变频器基于RS-485总线通信采用星型拓扑结构
概述 系统描述 解决方案 连接示意图 适用产品型号

变频器是应用微电子技术以及变频技术,依靠内部IGBT的开断调整输出电源的电压和频率,依照电机的实际需要改变交流电机的工作电压的幅度以及频率,来平滑控制交流电动机的转矩以及速度,从而达到调速节能的目的。变频器一般都是由工控机或者PLC对其实施控制,较早期的都是采用4~20mA电流或者0~10V电压等模拟量信号来控制变频器的动作,由于模拟量信号传输易受干扰且传输距离较短,采用模拟量信号的一般多用于变频器较为集中的场合,当所要控制的电机相对较为分散的时候,一般都是采用RS-485总线作为通信手段。

系统描述

RS-485总线由于采用差分平衡传输模式,其传输距离远,抗共模干扰能力强,广泛的应用于工业控制网络数据通信。现在的PLC以及变频器大多已经具备了RS-485接口,但是变频器的启停以及电源线产生高频切换的信号,会造成电磁干扰使得RS-485通信出现不稳定的情况,并且由于变频器相互之间较为分散,采用手牵手的拓扑结构使得整个485总线的长度大大增加,使得整条总线更加容易被干扰。特别是当多个变频器的RS-485接口连接在同一条485总线上时,相互之间的电磁干扰甚至会叠加。针对变频器较为分散以及相互之间会互为干扰的特点,在此利用485集线器将485总线布线为星型拓扑结构能够有效解决工业控制现场的电磁干扰问题。

解决方案

某工厂自动化控制系统,利用PLC对变频器进行控制,再通过变频器控制电机的运转,以达到节能环保的作用。最开始是PLC通过A/D转换器利用4~20mA模拟量电流信号对变频器进行控制,后来由于工厂生产线扩建,随着生产线上电机数量的增多,使得PLC需要控制的变频器数量随之增多,并且由于生产线分布范围更加广泛,使得电机以及变频器相对也更加分散,采用原有的PLC利用模拟量控制各个变频器的方法已经不能适应现场情况,遂决定在PLC上增加485通讯模块,通过RS-485总线对变频器进行控制。

最开始工厂遵循RS-485总线的布线规范,采用手牵手的菊花链总线式拓扑结构方式布线,但是在实际使用过程中,发现485通信经常出现乱码,通信失败甚至通信中断的情况,最为严重的是,偶尔会出现烧毁变频器以及PLC的485接口的情况。一般来说,只有当485总线上的共模电压超过-7V或者+12V的情况下,才有可能导致485接口上的芯片出现烧毁的情况。工厂方通过各方面的观察发现,由于变频器的启停或者做相关动作的时候,就可能会导致485通信出现不稳定的情况,特别是当联网的变频器越多的情况下,其通信的波动情况就越大,最后甚至会导致485接口芯片被共模电压给烧毁。

工厂方技术通过查找技术资料以及各方沟通,发现485总线通信出现该问题的原因:由于连接的变频器较多且相互之间的距离较远,而变频器和PLC采用的输入电源各不相同,而所处位置由于不同的大型电机的存在,使得各个设备的地电位相互不一致。使得RS-485总线上的共模干扰比较厉害,多个设备通过RS-485总线联网的情况下,问题更加严重。还有就是采用菊花链总线式拓扑结构布线方式,使得RS-485总线的布线需要经过大型电机附近,而变频器控制大型电机的启停运转,使得现场环境的电磁干扰更加厉害,使得485通信更趋不稳定。

工厂通过与深圳市鼎信鸿达科技有限公司进行沟通,决定利用该公司的N-1204型485集线器来解决该问题。利用集线器将工厂的大型485总线分割为多个小型的485总线,从而形成星型拓扑结构布线方式,使得485总线的布线直接与集线器连接,通过其与PLC连接,从而使得485总线布线能够远离大型电机,有效的降低了电机对485总线的电磁干扰。每条总线上只是挂接一台变频器,而各个RS-485总线之间采用光电隔离信号进行隔离,电源也采用DC/DC隔离模块进行隔离,从而使得各个485接口的没有任何物理上的连接,使得各个设备之间地电位即使不一致也不会形成共模干扰,同样的道理,由于各个485接口相互隔离,变频器以及电机的启停对485总线通信的干扰从而也降到了最低,基本上不会影响数据通信的质量。

连接示意图
变频器基于RS-485总线通信采用星型拓扑结构
适用产品型号
485集线器  
N-1204型485集线器  

 

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