中心議題：

• 工控係統的通信抗幹擾技術

解決方案：

• 給RS232C通信接口加裝光隔電流環的抗幹擾措施
• 采用RS422A、RS485通信接口，提高通信抗幹擾能力
• 給RS422A通信接口加裝光電隔離電路
• 通信電纜的選用和終端匹配

一個工控係統常常由幾台、幾十台甚至更多的工業控製機組成各種形式的分布式測控係統。直接控製級（DDC）keyiduliwanchengbendideshujucaijihekongzhirenwu
，zhuzhanfuzexitongdeguanli。suoyoudejiqilianjiechengwangluohutongxinxi，jiukeyiwanchengyizhengtimubiaoweizongzhidexianghuxietiaopeihe
，dadaogenggaodekongzhishuipingheguanlicengci。xitongdetongxinyincijiuchengweisuoyoudejiqixietiaoyizhideguanjianhuanjie。duiyugongkongxitongdeshejizhelaishuo，mianduigongyexianchangyanzhongdeganrao，tigaotongxinwangluodekangganraonengliwuyishifeichangzhongyaodeshi。

1給RS232C通信接口加裝光隔電流環的抗幹擾措施

RS232C是微機之間最常用的點對點串行通信接口，但RS232C的抗幹擾能力很差。這是由於RS232Ccaiyongdanduanxinhaochuanshu，ertadelianjiedianlanbatasuolianjiedeliangtaijiqidediyoulianjiezaileyiqi
，yinci
，danglianggedixianzhijiandedidianweibuyizhishi


，jiuyougongmoganraodianyachansheng。yushijiuzaochengleyanzhongdeganrao
，shenzhishaohuijiekouqijian。

如果給RS232C加裝一個光隔電流環，就可以隔斷兩個地之間的聯係，從而極大地提高其抗幹擾能力。圖1是RS232C加光隔電流環的電路原理圖。圖中，U1是工控機1的RS232C發送接口芯片1488
，U2是工控機2的RS232C接收接口芯片1489。它們之間的通信信道已經由T1
、T2組成的光隔電流環驅動。當工控機1發送“0”時，U1輸出約+11V

，它使光隔管T1的發光二極管發光
，使得T1的光電三極管導通
，其發射極輸出電流i。

電流i通過通信線路

，驅動光隔管T2的發光二極管發光，使得T2的光電三極管導通，其發射極輸出電壓約+11V
，接收芯片U2轉換該電壓成為TTL電平“0”。當工控機1發送“1”時，T1、T2截止
，通信線路沒有電流
，T2的發射極輸出-12V，U2轉換它成為TTL電平“1”。圖中的C1
、D2，C2、D3qijiasuzuoyong。bendianlujingshijishiyong
，keyigouchengjigonglidetongxin。xuyaozhuyideshi，guanggedianliuhuandedianyuanyidingyaoxuanyongyugongkongjidianyuangelidedianyuan。jiedidianD1
、D2

、D3各自獨立於各自的體係，不能混接！由於工控機和外電路完全隔離，因此顯著地提高了工控機的抗幹擾水平。
　
對RS232Cjinxingguanggedianliuhuangaizao，geduanlegongkongjiyuwaijiedediandelianxi，xianzhuditigaolegongkongjidekangganraonengli。erqiezhezhonggaizaozhishizaichakoushangjinxing，bushejidaogongkongjineibudedianlu
，yincijiandanyixing。tu1省畫了工控機2發送到工控機1的通信接口電路，它與圖1是對稱的。
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2采用RS422A、RS485通信接口，提高通信抗幹擾能力

要想根本提高通信抗幹擾能力，應當選用更好的通信接口RS422A。

2.1RS422A的抗幹擾性能

tacaiyongdeshichadongpinghengqudonghejieshoudianlu。youyuchadongfangdaqijuyouhenqiangdekanggongmoganraonengli，suoyilianggebutongdedixianjiandedianweichaxingchengdegongmoganraoshoudaohendadeyizhi。yinci，RS422A通信接口的抗幹擾能力比RS232C有質的提高。圖中，75LS174、75LS175是RS422A接口使用的一種芯片，它采用單一的＋5V供電，應用方便。表列出了RS422A與RS232C的性能對比。從表中可見
，RS422A的通信距離
、速率和接口的性能等等都明顯地高於RS232C。

內容RS422ARS232C接口工作方式雙端單端最大電纜距離(m)120015最大傳輸速率(bps)10M20k驅動器開路輸出電壓(V)兩輸出間為6V±25驅動器有載輸出電壓(V)兩輸出間為2V±5～±15驅動器斷電輸出阻抗(Ω)在-0.25～+6V之間為100μA300驅動器輸出電流(mA)±150±500接收器輸入阻抗(kΩ)≥43～7接收器輸入閾值(V)-0.2～+0.2-3～+3接收器輸入電壓(V)-12～+12-25～+25

2.2使用RS422A組成工控網

RS422A可以作為工控機網絡的物理層結構。圖3是用RS422A構成的星型工控網絡的接法。主站可以直接支持32個子站。用RS422A組網的優點是主站可以全雙工方式與子站通信。但由於網絡需要4根線連接，並且接線也較複雜，因此
，人們常常使用它的變型RS485通信網絡。

2.3RS485及其總線型工控網

RS485串行接口與RS422A接口使用同一種類型的接口芯片，不同之處隻是RS485采用半雙工方式通信。因此
，它隻需要兩根通信線
，網絡連接更簡單。現在，RS485已成為很多工控機和計算機網絡的物理層結構。例如，當今最熱門的全數字(智能)
、全分散、全開放工控網絡Fieldbus，就是采用的RS485總線網。示意出了采用RS485組成的總線型網絡的連接方法。圖中，75176是專門用於RS485的通信接口芯片，它把RS422A的發送和接收差動放大器集成在了一起。每個發送驅動器可以直接驅動32個接收器。圖中的75174
、75175示意的是某些隻有發送器或者接收器的單向工作站的通信接口。

RS422A的係列接口芯片75172～75178是一整套支持RS422A和RS485通信網絡的接口芯片。它們組合接續

，可以構成連通數十公裏、數以百計工控機的工控網絡。

2.4插頭方式轉換RS232C成為RS422A通信接口，提高抗幹擾能力

RS422A通信接口電路可以做成插頭方式，插接於兩個RS232C通信接口之間，直接把RS232C改造成為RS422A通tong信xin接jie口kou。於yu是shi它ta的de抗kang幹gan擾rao能neng力li得de到dao了le明ming顯xian的de提ti高gao。常chang用yong來lai延yan伸shen通tong信xin距ju離li和he提ti高gao通tong信xin速su率lv。目mu前qian這zhe種zhong產chan品pin市shi場chang上shang已yi有you成cheng品pin出chu售shou。由you於yu使shi用yong方fang便bian，無wu需xu更geng改gai硬ying件jian和he軟ruan件jian，因yin此ci很hen受shou歡huan迎ying。

3給RS422A通信接口加裝光電隔離電路
，更進一步提高工控機的抗幹擾水平

RS422A通tong信xin接jie口kou雖sui然ran大da幅fu度du地di提ti高gao了le通tong信xin電dian路lu的de抗kang幹gan擾rao能neng力li，但dan是shi，它ta所suo連lian接jie的de機ji器qi之zhi間jian仍reng然ran有you電dian的de聯lian係xi。要yao想xiang更geng進jin一yi步bu地di提ti高gao工gong控kong機ji的de抗kang幹gan擾rao水shui平ping，應ying當dang把ba工gong控kong機ji與yu外wai界jie完wan全quan隔ge離li開kai來lai。因yin此ci需xu要yao給geiRS422A通信接口加裝光電隔離電路。圖5是一種加裝光電隔離電路的方法。

其中，光電隔離管T1
、T2選用的是TTL電路型的，型號為6N137。它的一次與二次側的延遲時間tpd隻有75ns
，因此速度遠遠超過普通光電三極管型的光隔管。因為普通的光隔管的tpd為3～6μs。由於T1


、T2把工控機和通信接口都隔離開了，因此工控機的抗幹擾水平又上了一個台階。圖中的75LS174和75LS175的(de)三(san)態(tai)控(kong)製(zhi)端(duan)沒(mei)有(you)畫(hua)出(chu)隔(ge)離(li)控(kong)製(zhi)電(dian)路(lu)。如(ru)果(guo)需(xu)要(yao)控(kong)製(zhi)發(fa)送(song)和(he)接(jie)收(shou)時(shi)

，可(ke)以(yi)使(shi)用(yong)普(pu)通(tong)光(guang)隔(ge)管(guan)
，隔(ge)離(li)工(gong)控(kong)機(ji)的(de)開(kai)關(guan)量(liang)輸(shu)出(chu)口(kou)就(jiu)可(ke)以(yi)了(le)。另(ling)外(wai)，由(you)於(yu)工(gong)控(kong)機(ji)2發往工控機1的通信電路與圖5對稱，因此也沒有畫出。

需要再次提醒的是通信接口的+5V供電要使用獨立電源，即一定要與工控機電源隔離。而且G1、G2、G3三個地線也要各自自成體係
，不可混接。

4通信電纜的選用和終端匹配

RS422A的通信電纜最好選用具有屏蔽層的雙絞線
，可以提高抗電場和磁場幹擾的能力，同時也很經濟。在圖2中
，L1
、L2共一絞，L3、L4共另一絞。在圖4中的通信線是兩根，也要用共絞雙絞線。在圖5中通信線L1
、L2共一個絞，電源線L3、L4共另外一個絞。雙絞線的屏蔽層最好單點接地。

雙絞線的終端要連接終端匹配電阻RT，減小網絡的反射，提高抗幹擾能力。終端匹配電阻RT值最好取100～150Ω，連接方法可以按圖2和圖4
，但最好采用平衡匹配法。圖6是平衡匹配電阻的連接方法。圖(a)用於總線型網絡，而圖(b)的發送端串聯電阻匹配法多用於點對點通信。

工(gong)業(ye)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)通(tong)信(xin)抗(kang)幹(gan)擾(rao)技(ji)術(shu)，硬(ying)件(jian)措(cuo)施(shi)是(shi)根(gen)本(ben)。應(ying)當(dang)根(gen)據(ju)工(gong)控(kong)現(xian)場(chang)的(de)具(ju)體(ti)情(qing)況(kuang)組(zu)織(zhi)實(shi)施(shi)。無(wu)論(lun)是(shi)選(xuan)購(gou)現(xian)成(cheng)的(de)產(chan)品(pin)或(huo)者(zhe)對(dui)其(qi)再(zai)進(jin)行(xing)改(gai)造(zao)，都(dou)要(yao)胸(xiong)有(you)成(cheng)竹(zhu)。除(chu)此(ci)之(zhi)外(wai)，還(hai)應(ying)該(gai)采(cai)取(qu)必(bi)要(yao)的(de)軟(ruan)件(jian)抗(kang)幹(gan)擾(rao)措(cuo)施(shi)
，例(li)如(ru)CRC碼校驗算法等作為補充。