CN219916210U - 一种卷烟制丝车间现场总线抗干扰装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种卷烟制丝车间现场总线抗干扰装置，安装于制丝车间现场设备的总线接口上，其包括：电平转换电路、RS232接口通信模块和RS485接口通信模块，电平转换电路与总线接口连接，用于将总线接口电压由1.8V升压至3.3V；RS232接口通信模块和RS485接口通信模块均与电平转换电路、外接设备连接，外接设备连接与现场总线通过RS232接口通信模块进行RS232通信，通过RS485接口通信模块进行RS485通信；该装置采用加装于现场设备的总线接口的方式，利用电平转换电路将总线接口电压由1.8V升压至3.3V，避免了卷烟制丝车间中绝大部分信号较小的干扰信号对传输中的高低电平产生干扰，有效提高了RS485传输的抗干扰能力。
Description
技术领域
本实用新型涉及现场总线抗干扰技术领域，具体涉及一种卷烟制丝车间现场总线抗干扰装置。
背景技术
卷烟厂现场具有多中电子机械设备，当使用各类现场总线远程采集数据时，通常现场布线可能会靠近各类干扰源，特别是有电机等感性负载时，电机的启停等操作会对总线信号产生干扰，因此总线时需要选择具有多种保护功能(热关断、ESD、开路、短路、热插拔等)的收发器；接口电路设计时要设计符合EMC特性的电路以满足高可靠性要求。
一般来说，当前的技术有以下几类：
如中国实用新型专利CN213213010U中公开的一种工业现场总线电磁干扰保护器，其采用抗干扰防护套袋和屏蔽流体相互配合的作用，能够实现对总线外部的遮盖，起到良好的电磁屏蔽目的，这类技术是总体来说是通过外加屏蔽层的方法来减小电磁干扰；
又如中国实用新型专利CN204241560U中公开的一种电力仪表现场总线去极性化电路，通过采用光耦隔离技术，可提高产品的抗干扰性能，接口芯片采用BL3085，其集成自适应控制电路，接收器能自动检测并匹配驱动器的极性，从而使得485芯片无需检测A/B总线并加以区分，总体来说是通过将电信号转化为光信号等不易受到干扰信号，从而减少干扰。
在中国专利CN210222601U中公开了一种具有电磁防护电路的工业控制主板，其通过“两线共模滤波器S2”完成电磁防护。
上述方案中，外加屏蔽的方法对线缆、桥架等布设有一定要求，需要留有一定空间，对于已投入生产的企业来说，重新铺设线路成本很高；而信号转换类技术，需要额外增加信号转接装置，并且也需要铺设光纤线路。两线共模滤波器的缺点在于：(1)需要根据实际应用情况选择绕法，因为不同的绕法会影响差模电感、耦合电容和漏感的大小；(2)需要注意电感量的计算方法，因为不同的连接方式会导致电感量的变化；(3)需要考虑变压器间的电容或杂散电容对共模噪声的传导影响；(4)需要选择合适的滤波器阶数和参数，以达到最佳的滤波效果。因此，采用共模滤波器的技术方案并不具有通用性能。
基于此，本申请提供了一种采用电路优化的方式来解决卷烟厂现场总线RS485通讯时电磁干扰问题的现场总线抗干扰装置。
实用新型内容
针对上述问题，发明人提供了一种卷烟制丝车间现场总线抗干扰装置，加装于现场设备的总线接口，利用电平转换电路将总线接口电压由1.8V升压至3.3V，使得干扰信号需要比之前大(1.2/3.3)*2＝72％以上，才能对传输中的高低电平产生干扰，有效提高了RS485传输的抗干扰能力。
具体地，本实用新型是这样实现的：
一种卷烟制丝车间现场总线抗干扰装置，安装于制丝车间现场设备的总线接口上，所述卷烟制丝车间现场总线抗干扰装置包括：
电平转换电路，与所述总线接口连接，用于将所述总线接口电压由1.8V升压至3.3V；
RS232接口通信模块，一端与电平转换电路连接，另一端与外接设备连接，外接设备连接与现场总线通过RS232接口通信模块进行RS232通信；
RS485接口通信模块，一端与电平转换电路连接，另一端与外接设备连接，外接设备连接与现场总线通过RS485接口通信模块进行RS485通信；
所述RS485接口通信模块包括：
接口电路，与所述电平转换电路连接，用于收发数据；
RS485接口，用于连接外接设备；
接口保护电路，一端与所述接口电路连接，另一端与RS485接口连接，起隔离保护作用。
进一步地，所述电平转换电路包括：
电平转换芯片，分别与总线接口、RS232接口通信模块和RS485接口通信模块连接；
第一限流电阻，与电平转换芯片连接，用于降低输入电平转换芯片的电流；
接地电阻，与电平转换芯片连接，用于防止输入信号直接接地。
进一步地，所述接口电路包括：
485芯片，分别与电平转换芯片、接口保护电路连接；
开关电路，一端与电平转换芯片连接，另一端与485芯片连接；
退耦电容，设于485芯片接地端；
限流电阻，设于485芯片电源端。
进一步地，所述开关电路包括：
第一电阻，电平转换芯片连接；
第二电阻，分别与第一电阻和485芯片连接；
第三电阻，与第一电阻和第二电阻并联；
N沟道场效应管，第一端与第三电阻连接，第二端与485芯片连接，第三端接地。
进一步地，所述接口保护电路包括：
第一保险丝，一端与485芯片的A引脚连接，另一端与RS485接口的A引脚连接；
第二保险丝，一端与485芯片的B引脚连接，另一端与RS485接口的B引脚连接；
静电保护二极管，分别与485芯片的A、B引脚连接；且位于第一保险丝和第二保险丝之间；
上拉电阻，与第一保险丝并联，其一端与485芯片的A引脚连接，另一端与电源连接；
下拉电阻，与第二保险丝并联，其一端与485芯片的B引脚连接，另一端接地。
进一步地，所述电平转换芯片为TXB0108芯片。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果：
(1)该装置采用直接插接于现场总线接口上的方式，安装方便，成本更低，无需进行重新布线，更适用于已投入生产的企业使用。
(2)集成了RS232和RS485两种通信模式，可有效提高终端设备与其他设备的兼容性，使其能够与各种支持不同通信协议的设备进行连接和通信。
附图说明
图1为实施例1中的卷烟制丝车间现场总线抗干扰装置使用状态系统框图；
图2为实施例1中的电平转换电路的原理图；
图3为实施例1中的RS232接口电路的原理图；
图4为实施例1中的RS485接口电路的原理图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本实用新型作进一步详细说明。
实施例1
如图1所示，本实施例提供了一种卷烟制丝车间现场总线抗干扰装置，安装于制丝车间现场设备的总线接口上，以拓展接口的形式外接于总线接口上，安装方便，成本更低，无需进行重新布线，更适用于已投入生产的企业使用。
具体地，该抗干扰装置包括：电平转换电路、RS232接口通信模块和RS485接口通信模块，电平转换电路用于将原总线接口电压由1.8V升压至3.3V，在信号传输过程中，如果存在干扰，由于R485是差分信号传输，那么至少干扰信号需要比之前大(1.2/3.3)*2＝72％以上，才能对传输中的高低电平产生干扰，以此避免卷烟制丝车间中绝大部分干扰信号。由于卷烟厂同时具有RS232和RS485两种协议的设备，因此，为满足两种通信方式，本方案涉及了设计这两种接口可以提高终端设备与其他设备的兼容性，使其能够与各种支持不同通信协议的设备进行连接和通信。
如图2所示，电平转换电路包括：电平转换芯片、第一限流电阻和接地电阻，其中，电平转换芯片采用TXB0108芯片，第一限流电阻R24与TXB0108芯片的OE端，其设计为为20KΩ，用于降低输入TXB0108芯片的电流；接地电阻R25与TXB0108芯片连接，其设计为为1MΩ，用于防止输入信号直接接地。
RS232接口通信模块由RS232接口电路和RS232接口组成，如图3所示，RS232接口电路以232芯片为核心建立，其UART1_RX引脚与TXB0108芯片的第16脚连接，UART1_TX引脚与TXB0108芯片第17脚连接。第14和13脚分别连接现场设备总线接口的232_TXD和232_RXD。
RS485接口通信模块由RS485接口电路和RS485接口组成，如图4所示，RS485接口电路包括：485芯片、开关电路、接口保护电路、退耦电容C93和限流电阻R59，485芯片第1脚(RO)与TXB0108芯片第18脚(UART2_RX)连接，485芯片第3脚(DE)与TXB0108芯片第20脚((UART2_TX)连接，开关电路设于485芯片第3脚(DE)与TXB0108芯片第20脚(UART2_TX)连接线路上，用于实现485信号的自动收发。485芯片第4脚(DI)接地，第6脚(A)、第7脚(B)通过接口保护电路后与RS485接口的第3脚(即RS485接口的A脚)和第8脚(即RS485接口的B脚)连接。
具体地，开关电路包括：第一电阻R54、第二电阻R57、第三电阻R58和N沟道场效应管Q7，第一电阻R54和第二电阻R57串联，第三电阻R58与N沟道场效应管Q7串联，与第一电阻R54和第二电阻R57并联，N沟道场效应管Q7第一端与第三电阻R58连接，第二端与485芯片连接，第三端接地。
接口保护电路包括：第一保险丝F2、第二保险丝F3、静电保护二极管D16、上拉电阻R55和下拉电阻R56，其中，静电保护二极管D16为SM712静电保护二极管，其分别连接485芯片的第6脚(A)、第7脚(B)和接地。第一保险丝F2串联于第6脚(A)及RS485接口第3脚(即RS485接口的A脚)连接；第二保险丝F3串联于第7脚(B)及RS485接口第8脚(即RS485接口的B脚)连接。当本电路AB出现短路时就会起到隔离保护作用，不会影响RS485网络上其他的设备，上拉电阻R55和下拉电阻R56分别在总线空闲时，确保AB不会出现高阻态。
当UART2_TX发送0时，N沟道场效应管Q7不导通，485芯片的DE通过第一电阻R54拉高为高电平，进入发送模式，485芯片会把DI上的电平反应到AB引脚上输出，因为DI已经接地，所以AB引脚会传输0。当UART2_TX发送0时，AB引脚发送0。
当UART2_TX发送1时，N沟道场效应管Q7导通，485芯片RE#接低电平，进入接收模式，485芯片的AB引脚进入高阻状态，因为R55把A拉高，R56把B拉低，所以，AB传输的是1。当UART2_TX发送1时，AB引脚发送1。这就是自动收发数据的过程。通过设计自动收发电路，就不需要控制器控制收发使能引脚，自动实现数据的收发，可以节省一个控制器引脚，减少控制器的负担、提高通信效率和可靠性，以及可以避免人为的收发切换错误，防止数据丢失或冲突。
UART2_TX在空闲状态一直是高电平，因此N沟道场效应管Q7处于导通状态连接到GND形成低电平，此时DE及RE#因N沟道场效应管Q7导通连接到GND形成低电平，因此RE#为低电路处于接收状态。然后485芯片的RO引脚就会反应AB线上传输过来的数据。
以上应用了具体个例对本实用新型进行阐述，只是用于帮助理解本实用新型，并不用以限制本实用新型。对于本实用新型所属技术领域的技术人员，依据本实用新型的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。
Claims (6)
1.一种卷烟制丝车间现场总线抗干扰装置，其特征在于，安装于制丝车间现场设备的总线接口上，所述卷烟制丝车间现场总线抗干扰装置包括：
电平转换电路，与所述总线接口连接，用于将所述总线接口电压由1.8V升压至3.3V；
RS232接口通信模块，一端与电平转换电路连接，另一端与外接设备连接，外接设备连接与现场总线通过RS232接口通信模块进行RS232通信；
RS485接口通信模块，一端与电平转换电路连接，另一端与外接设备连接，外接设备连接与现场总线通过RS485接口通信模块进行RS485通信；
所述RS485接口通信模块包括：
接口电路，与所述电平转换电路连接，用于收发数据；
RS485接口，用于连接外接设备；
接口保护电路，一端与所述接口电路连接，另一端与RS485接口连接，起隔离保护作用。
2.如权利要求1所述的卷烟制丝车间现场总线抗干扰装置，其特征在于，所述电平转换电路包括：
电平转换芯片，分别与总线接口、RS232接口通信模块和RS485接口通信模块连接；
第一限流电阻，与电平转换芯片连接，用于降低输入电平转换芯片的电流；
接地电阻，与电平转换芯片连接，用于防止输入信号直接接地。
3.如权利要求2所述的卷烟制丝车间现场总线抗干扰装置，其特征在于，所述接口电路包括：
485芯片，分别与电平转换芯片、接口保护电路连接；
开关电路，一端与电平转换芯片连接，另一端与485芯片连接；
退耦电容，设于485芯片接地端；
限流电阻，设于485芯片电源端。
4.如权利要求3所述的卷烟制丝车间现场总线抗干扰装置，其特征在于，所述开关电路包括：
第一电阻，电平转换芯片连接；
第二电阻，分别与第一电阻和485芯片连接；
第三电阻，与第一电阻和第二电阻并联；
N沟道场效应管，第一端与第三电阻连接，第二端与485芯片连接，第三端接地。
5.如权利要求3所述的卷烟制丝车间现场总线抗干扰装置，其特征在于，所述接口保护电路包括：
第一保险丝，一端与485芯片的A引脚连接，另一端与RS485接口的A引脚连接；
第二保险丝，一端与485芯片的B引脚连接，另一端与RS485接口的B引脚连接；
静电保护二极管，分别与485芯片的A、B引脚连接；且位于第一保险丝和第二保险丝之间；
上拉电阻，与第一保险丝并联，其一端与485芯片的A引脚连接，另一端与电源连接；
下拉电阻，与第二保险丝并联，其一端与485芯片的B引脚连接，另一端接地。
6.如权利要求2所述的卷烟制丝车间现场总线抗干扰装置，其特征在于，所述电平转换芯片为TXB0108芯片。
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