楊敏 ，龐義 ，趙忠興 ，劉丹潔

（1.長春汽車工業(yè)高等?？茖W校 機電工程學院，吉林 長春130011；2.長春奧科斯自動化科技有限公司，吉林 長春130011）

1 引言

在復雜的工業(yè)現場環(huán)境中，存在著許多干擾信號，各種干擾信號都具有一定的隨機性和不確定性?？赡軙斐蛇壿嫽靵y，系統(tǒng)控制失靈，產生誤動作，甚至造成生產設備損壞和人身傷害等。嚴重影響了工業(yè)生產的穩(wěn)定運行和可靠性，影響了產品的質量和生產效率，因此，有效地排除和抑制各種干擾，是現代工業(yè)必須深入探討和急待解決的問題。

另外，在工業(yè)現場中，常常遇到被控對象和被測信號分布在各個不同的地方，并且他們與控制站之間也有相當長的距離，連接的信號線和控制線都比較長。一方面存在著導線用量大、接線復雜、故障率高、安裝工期長、維修困難等問題。另一方面，過長而且又多的導線在一起很容易產生電感電容耦合，而產生干擾信號，嚴重影響生產的穩(wěn)定運行，值得探索相應的措施來解決。

現場總線控制是當今工業(yè)控制的潮流，現場總線技術的應用能有效地解決一些實際問題。然而，對于一些中小型設備的改造或者對現有的一些老設備大修改造時，原來的PLC系統(tǒng)還完好，如果改為現場總線控制就會造成很多不必要的浪費。并且，工業(yè)現場的一些機械控制對實時性和可靠性的要求也越來越高。那么就需要有更簡單方便的方法來解決這類實際問題。

例如在電鍍線行車的控制中，以前是把行車上的接近開關、按鈕、限位開關直接連到PLC的輸入端，行車拖帶著很多導線，各種干擾使行車無法正常運行，按照傳統(tǒng)的方法，采用電阻電容進行濾波，其效果并不顯著，而且還影響了響應的時間。使行車定位不準，對偶爾出現的大的干擾信號無法過濾掉。由于行車拖帶的導線長（可達100多m）而多，長時間很容易使導線折斷，更換導線也非常困難，而且還產生干擾信號。這些現實問題的存在，必須進行深入探討，尋找出有效的解決方案。

針對上述工業(yè)現場的各種干擾問題、大量復雜的配線帶來的一系列問題，以及過濾器的失靈等實際問題，研制開發(fā)了遠程IO信號采集器（本文簡稱采集器）。

2 采集器的系統(tǒng)組成和工作原理

所謂采集器是將輸入口的位信號以數字形式通過現場總線傳遞給輸出口的一種裝置。采集器也是一種形式的總線，它有更好的實時性，而且簡單方便。

2.1 系統(tǒng)的組成

采集器系統(tǒng)的組成框圖見圖1。

圖1 系統(tǒng)框圖Fig.1 System block diagram

通過采集器將現場信號傳遞給PLC，既保證了集中控制，又保證了長距離信號傳輸的可靠性。采集器最多可代3個擴展，可傳送64位。

采集器設有主機和擴展單元。

主機有3種型號：M01-OC 16點繼電器輸出，M01-OD 16點晶體管輸出，M01-ID 16點晶體管雙向輸入bilateral。

擴展3種型號：E01-OD 16點晶體管輸出，E01-OC 16點繼電器輸出，E01-ID 16點晶體管雙向輸入。

其中M01-OC 16點繼電器輸出主機，可以和16點輸入的任意一款集線器相配合。也可單獨做為總線式遠程IO。M01-OC 16點繼電器輸出主機，可以和16點輸入的任意一款集線器相配合。也可單獨做為總線式遠程IO。

2.2 工作原理

遠程IO信號采集器是采用RS485總線的方式進行通訊，標準幀格式和CRC校驗。波特率采用115.2 kb/s。一組采集器最多可傳送64位，采集器如果在100 ms內沒有進行有效應答則會將所有輸出口置零，利用這個特點可對采集器的工作情況進行監(jiān)視，使上位機做出相應的保護措施。

3 采集器的功能特點

1）點對點的通訊方式，提高了系統(tǒng)運行的可靠性。網絡控制存在著單點故障容易擴散的問題，進而造成整個網絡系統(tǒng)癱瘓的弊端，采集器采用了點對點的通訊方式，能夠有效地克服單點故障殃及周圍的問題，使系統(tǒng)運行更加安全可靠。

2）使用方便，便于安裝。無須用戶做任何編程工作，只需將采集器當作接線端子即可。使用方便，易于安裝和掌握。

3）速度快，可靠性高，實時性好。采集器是采用專線專用方式配線，無站號分配。所以速度快，可靠性高，實時性好，安全性高。

4）接線簡單、成本低。采集器僅用2根導線就可以取代原有的遠距離的諸多繁雜接線，既降低了安裝成本、又減少了安裝工期，使安裝接線更加容易，降低了故障率。

5）監(jiān)視功能強、維修方便。每組采集器的狀態(tài)都有相應的指示燈，運行狀態(tài)一目了然，具有監(jiān)視功能強、便于故障診斷、維修極為方便的特點。

6）配置靈活，通用性強。根據生產要求，選擇的系統(tǒng)配置各不相同，然而，采集器能夠和任何一種PLC配合使用，可以靈活配置，具有通用性強的特點。

7）抗干擾能力強。采集器采用了差分輸入方式，工業(yè)信號實現現場采集數字傳送時，采集器能有效地防止信號在傳輸過程中受到的各種干擾，具有較強的抗干擾能力。

8）取代了原來的過濾器，節(jié)省了大量的導線，減少了干擾信號，提高了抗干擾能力。

4 效果驗證

以采集器在電鍍生產線上的應用為例。電鍍生產線上通常有2個至5個行車運行，其中一臺行車的控制大約需要6個接近開關、5個限位開關等控制元件，控制線和電機的驅動線共用16棵線走在同一個扁平電纜內，電纜長度約100余m，對2個以上行車的控制就需要幾十個開關控制，控制線和電機驅動線就更多，諸多的電纜線在系統(tǒng)運行時必然產生一定的電磁干擾。另一方面，行車的行走是采用變頻器來控制的，變頻器是將固定頻率的交流電變換為頻率連續(xù)可調的交流電的裝置［3］，當變頻調速系統(tǒng)的容量足夠大時，所產生的高頻信號將足以對周圍各種電子設備的工作形成干擾，影響周圍設備正常工作，為了避免控制信號、變頻器等帶來的各種干擾，傳統(tǒng)的方法是采用PLC現場信號過濾器來抑制干擾，現場信號過濾器主要是阻容吸收電路，電容小了過濾效果不好，電容太大又會影響響應時間，并且電網的波動有時也會造成過濾器失靈，使得行車常常發(fā)生定位不準，誤動作等故障，嚴重影響了生產效率和產品質量。

電鍍線對行車的基本要求是：行走速度快，定位準確，行走時平穩(wěn)性能好。

采用遠程IO信號采集器取代現場信號過濾器后，充分體現了其優(yōu)越性：

1）由于采集器是采用點對點的通訊方式，所以具有更好的速度性和可靠性。有效地解決了變頻器對控制信號的干擾問題，消除了誤動作，提高了系統(tǒng)運行的可靠性；

2）用傳統(tǒng)的現場信號過濾器時，行車計位用接近開關的檢測距離是20 mm，采用采集器時，行車計位用接近開關的檢測距離是10 mm，檢測距離提高了一倍，從而提高了器件的響應時間，大大提高了行車的運行速度和行車的定位精度，解決了現場信號過濾器響應時間慢使定位不準確的問題；

3）取代了原來的現場信號過濾器，增強了抗干擾能力，還將原來的幾十根導線減少為2根線，大大減少了導線用量，進而減少了由于導線折斷等因素而引起的故障，既降低了成本，又提高了生產效率和系統(tǒng)運行的可靠性；

4）采用采集器配線少，安裝簡單，減少了安裝周期；

5）采集器上具有相應的狀態(tài)指示燈，使運行狀態(tài)一目了然，便于故障診斷，給維修帶來了極大的方便。行車控制的原理圖見圖2。

圖2 行車控制的原理圖Fig.2 Traffic control schematic diagram

系統(tǒng)的開關量接在采集器主機的輸入單元，主機的輸入單元安裝在現場，主機的輸出單元安裝在控制柜里，取代了原來的過濾器，也取消了原來在現場和控制柜之間連接的大量導線，輸入單元與輸出單元之間只需兩屏蔽線，大大減少了導線的根數。使接線和維護變得極為簡單。經過1 a多現場使用證明，其可靠性大大高于原來的方法，1 a多來，行車運行穩(wěn)定，從未出現過現場信號干擾等因素帶來的錯誤動作。

5 結論

通過生產實際的驗證，應用采集器能夠有效地抑制復雜工業(yè)現場中的各種干擾信號，實現了系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，克服了網絡控制單點故障容易擴散的弊端，解決了原來采用過濾器的不足，并且，對生產線的改造耗時少，費用低，安裝接線簡單，系統(tǒng)運行安全可靠，故障顯示一目了然，維修方便，給用戶帶來了極大的方便和良好的效益。

［1］ 劉高鏁.單片機實用技術［M］.北京：清華大學出版社，2004.

［2］ 陶權.探析自動化控制系統(tǒng)的抗干擾設計［J］.制造業(yè)自動化，2012,34（2）： 132-134.

［3］ 徐海，施利春.變頻器原理及應用［M］.北京：清華大學出版社，2010.