專利名稱：一種可抗電磁干擾的主從設(shè)備通訊控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種控制系統(tǒng)，尤其涉及一種可抗電磁干擾的主從設(shè)備通訊控制系 統(tǒng)。
背景技術(shù)：
工業(yè)控制系統(tǒng)可靠性直接影響到工業(yè)企業(yè)安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，系統(tǒng)抗干擾能 力是關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)可靠運(yùn)行的關(guān)鍵。自動(dòng)化系統(tǒng)中所使用各類型的可編程邏輯控制器 (PLC, Programmable Logic Controller)，有的是集中安裝控制式，有的是安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng) 和各電機(jī)設(shè)備上，它們大多處于強(qiáng)電電路和強(qiáng)電設(shè)備所形成惡劣電磁環(huán)境中。由于連接PLC控制系統(tǒng)各設(shè)備的各類信號(hào)傳輸線，除傳輸有效信號(hào)之外，還會(huì)作 為各種外部干擾的信號(hào)傳輸媒介。這些干擾源主要有以下兩種一是變頻器供電電源或共 用信號(hào)儀表供電電源串入電網(wǎng)引起的干擾，這種干擾因素較小往往被忽視；二是信號(hào)傳輸 線因受空間電磁輻射的感應(yīng)而引起的干擾，即信號(hào)線上外部感應(yīng)干擾，這類干擾往往很嚴(yán) 重。這種由信號(hào)傳輸線引入的干擾會(huì)引起I/O信號(hào)工作異常和測(cè)量精度大大降低，嚴(yán)重時(shí) 將引起元器件損傷。同時(shí)信號(hào)傳輸線的隔離性能差，還將導(dǎo)致信號(hào)間互相干擾，引起系統(tǒng)總 線回流，造成邏輯數(shù)據(jù)變化、誤動(dòng)和死機(jī)。實(shí)踐過程中，PLC控制系統(tǒng)因信號(hào)傳輸線引入的 干擾造成I/O模件損壞數(shù)量相當(dāng)嚴(yán)重，由此引起系統(tǒng)故障的情況也很多。在工業(yè)控制中，計(jì)算機(jī)及通訊技術(shù)已成為工業(yè)環(huán)境中大部分解決方案的核心部 分，其在系統(tǒng)中的比重正在迅速增加，通常采用主從設(shè)備控制的方式進(jìn)行，一個(gè)控制器控制 多個(gè)從設(shè)備，即交流電機(jī)。而交流電機(jī)的拖動(dòng)越來越多地采用變頻器完成，它不但作為一個(gè) 單獨(dú)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，而且隨著不斷的智能化，同遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)之間可以通過各種通訊方式結(jié)合 成一個(gè)有機(jī)的整體。在實(shí)際工程實(shí)施時(shí)，變頻器的啟動(dòng)、停止、方向、告警、故障指示以及故 障復(fù)位等控制通常為端子排開關(guān)信號(hào)控制方式，速度控制采用模擬量給定值控制方式來完 成。如前段所述，各個(gè)變頻器的輸出信號(hào)線會(huì)對(duì)其他變頻器產(chǎn)生強(qiáng)烈的干擾信號(hào)，而變頻本 身器本身也是一個(gè)諧波強(qiáng)干擾源。由于這些干擾，可能造成控制器有時(shí)誤動(dòng)作的情況，甚至 可能導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的紊亂或癱瘓?，F(xiàn)有的為減少控制系統(tǒng)中的電磁干擾，常采用在變頻器的輸入輸出側(cè)電路中，增 加濾波器。濾去變頻器產(chǎn)生的許多頻率較高的諧波電流，這些高頻諧波電流將以各種方式 形成對(duì)其他設(shè)備的干擾信號(hào)，濾波器就是用于削弱頻率較高的諧波分量的方法。但無論是 采用有源濾波器或是無源濾波器，都會(huì)產(chǎn)生熱干擾或電磁干擾，運(yùn)行可靠性不足。另一種 方法是對(duì)控制系統(tǒng)及外引線進(jìn)行屏蔽以防空間輻射電磁干擾，比如將通訊電纜進(jìn)行分層布 置，以防通過信號(hào)線引入的傳導(dǎo)電磁干擾；以及考慮正確設(shè)計(jì)接地點(diǎn)和接地裝置，完善接地 系統(tǒng)。最后，還必須利用軟件手段，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的安全可靠性。以上方法可在一定程度 上達(dá)到抗干擾性能，但對(duì)硬件系統(tǒng)的要求高，并增加系統(tǒng)布線的復(fù)雜性以及程序控制的復(fù) 雜度。

發(fā)明內(nèi)容
為保證工業(yè)控制系統(tǒng)高可靠性的要求，本發(fā)明的目的是提供一種可抗電磁干擾的 主從設(shè)備通訊控制系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有工業(yè)控制系統(tǒng)中，由于PLC連接設(shè)備的信號(hào)線以及變 頻器帶來的電磁干擾而導(dǎo)致的工業(yè)控制系統(tǒng)可靠性不足的問題，本發(fā)明的控制系統(tǒng)對(duì)硬件 設(shè)備要求低，布局簡(jiǎn)單，并減小了控制邏輯的復(fù)雜度。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是
一種可抗電磁干擾的主從設(shè)備通訊控制系統(tǒng)，包括控制器和若干個(gè)被控設(shè)備，其中， 所述控制器為主設(shè)備，所述若干個(gè)被控設(shè)備均為從設(shè)備，所述控制器與各被控設(shè)備間分別 采用通訊電纜相連，并在通訊電纜上靠近各被控設(shè)備處分別安裝一磁環(huán)，所述磁環(huán)用來屏 蔽通訊電纜上的電磁干擾。其中，所述電磁干擾包括通訊電纜上傳輸信號(hào)線所引入的干擾或被控設(shè)備本身的 諧波干擾，所述被控設(shè)備為變頻器。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述可抗電磁干擾的主從設(shè)備通訊控制系統(tǒng)中，所述通訊電纜采 用屏蔽雙絞線電纜。采用屏蔽雙絞線電纜可進(jìn)一步屏蔽信號(hào)線和被控設(shè)備帶來的干擾，增加了抗干擾 能力，系統(tǒng)可靠性增強(qiáng)。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述可抗電磁干擾的主從設(shè)備通訊控制系統(tǒng)中，所述控制器和各 被控設(shè)備連接于同一共用電壓參考點(diǎn)。當(dāng)采用同一電壓參考點(diǎn)時(shí)，所連接的電氣元件不容 易被損壞，控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性更好，可靠性更優(yōu)。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述可抗電磁干擾的主從設(shè)備通訊控制系統(tǒng)中，所述控制器和被 控設(shè)備通訊采用字符信息為基本傳送單位。進(jìn)一步優(yōu)選的，所述可抗電磁干擾的主從設(shè)備通訊控制系統(tǒng)中，所述控制器包含 數(shù)據(jù)緩存區(qū)與映像區(qū)，通過改變所述映像區(qū)的發(fā)送報(bào)文來控制所述被控設(shè)備，或通過讀取 所述映像區(qū)的接收?qǐng)?bào)文的狀態(tài)值來判斷被控設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài)，通過程序控制方式進(jìn)一步保 證了數(shù)據(jù)信號(hào)和控制信號(hào)的可靠性。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述可抗電磁干擾的主從設(shè)備通訊控制系統(tǒng)中，所述控制器和被 控設(shè)備通訊采用高頻波特率。當(dāng)采用高頻波特率時(shí)，由于磁環(huán)本身對(duì)高頻噪聲具有很強(qiáng)的抑制作用，所述抗電 磁干擾能力更好。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述可抗電磁干擾的主從設(shè)備通訊控制系統(tǒng)中，當(dāng)所述控制器和 被控設(shè)備通訊采用高頻波特率時(shí)，在所述被控設(shè)備端安裝終端電阻。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述可抗電磁干擾的主從設(shè)備通訊控制系統(tǒng)中，當(dāng)所述控制器和 被控設(shè)備通訊采用點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通訊時(shí)，在所述被控設(shè)備端安裝終端電阻。本發(fā)明實(shí)施例所采用的可抗電磁干擾的主從設(shè)備通訊控制系統(tǒng)，由于使用了可屏 蔽抗干擾的磁環(huán)，在不采用濾波器或是屏蔽電纜的情況下，就可以達(dá)到很好的電磁屏蔽作 用，不會(huì)帶來新的干擾源，使得信號(hào)不作衰減或受干擾，增加了系統(tǒng)的可靠性，同時(shí)并不增 加系統(tǒng)設(shè)備連接時(shí)的復(fù)雜性，更減小了控制系統(tǒng)編程時(shí)的程序復(fù)雜度。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明圖1為本發(fā)明實(shí)施例1可抗電磁干擾的主從設(shè)備通訊控制系統(tǒng)的示意圖； 圖2為本發(fā)明實(shí)施例2可抗電磁干擾的主從設(shè)備通訊控制系統(tǒng)中從設(shè)備為變頻器的示 意具體實(shí)施例方式如圖1為本發(fā)明實(shí)施例1可抗電磁干擾的主從設(shè)備通訊控制系統(tǒng)的示意圖。所述可抗電磁干擾的主從設(shè)備通訊控制系統(tǒng)，包括控制器和若干個(gè)被控設(shè)備，其 中，所述控制器為主設(shè)備，所述若干個(gè)被控設(shè)備均為從設(shè)備，所述控制器與各被控設(shè)備間分 別采用通訊電纜相連，并在通訊電纜上靠近各被控設(shè)備處分別安裝一磁環(huán)，所述磁環(huán)用來 屏蔽通訊電纜上的電磁干擾。這里，所述的電磁干擾包括通訊電纜上傳輸信號(hào)線所引入的干擾或被控設(shè)備本身 的諧波干擾。本發(fā)明實(shí)施例1采用磁環(huán)進(jìn)行信號(hào)屏蔽。所述的磁環(huán)，又為吸收磁環(huán)即鐵氧 體磁環(huán)，它對(duì)于高頻噪聲有很好的抑制作用，一般用鐵氧體材料(Mn - Zn)制成。磁環(huán)在不 同的頻率下有不同的阻抗特性，一般在低頻時(shí)阻抗很小，當(dāng)信號(hào)頻率升高時(shí)磁環(huán)表現(xiàn)的阻 抗能力急劇升高。但頻率越高的信號(hào)，越容易輻射出去，而一般的信號(hào)線都是沒有屏蔽層的，則這些 信號(hào)線就成了很好的天線，變成接收周圍環(huán)境中各種雜亂的高頻信號(hào)的傳輸通道，而這些 信號(hào)疊加在本來傳輸?shù)男盘?hào)上，極大干擾了原來傳輸?shù)挠杏眯盘?hào)。在磁環(huán)作用下，可達(dá)到使 正常有用的信號(hào)很好的通過，又很好的抑制高頻干擾信號(hào)的通過的作用。實(shí)施例1所采用的可抗電磁干擾的主從設(shè)備通訊控制系統(tǒng)，由于使用了可屏蔽抗 干擾的磁環(huán)，在不采用濾波器或是屏蔽電纜的情況下，就可以達(dá)到很好的電磁屏蔽作用，不 會(huì)帶來新的干擾源，使得信號(hào)不作衰減或受干擾，增加了系統(tǒng)的可靠性，同時(shí)并不增加系統(tǒng) 設(shè)備連接時(shí)的復(fù)雜性，更簡(jiǎn)化了控制系統(tǒng)編程時(shí)的程序復(fù)雜性。如圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例2可抗電磁干擾的主從設(shè)備通訊控制系統(tǒng)，當(dāng)所述被控 設(shè)備為變頻器時(shí)，由于變頻器本身也為諧波干擾元件，它會(huì)同時(shí)影響控制系統(tǒng)中其他的變 頻器，這里，所述的電磁干擾就包括通訊電纜上傳輸信號(hào)線所引入的干擾和變頻器本身的 諧波干擾，如通訊電纜采用屏蔽雙絞線，以進(jìn)一步屏蔽信號(hào)線和被控設(shè)備帶來的干擾，增加 了抗干擾能力，系統(tǒng)可靠性增強(qiáng)。本發(fā)明實(shí)施例3采用屏蔽雙絞線作為通訊電纜，將所述控制器和各被控設(shè)備如變 頻器連接于同一共用電壓參考點(diǎn)。當(dāng)把屏蔽雙絞線具有不同電位參考點(diǎn)的設(shè)備互連時(shí)，會(huì) 在互連電纜中產(chǎn)生不應(yīng)有的電流，從而造成通訊口的損壞。因此，為確保通訊電纜連接的所 有設(shè)備，或使它們共用一個(gè)公共電路參考點(diǎn)，或是使它們相互隔離，以防止不應(yīng)有的電流產(chǎn) 生。屏蔽雙絞線必須連接到機(jī)箱接地點(diǎn)或9針連接的插針1，最佳方式是將被控設(shè)備如變 頻器上的OV端子連接到機(jī)箱接地點(diǎn)。因?yàn)椴捎昧送浑妷簠⒖键c(diǎn)時(shí)，所連接的電氣元件不 容易被損壞，控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性更好，可靠性更優(yōu)。進(jìn)一步優(yōu)選的，本發(fā)明實(shí)施例4所述可抗電磁干擾的主從設(shè)備通訊控制系統(tǒng)中， 所述控制器連接于一直流型電源。進(jìn)一步優(yōu)選地，本發(fā)明實(shí)施例5所述可抗電磁干擾的主從設(shè)備通訊控制系統(tǒng)中， 所述控制器和被控設(shè)備通訊采用高頻波特率，當(dāng)采用高頻波特率時(shí)，由于磁環(huán)本身對(duì)高頻噪聲具有很強(qiáng)的抑制作用，所述抗電磁干擾能力更好。進(jìn)一步優(yōu)選地，本發(fā)明實(shí)施例6所述可抗電磁干擾的主從設(shè)備通訊控制系統(tǒng)中， 所述控制器和被控設(shè)備通訊采用字符信息為基本傳送單位。本發(fā)明實(shí)施例7中的可抗電磁干擾的主從設(shè)備通訊控制系統(tǒng)，我們以通用串行接 口協(xié)議(USS, Universal Serial Interface Protocol)為例說明，本發(fā)明實(shí)施例7不限 于該種主從設(shè)備串口通訊協(xié)議的方式，任何符合該種控制方式的通訊協(xié)議都在本發(fā)明的保 護(hù)范圍之內(nèi)。USS是一種基于串行總線進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊的協(xié)議。USS協(xié)議是主_從結(jié)構(gòu)的協(xié)議，符 合本發(fā)明實(shí)施例設(shè)計(jì)的要點(diǎn)。它規(guī)定了在USS總線上可以有一個(gè)主設(shè)備即控制器和最多 30個(gè)從設(shè)備；總線上的每個(gè)從設(shè)備都有一個(gè)站地址，在從設(shè)備參數(shù)中設(shè)定，主設(shè)備依靠從 設(shè)備地址識(shí)別每個(gè)從設(shè)備；每個(gè)從設(shè)備也只對(duì)主設(shè)備發(fā)來的報(bào)文做出響應(yīng)并回送報(bào)文，從 設(shè)備之間不能直接進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。另外，還有一種廣播通訊方式即點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的通訊方式，主 設(shè)備可以同時(shí)給所有從設(shè)備發(fā)送報(bào)文，從設(shè)備在接收到報(bào)文并做出相應(yīng)的響應(yīng)后可不回送 報(bào)文。USS協(xié)議是以字符信息為基本傳送單元的協(xié)議，而主設(shè)備通訊RS422/485串行口 正好也是以ASCII碼的形式來發(fā)送接收信息的。利用主設(shè)備CPU的RS485串行口的通訊 功能，由用戶程序完成USS協(xié)議功能，可實(shí)現(xiàn)與從設(shè)備間簡(jiǎn)單而可靠的通訊連接。本發(fā)明實(shí)施例使用USS協(xié)議的優(yōu)點(diǎn)在于1.對(duì)硬件設(shè)備要求低，減少了設(shè)備之 間的布線，進(jìn)一步減少了信號(hào)線引入的電磁干擾；2.無需重新連線就可以改變點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或是 點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的控制方式，適用于工業(yè)控制系統(tǒng)靈活多變的特點(diǎn)，避免因連線問題帶來的系統(tǒng) 不確定性；3.可通過串行接口設(shè)置或改變傳動(dòng)裝置的參數(shù)；4.可實(shí)時(shí)的監(jiān)控被控設(shè)備。實(shí)踐中，當(dāng)所述控制器和被控設(shè)備通訊采用高頻波特率時(shí)，在所述被控設(shè)備端安 裝終端電阻，可有效地防止信號(hào)反射，使得信號(hào)的可靠性增強(qiáng)。或者，當(dāng)所述控制器和被控設(shè)備通訊采用點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通訊時(shí)，在所述被控設(shè)備端安 裝終端電阻。關(guān)于主從設(shè)備控制系統(tǒng)中的通訊過程，這里不再贅述。當(dāng)采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通訊方式 時(shí)，同一時(shí)刻，只能有一個(gè)發(fā)送指令或接收指令被激活；當(dāng)采用廣播方式即點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通訊方 式時(shí)，對(duì)各從設(shè)備的控制采取輪詢方式，輪詢程序同樣也是后臺(tái)工作方式工作，根據(jù)對(duì)各從 設(shè)備即被控設(shè)備控制任務(wù)的輕重，在控制器數(shù)據(jù)區(qū)內(nèi)建立一個(gè)從設(shè)備地址表，按該地址表 輪詢各從設(shè)備即被控設(shè)備。為保證控制信號(hào)和從設(shè)備數(shù)據(jù)信號(hào)傳送的可靠性，設(shè)立發(fā)送接 收數(shù)據(jù)緩存區(qū)與映像區(qū)，用戶通過改變映像區(qū)的發(fā)送報(bào)文來控制從設(shè)備即被控設(shè)備，或通 過讀取映像區(qū)接收?qǐng)?bào)文中的狀態(tài)值來判斷從設(shè)備即被控設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài)，以防止因干擾而 接收到錯(cuò)誤數(shù)據(jù)而使控制器做出錯(cuò)誤的判斷和控制，通過程序控制的方式進(jìn)一步改善控制 系統(tǒng)的可靠性，但該程序控制邏輯簡(jiǎn)單，不需過多考慮信號(hào)編碼和校驗(yàn)的問題，從而減小了 程序控制的復(fù)雜度。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，上述的具體實(shí)施方式
只是示例性的，是為了使本領(lǐng) 域技術(shù)人員能夠更好的理解本專利內(nèi)容，不應(yīng)理解為是對(duì)本專利保護(hù)范圍的限制，只要是 根據(jù)本專利所揭示精神所作的任何等同變更或修飾，均落入本專利保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
一種可抗電磁干擾的主從設(shè)備通訊控制系統(tǒng)，包括控制器和若干個(gè)被控設(shè)備，其中，所述控制器為主設(shè)備，所述若干個(gè)被控設(shè)備均為從設(shè)備，所述控制器與各被控設(shè)備間分別采用通訊電纜相連，其特征在于在通訊電纜上靠近各被控設(shè)備處分別安裝一磁環(huán)，所述磁環(huán)用來屏蔽通訊電纜上的電磁干擾。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可抗電磁干擾的主從設(shè)備通訊控制系統(tǒng)，其特征在于 所述被控設(shè)備為變頻器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可抗電磁干擾的主從設(shè)備通訊控制系統(tǒng)，其特征在于所述電磁干擾包括通訊電纜上傳輸信號(hào)線所引入的干擾或被控設(shè)備本身的諧波干擾。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可抗電磁干擾的主從設(shè)備通訊控制系統(tǒng)，其特征在于 所述通訊電纜為屏蔽雙絞線電纜。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的可抗電磁干擾的主從設(shè)備通訊控制系統(tǒng)，其特征在于 所述控制器和各被控設(shè)備連接于同一共用電壓參考點(diǎn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可抗電磁干擾的主從設(shè)備通訊控制系統(tǒng)，其特征在于 所述控制器和被控設(shè)備之間通訊以字符信息為基本傳送單位。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6任意一項(xiàng)所述的可抗電磁干擾的主從設(shè)備通訊控制系統(tǒng)，其特 征在于所述控制器包含數(shù)據(jù)緩存區(qū)與映像區(qū)，通過改變所述映像區(qū)的發(fā)送報(bào)文來控制所述被 控設(shè)備，或通過讀取所述映像區(qū)的接收?qǐng)?bào)文的狀態(tài)值來判斷被控設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可抗電磁干擾的主從設(shè)備通訊控制系統(tǒng)，其特征在于 所述控制器和被控設(shè)備通訊采用高頻波特率。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的可抗電磁干擾的主從設(shè)備通訊控制系統(tǒng)，其特征在于當(dāng)所述控制器和被控設(shè)備通訊采用高頻波特率時(shí)，在所述被控設(shè)備端安裝終端電阻。
10.根據(jù)權(quán)利要求7任意一項(xiàng)所述的可抗電磁干擾的主從設(shè)備通訊控制系統(tǒng)，其特征 在于當(dāng)所述控制器和被控設(shè)備通訊進(jìn)行點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通訊時(shí)，在所述被控設(shè)備端安裝終端電阻。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種可抗電磁干擾的主從設(shè)備通訊控制系統(tǒng)，用于工業(yè)控制領(lǐng)域，以解決現(xiàn)有工業(yè)控制系統(tǒng)中，由于PLC連接設(shè)備的信號(hào)線以及設(shè)備本身帶來的電磁干擾而導(dǎo)致的工業(yè)控制系統(tǒng)可靠性不足的問題。所述系統(tǒng)包括控制器和若干個(gè)被控設(shè)備，其中，所述控制器為主設(shè)備，所述若干個(gè)被控設(shè)備均為從設(shè)備，所述控制器與各被控設(shè)備間分別采用通訊電纜相連，并在通訊電纜上靠近各被控設(shè)備處分別安裝一磁環(huán)，所述磁環(huán)用來屏蔽通訊電纜上的電磁干擾。該系統(tǒng)可達(dá)到很好的電磁屏蔽作用，不會(huì)帶來新的干擾源，使得信號(hào)不作衰減或受干擾，增加了系統(tǒng)的可靠性，同時(shí)并不增加系統(tǒng)設(shè)備連接時(shí)的復(fù)雜性，更減小了控制系統(tǒng)編程時(shí)的程序復(fù)雜度。
文檔編號(hào)H04B3/04GK101943893SQ201010298108
公開日2011年1月12日 申請(qǐng)日期2010年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月30日
發(fā)明者衛(wèi)潔, 朱浩然 申請(qǐng)人:上海創(chuàng)潔科技有限公司