孫 勇，董凌宇，于海楠，魏志遠(yuǎn)

(中機(jī)試驗(yàn)裝備股份有限公司，吉林 長春 130103)

1 引 言

近年來，隨著我國工業(yè)自動(dòng)化不斷發(fā)展，總線通信技術(shù)不斷革新，但傳統(tǒng)的RS-485通信模式還在應(yīng)用。RS-485接口采用的是差分信號傳輸方式。差分信號傳輸是使用兩個(gè)互補(bǔ)電信號進(jìn)行信息傳遞的方法。干擾信號一般以共模的形式存在，當(dāng)通信總線受到干擾時(shí)，兩根總線會(huì)同時(shí)受到影響，但其差分電壓并不會(huì)受影響。相對于單端信號傳輸方式，差分信號本身就具有較好的抗干擾能力。但是，采用差分形式傳輸也并不是高枕無憂。在實(shí)際運(yùn)行過程中，各種干擾通過電纜耦合在總線上，極大增加了外界對總線通信干擾的概率，造成通信中斷等問題。

2 電氣系統(tǒng)組成

電氣系統(tǒng)引入的電源是由用戶提供的三相五線制交流380V工頻電源。電氣系統(tǒng)是保證試驗(yàn)機(jī)正常運(yùn)行的必要條件，主要為驅(qū)動(dòng)電機(jī)、液壓油源、風(fēng)冷系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)等提供動(dòng)力電源，并為控制系統(tǒng)、測試系統(tǒng)提供工作電源，以保證試驗(yàn)機(jī)正常運(yùn)行。電氣結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 電氣結(jié)構(gòu)示意圖

3 設(shè)計(jì)思路

考慮到本設(shè)備1臺變頻電機(jī)可能存在干擾的問題，所以在設(shè)計(jì)上采用DCS集散控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，整機(jī)電氣控制設(shè)計(jì)思路是分散控制、集中操作、分級管理、配置靈活、組態(tài)方便，最大限度保證可擴(kuò)展性和經(jīng)濟(jì)性。因此，整個(gè)系統(tǒng)由控制柜、變頻控制柜、液壓油源柜組成。

在將控制系統(tǒng)離散式分布的同時(shí)，將所有通信過程中的信號線纜采用RVSP雙絞屏蔽線。此類線有加密鍍錫純銅屏蔽網(wǎng)，雙面涂敷鋁箔，由兩根具有絕緣保護(hù)層的銅線組成，在控制器與變頻器通信之間加裝光電隔離型繼電器。

3.1 干擾對信號的影響

干擾一般通過耦合的方式對系統(tǒng)產(chǎn)生影響，干擾源與受干擾電路具有電氣連接，如共地等。電容耦合出現(xiàn)在兩個(gè)鄰近導(dǎo)體存在變化的電場時(shí)，干擾電流通過導(dǎo)體間的耦合電容流入受干擾電路。由于耦合電容一般很小，其阻抗很大，故干擾源對于受干擾電路可以看作一個(gè)恒定的電流源，信號電路的阻抗較大時(shí)，影響也就越大。

3.2 干擾信號對平行線的干擾

平行線示意圖見圖2，Us為信號干擾源，干擾電流Is在平行的兩條導(dǎo)線L1、L2上產(chǎn)生的干擾電流分別為I1、I2。由于L1更接近于干擾源，因此I1>I2，I=I1-I2≠0，有干擾電流存在。

圖2 平行線示意圖

3.3 干擾信號對雙絞線的干擾

雙絞線示意圖見圖3。雙絞線回路中點(diǎn)位置進(jìn)行了一次扭絞。在L1上存在干擾電流I11、I12，在L2上存在干擾電流I21、I22，干擾電流I=(I11+I12)-(I21+I22)。由于兩段線路的環(huán)境相同，所以干擾電流I=0。因此，當(dāng)把兩根絕緣的銅線按一定的密度互相絞在一起，一根導(dǎo)線在傳輸中輻射出來的電波會(huì)被另一根導(dǎo)線上發(fā)出的電波抵消，可以有效降低信號干擾的程度。

圖3 雙絞線示意圖

3.4 光電隔離型中繼器

在使用雙絞屏蔽線的同時(shí)，也不能完全使通信信號免受干擾，因此在整個(gè)通信回路上增加了光電隔離型中繼器，兼容RS-485標(biāo)準(zhǔn)，能延長RS-485總線網(wǎng)絡(luò)通信距離，增加R-485網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的個(gè)數(shù)。其內(nèi)置的光電隔離器及DC/DC隔離

模塊，能夠提高達(dá)2500Vrms的隔離電壓。接口兩端帶有快速瞬態(tài)電壓抑制保護(hù)器，正常情況下TVS管呈高阻狀態(tài)。當(dāng)TVS管兩端經(jīng)受瞬間高能量沖擊時(shí)，其能以極高的速度將其兩端的阻抗降低，吸收一個(gè)大電流，從而把其兩端的電壓鉗制在一個(gè)預(yù)定的數(shù)值上，保護(hù)后面的電路元件不因瞬間高壓沖擊而損壞，并且極小的極間電容保證了所有RS-485接口的高速傳輸。轉(zhuǎn)換器內(nèi)部帶有延時(shí)自動(dòng)收發(fā)轉(zhuǎn)換，獨(dú)有的I/O電路自動(dòng)控制數(shù)據(jù)流方向，而不需要任何握手信號，無需跳線設(shè)置實(shí)現(xiàn)異步半雙工模式轉(zhuǎn)換。連接示意圖見圖4。

圖4 連接示意圖

4 結(jié)術(shù)語

根據(jù)實(shí)際控制情況分析，本次設(shè)計(jì)的自動(dòng)化電氣控制系統(tǒng)通過RS-485通信方式控制變頻器，實(shí)現(xiàn)在存在干擾的環(huán)境下對電機(jī)轉(zhuǎn)速的精準(zhǔn)控制，解決了使用RS-485通信方式控制變頻器過程中出現(xiàn)通信中斷的問題，達(dá)到了設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行的目的。