通信抗干扰技术

工控系统的通信抗干扰技术

0 引言

一个工控系统常常由几台、几十台甚至更多的工业控制机组成各种形式的分布式测控系统。直接控制级（DDC）可以独立完成本地的数据采集和控制任务，主站负责系统的管理。所有的机器连接成网络互通信息，就可以完成以整体目标为宗旨的相互协调配合，达到更高的控制水平和管理层次。系统的通信因此就成为所有的机器协调一致的关键环节。对于工控系统的设计者来说，面对工业现场严重的干扰，提高通信网络的抗干扰能力无疑是非常重要的事。

1 给RS232C通信接口加装光隔电流环的抗干扰措施

RS232C是微机之间最常用的点对点串行通信接口，但RS232C的抗干扰能力很差。这是由于RS232C采用单端信号传输，而它的连接电缆把它所连接的两台机器的地又连接在了一起，因此，当两个地线之间的地电位不一致时，就有共模干扰电压产生。于是就造成了严重的干扰，甚至烧毁接口器件。如果给RS232C加装一个光隔电流环，就可以隔断两个地之间的联系，从而极大地提高其抗干扰能力。图1是RS232C加光隔电流环的电路原理图。图中，U1是工控机1的RS232C发送接口芯片1488，U2是工控机2的RS232C接收接口芯片1489。它们之间的通信信道已经由T1、T2组成的光隔电流环驱动。当工控机1发送“0”时，U1输出约+11 V，它使光隔管T1的发光二极管发光，使得T1的光电三极管导通，其发射极输出电流i。电流i通过通信线路，驱动光隔管T2的发光二极管发光，使得T2的光电三极管导通，其发射极输出电压约+11 V，接收芯片U2转换该电压成为TTL电平“0”。当工控机1发送“1”时，T1、T2截止，通信线路没有电流，T2的发射极输出-12 V，U2转换它成为TTL电平“1”。图中的C1、D2，C2、D3起加速作用。本电路经实际使用，可以构成几公里的通信。需要注意的是，光隔电流环的电源一定要选用与工控机电源隔离的电源。接地点D1、D2、D3各自独立于各自的体系，不能混接！由于工控机和外电路完全隔离，因此显著地提高了工控机的抗干扰水平。

图1 RS232C光隔电流环电路原理图

对RS232C进行光隔电流环改造，隔断了工控机与外界的电的联系，显著地提高了工控机的抗干扰能力。而且这种改造只是在插口上进行，不涉及到工控

机内部的电路，因此简单易行。图1省画了工控机2发送到工控机1的通信接口电路，它与图1是对称的。

2 采用RS422A、RS485通信接口，提高通信抗干扰能力

要想根本提高通信抗干扰能力，应当选用更好的通信接口RS422A。

2.1 RS422A的抗干扰性能

图2示出了RS422A

通信接口连接图。它采

用的是差动平衡驱动和

接收电路。由于差动放

大器具有很强的抗共模

干扰能力，所以两个不同的地线间的电位差形成的共模干扰受到很大的抑制。因此，RS422A 通信接口的抗干扰能力比RS232C有质的提高。图中，75LS174、75LS175是RS422A

使用的一种芯片，它采

用单一的＋5 V供电，

应用方便。表列出了

RS422A与RS232C的性

能对比。从表中可见，

RS422A的通信距离、速

率和接口的性能等等都

明显地高于RS232C。

图2 RS422A平衡驱动差动接收电路

表 RS4232A与RS232C通信接口性能对比表

2.2 使用RS422A组成工控网

RS422A

可以作为工控

机网络的物理

层结构。图3

是用RS422A

控网络的接

直接支持32

个子站。用

RS422A 组网

式与子站通

络需要4连接，并且接

线也较复杂，

因此，人们常

常使用它的变

型 RS485通

信网络。

图3 RS422A 用作星型网联接方法 2.3 RS485及其总线型工控网

S485串行接口与

RS422A 接口

型的接口芯

只是RS485现在，RS485

结构。例如，

当今最热门的

全数字(智

能)、全分图4 用RS485构成总线网