通信过程中干扰处理

孙 勇，董凌宇，于海楠，魏志远

(中机试验装备股份有限公司，吉林 长春 130103)

1 引 言

近年来，随着我国工业自动化不断发展，总线通信技术不断革新，但传统的RS-485通信模式还在应用。RS-485接口采用的是差分信号传输方式。差分信号传输是使用两个互补电信号进行信息传递的方法。干扰信号一般以共模的形式存在，当通信总线受到干扰时，两根总线会同时受到影响，但其差分电压并不会受影响。相对于单端信号传输方式，差分信号本身就具有较好的抗干扰能力。但是，采用差分形式传输也并不是高枕无忧。在实际运行过程中，各种干扰通过电缆耦合在总线上，极大增加了外界对总线通信干扰的概率，造成通信中断等问题。

2 电气系统组成

电气系统引入的电源是由用户提供的三相五线制交流380V工频电源。电气系统是保证试验机正常运行的必要条件，主要为驱动电机、液压油源、风冷系统、加热系统等提供动力电源，并为控制系统、测试系统提供工作电源，以保证试验机正常运行。电气结构示意图如图1所示。

图1 电气结构示意图

3 设计思路

考虑到本设备1台变频电机可能存在干扰的问题，所以在设计上采用DCS集散控制系统的设计方法，整机电气控制设计思路是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活、组态方便，最大限度保证可扩展性和经济性。因此，整个系统由控制柜、变频控制柜、液压油源柜组成。

在将控制系统离散式分布的同时，将所有通信过程中的信号线缆采用RVSP双绞屏蔽线。此类线有加密镀锡纯铜屏蔽网，双面涂敷铝箔，由两根具有绝缘保护层的铜线组成，在控制器与变频器通信之间加装光电隔离型继电器。

3.1 干扰对信号的影响

干扰一般通过耦合的方式对系统产生影响，干扰源与受干扰电路具有电气连接，如共地等。电容耦合出现在两个邻近导体存在变化的电场时，干扰电流通过导体间的耦合电容流入受干扰电路。由于耦合电容一般很小，其阻抗很大，故干扰源对于受干扰电路可以看作一个恒定的电流源，信号电路的阻抗较大时，影响也就越大。

3.2 干扰信号对平行线的干扰

平行线示意图见图2，Us为信号干扰源，干扰电流Is在平行的两条导线L1、L2上产生的干扰电流分别为I1、I2。由于L1更接近于干扰源，因此I1>I2，I=I1-I2≠0，有干扰电流存在。

图2 平行线示意图

3.3 干扰信号对双绞线的干扰

双绞线示意图见图3。双绞线回路中点位置进行了一次扭绞。在L1上存在干扰电流I11、I12，在L2上存在干扰电流I21、I22，干扰电流I=(I11+I12)-(I21+I22)。由于两段线路的环境相同，所以干扰电流I=0。因此，当把两根绝缘的铜线按一定的密度互相绞在一起，一根导线在传输中辐射出来的电波会被另一根导线上发出的电波抵消，可以有效降低信号干扰的程度。

图3 双绞线示意图

3.4 光电隔离型中继器

在使用双绞屏蔽线的同时，也不能完全使通信信号免受干扰，因此在整个通信回路上增加了光电隔离型中继器，兼容RS-485标准，能延长RS-485总线网络通信距离，增加R-485网络设备的个数。其内置的光电隔离器及DC/DC隔离

模块，能够提高达2500Vrms的隔离电压。接口两端带有快速瞬态电压抑制保护器，正常情况下TVS管呈高阻状态。当TVS管两端经受瞬间高能量冲击时，其能以极高的速度将其两端的阻抗降低，吸收一个大电流，从而把其两端的电压钳制在一个预定的数值上，保护后面的电路元件不因瞬间高压冲击而损坏，并且极小的极间电容保证了所有RS-485接口的高速传输。转换器内部带有延时自动收发转换，独有的I/O电路自动控制数据流方向，而不需要任何握手信号，无需跳线设置实现异步半双工模式转换。连接示意图见图4。

图4 连接示意图

4 结术语

根据实际控制情况分析，本次设计的自动化电气控制系统通过RS-485通信方式控制变频器，实现在存在干扰的环境下对电机转速的精准控制，解决了使用RS-485通信方式控制变频器过程中出现通信中断的问题，达到了设备稳定运行的目的。