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)濟運行，系統(tǒng)抗干擾能 力是關(guān)系到整個系統(tǒng)可靠運行的關(guān)鍵。自動化系統(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 和各電機設(shè)備上，它們大多處于強電電路和強電設(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)備的各類信號傳輸線，除傳輸有效信號之外，還會作 為各種外部干擾的信號傳輸媒介。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；二是信號傳輸 線因受空間電磁輻射的感應(yīng)而引起的干擾，即信號線上外部感應(yīng)干擾，這類干擾往往很嚴 重。這種由信號傳輸線引入的干擾會引起I/O信號工作異常和測量精度大大降低，嚴重時 將引起元器件損傷。同時信號傳輸線的隔離性能差，還將導(dǎo)致信號間互相干擾，引起系統(tǒng)總 線回流，造成邏輯數(shù)據(jù)變化、誤動和死機。實踐過程中，PLC控制系統(tǒng)因信號傳輸線引入的 干擾造成I/O模件損壞數(shù)量相當(dāng)嚴重，由此引起系統(tǒng)故障的情況也很多。在工業(yè)控制中，計算機及通訊技術(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)備控制的方式進行，一個控制器控制 多個從設(shè)備，即交流電機。而交流電機的拖動越來越多地采用變頻器完成，它不但作為一個 單獨的執(zhí)行機構(gòu)，而且隨著不斷的智能化，同遠程計算機之間可以通過各種通訊方式結(jié)合 成一個有機的整體。在實際工程實施時，變頻器的啟動、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，各個變頻器的輸出信號線會對其他變頻器產(chǎn)生強烈的干擾信號，而變頻本 身器本身也是一個諧波強干擾源。由于這些干擾，可能造成控制器有時誤動作的情況，甚至 可能導(dǎo)致整個系統(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 形成對其他設(shè)備的干擾信號，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，都會產(chǎn)生熱干擾或電磁干擾，運行可靠性不足。另一種 方法是對控制系統(tǒng)及外引線進行屏蔽以防空間輻射電磁干擾，比如將通訊電纜進行分層布 置，以防通過信號線引入的傳導(dǎo)電磁干擾；以及考慮正確設(shè)計接地點和接地裝置，完善接地 系統(tǒng)。最后，還必須利用軟件手段，進一步提高系統(tǒng)的安全可靠性。以上方法可在一定程度 上達到抗干擾性能，但對硬件系統(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)對硬件 設(shè)備要求低，布局簡單，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被控設(shè)備，其中， 所述控制器為主設(shè)備，所述若干個被控設(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一步屏蔽信號線和被控設(shè)備帶來的干擾，增加了抗干擾 能力，系統(tǒng)可靠性增強。進一步優(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。當(dāng)采用同一電壓參考點時，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)的接收報文的狀態(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一步保 證了數(shù)據(jù)信號和控制信號的可靠性。進一步優(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，由于磁環(huán)本身對高頻噪聲具有很強的抑制作用，所述抗電 磁干擾能力更好。進一步優(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，在所述被控設(shè)備端安裝終端電阻。進一步優(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)備通訊采用點對多點通訊時，在所述被控設(shè)備端安裝終端電阻。本發(fā)明實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，就可以達到很好的電磁屏蔽作 用，不會帶來新的干擾源，使得信號不作衰減或受干擾，增加了系統(tǒng)的可靠性，同時并不增 加系統(tǒng)設(shè)備連接時的復(fù)雜性，更減小了控制系統(tǒng)編程時的程序復(fù)雜度。


下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明圖1為本發(fā)明實施例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 意具體實施例方式如圖1為本發(fā)明實施例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被控設(shè)備，其 中，所述控制器為主設(shè)備，所述若干個被控設(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)明實施例1采用磁環(huán)進行信號屏蔽。所述的磁環(huán)，又為吸收磁環(huán)即鐵氧 體磁環(huán)，它對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，一般在低頻時阻抗很小，當(dāng)信號頻率升高時磁環(huán)表現(xiàn)的阻 抗能力急劇升高。但頻率越高的信號，越容易輻射出去，而一般的信號線都是沒有屏蔽層的，則這些 信號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的傳輸通道，而這些 信號疊加在本來傳輸?shù)男盘柹?，極大干擾了原來傳輸?shù)挠杏眯盘枴Ｔ诖怒h(huán)作用下，可達到使 正常有用的信號很好的通過，又很好的抑制高頻干擾信號的通過的作用。實施例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，就可以達到很好的電磁屏蔽作用，不 會帶來新的干擾源，使得信號不作衰減或受干擾，增加了系統(tǒng)的可靠性，同時并不增加系統(tǒng) 設(shè)備連接時的復(fù)雜性，更簡化了控制系統(tǒng)編程時的程序復(fù)雜性。如圖2所示，本發(fā)明實施例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，由于變頻器本身也為諧波干擾元件，它會同時影響控制系統(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，以進一步屏蔽信號線和被控設(shè)備帶來的干擾，增加 了抗干擾能力，系統(tǒng)可靠性增強。本發(fā)明實施例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。當(dāng)把屏蔽雙絞線具有不同電位參考點的設(shè)備互連時，會 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，或使它們共用一個公共電路參考點，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箱接地點或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端子連接到機箱接地點。因為采用了同一電壓參考點時，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)。進一步優(yōu)選的，本發(fā)明實施例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。進一步優(yōu)選地，本發(fā)明實施例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，由于磁環(huán)本身對高頻噪聲具有很強的抑制作用，所述抗電磁干擾能力更好。進一步優(yōu)選地，本發(fā)明實施例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 護范圍之內(nèi)。USS是一種基于串行總線進行數(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)明實施例設(shè)計的要點。它規(guī)定了在USS總線上可以有一個主設(shè)備即控制器和最多 30個從設(shè)備；總線上的每個從設(shè)備都有一個站地址，在從設(shè)備參數(shù)中設(shè)定，主設(shè)備依靠從 設(shè)備地址識別每個從設(shè)備；每個從設(shè)備也只對主設(shè)備發(fā)來的報文做出響應(yīng)并回送報文，從 設(shè)備之間不能直接進行數(shù)據(jù)通訊。另外，還有一種廣播通訊方式即點對多點的通訊方式，主 設(shè)備可以同時給所有從設(shè)備發(fā)送報文，從設(shè)備在接收到報文并做出相應(yīng)的響應(yīng)后可不回送 報文。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，可實現(xiàn)與從設(shè)備間簡單而可靠的通訊連接。本發(fā)明實施例使用USS協(xié)議的優(yōu)點在于1.對硬件設(shè)備要求低，減少了設(shè)備之 間的布線，進一步減少了信號線引入的電磁干擾；2.無需重新連線就可以改變點對點或是 點對多點的控制方式，適用于工業(yè)控制系統(tǒng)靈活多變的特點，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)置或改變傳動裝置的參數(shù)；4.可實時的監(jiān)控被控設(shè)備。實踐中，當(dāng)所述控制器和被控設(shè)備通訊采用高頻波特率時，在所述被控設(shè)備端安 裝終端電阻，可有效地防止信號反射，使得信號的可靠性增強?；蛘?，當(dāng)所述控制器和被控設(shè)備通訊采用點對多點通訊時，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)采用點對點的通訊方式 時，同一時刻，只能有一個發(fā)送指令或接收指令被激活；當(dāng)采用廣播方式即點對多點通訊方 式時，對各從設(shè)備的控制采取輪詢方式，輪詢程序同樣也是后臺工作方式工作，根據(jù)對各從 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。為保證控制信號和從設(shè)備數(shù)據(jù)信號傳送的可靠性，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)接收報文中的狀態(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 接收到錯誤數(shù)據(jù)而使控制器做出錯誤的判斷和控制，通過程序控制的方式進一步改善控制 系統(tǒng)的可靠性，但該程序控制邏輯簡單，不需過多考慮信號編碼和校驗的問題，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)該認識到，上述的具體實施方式
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)理解為是對本專利保護范圍的限制，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被控設(shè)備，其中，所述控制器為主設(shè)備，所述若干個被控設(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。
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)的接收報文的狀態(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，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)備通訊進行點對多點通訊時，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被控設(shè)備，其中，所述控制器為主設(shè)備，所述若干個被控設(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)可達到很好的電磁屏蔽作用，不會帶來新的干擾源，使得信號不作衰減或受干擾，增加了系統(tǒng)的可靠性，同時并不增加系統(tǒng)設(shè)備連接時的復(fù)雜性，更減小了控制系統(tǒng)編程時的程序復(fù)雜度。
文檔編號H04B3/04GK101943893SQ201010298108
公開日2011年1月12日 申請日期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 申請人:上海創(chuàng)潔科技有限公司