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【通訊論文】范文:工業現場RS485通訊干擾問題處理

發布時間:2019年02月15日 21:12:50    文章來源:耀炎論文網    作者:姜傳彥    閱讀:

導讀:這是一篇完整優秀的關于科技論文范文,這一篇論文共有2554字符,本篇題目是關于“【通訊論文】范文:工業現場RS485通訊干擾問題處理”的。采取多種技術手段對干擾進行抑制,使通訊設備可以正常運行。

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摘要:在工業現場,使用大量開關電源、變頻器等非線性用電設備,伴隨高電壓、大電流等惡劣的電磁環境,使得電磁干擾成為工業現場最為常見的問題。

  文章結合使用逆變器場所出現的RS485通訊問題,采取多種技術手段對干擾進行抑制,使通訊設備可以正常運行。


關鍵詞:通訊;干擾;RS485
 

  隨著電子技術的發展,越來越多的場所使用了半導體開關電源、變頻器等非線性用電設備,這些設備的增多給電網帶來不好影響,即增多了電網的諧波污染。

  良好的電網主要是由50Hz的正弦基波成分構成,而非線性開關設備的應用,給電網帶來了其它頻次的高次諧波。這些諧波干擾以電場耦合、磁場耦合的方式影響到附近設備的正常工作。

  特別是以電壓形式傳輸的模擬量信號、通訊信號更容易受到干擾,當信號受到干擾后,設備便不能正常運行。

  一般情況下,如果在設計和安裝前就充分考慮使用屏蔽電纜、屏蔽層接地、合理部局器件擺放位置、優化布線等措施能夠解決大部分的干擾問題。但是在一些干擾強、工況復雜的場合,出現的干擾問題卻難以查找和解決。

  本文結合現場實際情況,使用EMC理論對遇到的通訊干擾問題進行分析和處理。


1 干擾問題工況
 

  在某儲能逆變器現場,使用帶有RS485通訊功能的電能表。該電能表對500kW逆變器的運行數據進行采集,將正、反向有功功率、電壓、電流等信息傳輸給就地監控系統進行處理。

  電能表的基本原理是通過電網電壓檢測口來對電網電壓信號采集,交流電壓在整流后為電能表提供內部工作供電電源;由電流接口采集電流互感器的電流信號;電網電壓、電流信號經電能表內部的CPU計算處理后,通過RS485接口與上位機進行數據傳輸。

  在實際應用過程中發現;在逆變器起機后,與電能表通訊口相連的PLC通訊模塊總是報錯,就地監控系統無法正常讀取電能表各項數據。

  使用示波器對通訊總線的測量發現,通訊傳輸線上的傳輸信號上出現了干擾信號,總線傳輸信號峰-峰值可達到8V,通訊信號基本湮沒在干擾信號中(圖1所示)。而在逆變器停機后,PLC讀取電能表各項變量正常,通訊信號中沒有干擾出現。


2 安裝調試前采用的抗干擾措施
 

  在設備安裝調試前,考慮了電磁兼容性問題。已經對可能遇到的干擾問題采取了預防性措施。

  首先,通訊線纜使用了特性匹配為120歐姆的雙絞屏蔽通訊電纜。使用該線纜依據為:(1)屏蔽層有削弱干擾的磁場作用。磁屏蔽利用高導材料的低磁阻特性,磁場進行分路(H1<

  在屏蔽層接地情況下,減小了外部電場對導線的影響。屏蔽電纜的屏蔽層在電纜末端接頭處,如果部分導線裸露在屏蔽層之外,會引入電磁干擾,為避免末端效應,屏蔽層末端與接頭保證360°良好接觸。

  另外,在現場對通訊線纜的屏蔽層做了良好的接地處理。經過現場測試,采用單端接地方式效果較好。通常情況下,屏蔽層采用單端接地還是雙端接地方式通常由現場實際工況決定。

  如果接地點存在電勢差,在屏蔽層中產生電流,使被屏蔽線纜受到干擾,則不宜采取雙端接地方式。雖然已經采取了以上措施,但是依然未能避免現場出現的通訊干擾問題。


3 增加匹配電阻防止通訊信號的反射
 

  依據長導線傳輸理論,電磁波遇到阻抗不匹配、突變將發生反射。在傳輸電纜的末端只要跨接了與電纜特性阻抗相匹配的終端電阻,就能大大減少信號反射現象。由于電纜的特性阻抗是120?贅,所以終端電阻采用120?贅的電阻進行匹配。

  在電能表和PLC監控模塊兩端各增加了120?贅的電阻,后對通訊信號進行測量,實測通訊波形如圖3所示。

  從實測波形可以看出,雖然干擾波峰-峰幅值有所降低,但是通訊信號中依然存在干擾信號,未能解決干擾問題。


4 使用隔離變壓器隔離削弱共模干擾信號
 

  考慮到電能表的供電和測量均是由被測系統直接提供,為避免高頻諧波從供電系統直接引入到電能表中,再通過通訊線傳輸到上位機PLC,使用了1:1的隔離變壓器對采樣電壓進行隔離。

  經過測量,干擾的峰-峰值從3.84V降到了1.84V,有2V的降幅,但是主控PLC通訊模塊,仍然有通訊報錯的情況發生。

  另外,使用隔離變壓器這種方式有致命的缺點:受變壓器制作工藝水平的限制,測量精確度不可能做得很高,這樣采集到的實際電壓誤差將會變大,電壓、功率測量結果精確度難以滿足要求。


5 使用磁環削弱高頻信號干擾
 

  線纜在磁環上進行繞制,可以制成等效的電感。

  假設UL為電感兩端電壓,IL為電感兩端電流

  隨著頻率f 的增加,UL增加,則Uo減小。

  分別在電壓輸入、電流檢測輸入以及通訊回路增加磁環,將原線纜在磁環上進行繞制,等效制作成串在各回路中的電感,以降低高頻信號對電能表的影響。在使用了磁環后,通訊干擾信號得以降低(如圖4所示),就地監控系統與電能表能夠正常通訊。


6 結束語
 

  現場存在干擾情況各異,可能需要采用多種的技術手段予以解決,圍繞電磁干擾三要素: 騷擾源、耦合途徑、敏感設備這三方面入手尋找解決辦法,基本上都能對問題進行解決。

  設計前對系統整體有所把握,對柜內強、弱電布局有充分的了解。在設計時本著強弱分離,交、直分開的原則,以避免因布局、走線不合理將干擾引入到通訊系統中。通訊、模擬量等信號線要使用帶有屏蔽層的雙絞電纜。

  并做好線纜屏蔽層的接地,保證屏蔽層所接系統地純凈,接地電阻小。而且要根據現場實際情況選擇合適的接地方式,并保證接地連接良好。必要時增加電源濾波器、隔離變壓器等措施加強系統的抗干擾能力。

  有沖擊性、強干擾的負載避免與敏感的控制、檢測型負載使用公共電源。


參考文獻:
 

  [1]梁振光.電磁兼容原理、技術及應用[M].機械工業出版社,2007.

  [2]任清晨.電氣控制柜設計制作-電路篇[M].電子工業出版社,2014.

 

本文來源:http://www.jnzhgk.com/keji-lunwen/330.html

 

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