控制系统中，所述控制器和被控设备通讯采用字符信息为基本传送单位。

进一步优选的，所述可抗电磁干扰的主从设备通讯控制系统中，所述控制器包含数据缓存区与映像区，通过改变所述映像区的发送报文来控制所述被控设备，或通过读取所述映像区的接收报文的状态值来判断被控设备的当前状态，通过程序控制方式进一步保证了数据信号和控制信号的可靠性。

进一步优选地，所述可抗电磁干扰的主从设备通讯控制系统中，所述控制器和被控设备通讯采用高频波特率。

当采用高频波特率时，由于磁环本身对高频噪声具有很强的抑制作用，所述抗电磁干扰能力更好。

进一步优选地，所述可抗电磁干扰的主从设备通讯控制系统中，当所述控制器和被控设备通讯采用高频波特率时，在所述被控设备端安装终端电阻。

进一步优选地，所述可抗电磁干扰的主从设备通讯控制系统中，当所述控制器和被控设备通讯采用点对多点通讯时，在所述被控设备端安装终端电阻。

本实用新型实施例所采用的可抗电磁干扰的主从设备通讯控制系统，由于使用了可屏蔽抗干扰的磁环，在不采用滤波器或是屏蔽电缆的情况下，就可以达到很好的电磁屏蔽作用，不会带来新的干扰源，使得信号不作衰减或受干扰，增加了系统的可靠性，同时并不增加系统设备连接时的复杂性，更减小了控制系统编程时的程序复杂度。

 附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明：

图1为本实用新型实施例1可抗电磁干扰的主从设备通讯控制系统的示意图；

图2为本实用新型实施例2可抗电磁干扰的主从设备通讯控制系统中从设备为变频器的示意图；

具体实施方式

如图1为本实用新型实施例1可抗电磁干扰的主从设备通讯控制系统的示意图。

所述可抗电磁干扰的主从设备通讯控制系统，包括控制器和若干个被控设备，其中，所述控制器为主设备，所述若干个被控设备均为从设备，所述控制器与各被控设备间分别采用通讯电缆相连，并在通讯电缆上靠近各被控设备处分别安装一磁环，所述磁环用来屏蔽通讯电缆上的电磁干扰。

这里，所述的电磁干扰包括通讯电缆上传输信号线所引入的干扰或被控设备本身的谐波干扰。本实用新型实施例1采用磁环进行信号屏蔽。所述的磁环，又为吸收磁环即铁氧体磁环，它对于高频噪声有很好的抑制作用，一般用铁氧体材料（Mn－Zn）制成。磁环在不同的频率下有不同的阻抗特性，一般在低频时阻抗很小，当信号频率升高时磁环表现的阻抗能力急剧升高。

但频率越高的信号，越容易辐射出去，而一般的信号线都是没有屏蔽层的，则这些信号线就成了很好的天线，变成接收周围环境中各种杂乱的高频信号的传输通道，而这些信号叠加在本来传输的信号上，极大干扰了原来传输的有用信号。在磁环作用下，可达到使正常有用的信号很好的通过，又很好的抑制高频干扰信号的通过的作用。

实施例1所采用的可抗电磁干扰的主从设备通讯控制系统，由于使用了可屏蔽抗干扰的磁环，在不采用滤波器或是屏蔽电缆的情况下，就可以达到很好的电磁屏蔽作用，不会带来新的干扰源，使得信号不作衰减或受干扰，增加了系统的可靠性，同时并不增加系统设备连接时的复杂性，更简化了控制系统编程时的程序复杂性。

如图2所示，本实用新型实施例2可抗电磁干扰的主从设备通讯控制系统，当所述被控设备为变频器时，由于变频器本身也为谐波干扰元件，它会同时影响控制系统中其他的变频器，这里，所述的电磁干扰就包括通讯电缆上传输信号线所引入的干扰和变频器本身的谐波干扰，如通讯电缆采用屏蔽双绞线，以进一步屏蔽信号线和被控设备带来的干扰，增加了抗干扰能力，系统可靠性增强。

本实用新型实施例3采用屏蔽双绞线作为通讯电缆，将所述控制器和各被控设备如变频器连接于同一共用电压参考点。当把屏蔽双绞线具有不同电位参考点的设备互连时，会在互连电缆中产生不应有的电流，从而造成通讯口的损坏。因此，为确保通讯电缆连接的所有设备，或使它们共用一个公共电路参考点，或是使它们相互隔离，以防止不应有的电流产生。屏蔽双绞线必须连接到机箱接地点或9 针连接的插针1，最佳方式是将被控设备如变频器上的0V 端子连接到机箱接地点。因为采用了同一电压参考点时，所连接的电气元件不容易被损坏，控制系统的稳定性更好，可靠性更优。

进一步优选的，本实用新型实施例4所述可抗电磁干扰的主从设备通讯控制系统中，所述控制器连接于一直流型电源。

进一步优选地，本实用新型实施例5所述可抗电磁干扰的主从设备通讯控制系统中，所述控制器和被控设备通讯采用高频波特率，当采用高频波特率时，由于磁环本身对高频噪声具有很强的抑制作用，所述抗电磁干扰能力更好。

进一步优选地，本实用新型实施例6所述可抗电磁干扰的主从设备通讯控制系统中，所述控制器和被控设备通讯采用字符信息为基本传送单位。

本实用新型实施例7中的可抗电磁干扰的主从设备通讯控制系统，我们以通用串行接口协议(USS, Universal Serial Interface Protocol)为例说明,本实用新型实施例7不限于该种主从设备串口通讯协议的方式，任何符合该种控制方式的通讯协议都在本实用新型的保护范围之内。

USS是一种基于串行总线进行数据通讯的协议。USS协议是主-从结构的协议，符合本实用新型实施例设计的要点。它规定了在USS 总线上可以有一个主设备即控制器和最多30个从设备；总线上的每个从设备都有一个站地址，在从设备参数中设定，主设备依靠从设备地址识别每个从设备；每个从设备也只对主设备发来的报文做出响应并回送报文，从设备之间不能直接进行数据通讯。另外，还有一种广播通讯方式即点对多点的通讯方式，主设备可以同时给所有从设备发送报文，从设备在接收到报文并做出相应的响应后可不回送报文。

USS 协议是以字符信息为基本传送单元的协议，而主设备通讯RS422/485 串行口正好也是以ASCII 码的形式来发送接收信息的。利用主设备CPU 的RS485 串行口的通讯功能，由用户程序完成USS 协议功能，可实现与从设备间简单而可靠的通讯连接。

本实用新型实施例使用USS 协议的优点在于：1. 对硬件设备要求低，减少了设备之间的布线，进一步减少了信号线引入的电磁干扰；2. 无需重新连线就可以改变点对点或是点对多点的控制方式，适用于工业控制系统灵活多变的特点，避免因连线问题带来的系统不确定性；3. 可通过串行接口设置或改变传动装置的参数；4. 可实时的监控被控设备。

实践中，当所述控制器和被控设备通讯采用高频波特率时，在所述被控设备端安装终端电阻，可有效地防止信号反射，使得信号的可靠性增强。

或者，当所述控制器和被控设备通讯采用点对多点通讯时，在所述被控设备端安装终端电阻。

    关于主从设备控制系统中的通讯过程，这里不再赘述。当采用点对点的通讯方式时，同一时刻，只能有一个发送指令或接收指令被激活；当采用广播方式即点对多点通讯方式时，对各从设备的控制采取轮询方式，轮询程序同样也是后台工作方式工作，根据对各从设备即被控设备控制任务的轻重，在控制器数据区内建立一个从设备地址表，按该地址表轮询各从设备即被控设备。为保证控制信号和从设备数据信号传送的可靠性，设立发送接收数据缓存区与映像区，用户通过改变映像区的发送报文来控制从设备即被控设备，或通过读取映像区接收报文中的状态值来判断从设备即被控设备的当前状态，以防止因干扰而接收到错误数据而使控制器做出错误的判断和控制，通过程序控制的方式进一步改善控制系统的可靠性，但该程序控制逻辑简单，不需过多考虑信号编码和校验的问题，从而减小了程序控制的复杂度。

本领域技术人员应该认识到，上述的具体实施方式只是示例性的，是为了使本领域技术人员能够更好的理解本专利内容，不应理解为是对本专利保护范围的限制，只要是根据本专利所揭示精神所作的任何等同变更或修饰，均落入本专利保护范围。

Claims (4)

1.一种可抗电磁干扰的主从设备通讯控制系统，包括控制器和若干个被控设备，其中，所述控制器为主设备，所述若干个被控设备均为从设备，所述控制器与各被控设备间分别采用通讯电缆相连，其特征在于：在通讯电缆上靠近各被控设备处分别安装一用于屏蔽通讯电缆上的电磁干扰的磁环。

2.根据权利要求1所述的可抗电磁干扰的主从设备通讯控制系统，其特征在于：   

所述被控设备为变频器。

3.根据权利要求1所述的可抗电磁干扰的主从设备通讯控制系统，其特征在于：

所述通讯电缆为屏蔽双绞线电缆。

4.根据权利要求2所述的可抗电磁干扰的主从设备通讯控制系统，其特征在于：

所述控制器和各被控设备连接于同一共用电压参考点。