石油套管生产车间的数据通信抗干扰设计.pdf

第 6期 总第 1 5 7期 2 0 0 9年 1 2月 机 械 工 程 与自 动 化 MEC HANI CAL ENGI NEER 1 NG ＆ AUT0MATI ON N o ．6 De c ． 文章 编 号 1 6 7 2 6 4 1 3 2 0 0 9 0 6 0 1 8 5 0 2 石油套管生产车间的数据通信抗干扰设计 陈 巍 ，杨 林 ，杨 华 庆。 1 ．沈 阳工业大学 机械工程学院，辽宁 沈 阳 1 1 0 1 7 8 ；2 ．青海油田机械厂，甘肃 敦煌 7 3 6 2 0 0 摘要 测长称重机和喷码机用于钢管 自动生产线上 ， 两个设备与工控机之阃的通信易受干扰 。 通过对干扰源的 分析 ．从硬件和软件两方面进行抗干扰处理 ，成功地克服 了干扰，使数据传输稳定，提高了系统 的可靠性 。 关键词 抗 干扰 ；通信 ；可靠性 中图分类号 T N9 7 3 ． 3 文献标识码 B 0 引 言 在钢管生产线上需要一台测长称重机来采集管体 长度 数据和重量 数据并发送 给喷码机 ，实现喷 印码 动 态变化。 测长称重机的测长系统和称重系统工作稳定 ， 因此 P I C与工控机 、 工控机 与喷码机之 间的通信质 量 将影 响系统工作 的可靠性 。而车间 内往 往存 在各种 电 磁干扰 ， 严重影 响到了测长称重 机系统 的网络通信 ， 造 成通 信失败 ，错 喷 、漏喷钢 管数据 。本 文着 重介绍 如 何 通过 硬件 和软件 措施 来克 服 R S 2 3 2 ／ R S 4 8 5网络 的 通信 干扰问题 。 1 车间干扰源 经测试我们发 现在青海 油田机械厂 的石 油套管生 产车 间中存在 以下 一些干扰源 1 钢管传动系统大量使用变频器，其高次谐波 电流对 负载直接 干扰 ] 另外 高次谐波 电流还通 过 电 缆 向空 间辐射 ，产 生大量 的高 频电磁波 ，污染 整个车 间，并 且高次谐波还 污染工频 电网 。 2 变压器 、电动机控制 中心、电力 电缆 和动力 设备均为工频，频率较低，干扰一般发生在近场。近 场中随着干扰源的特性不同，电场分量和磁场分量有 很大差别 。当动力设备 启动时 。瞬间电流能够 达到额 定电流的6 倍～1 o倍， 会产生大电流冲击的暂态干扰。 3 若 工频 电源波 形畸变 和高次谐波未加 隔离或 滤波 ，电源 于扰便会通 过向生产线控 制系统供 电而进 入控制 系统 ，影响现场 总线的信号 。 4 导线 接触不 良产生的火花 、电弧等 。 5 三相供电不平衡产生的地电流、屏蔽层不共 地 产生 的接地 环流 。 2 硬件设计 2 ． 1 通信 网络 组成 根据车间 规划 ，测长称重 机和 主控制 室工控机 的 距离超 过 5 0 m。主 控制 室 和 喷码 机 的距 离 同样超 过 5 0 r l l ， 由于 R S 2 3 2的理论 传输距离 为1 3 r n ， 不能满 足 要 求 ． 所 以在 长距离上 ， 需要把数 据再次转换 成 R S 4 8 5 进行 通信 ，其理 论通信距 离可达1 3 0 0 m_ 2 j 。 测长称重～喷码通信系统构成见图 1 。 图 l 测 长 称 重一 喷码 通 信 系统 构 成 在系统获取 钢管 的长度 和重量 后 。P I c用 R S指 令通 过其 R S 2 3 2通信端 口发 出数据，经 AD AM～ 4 5 2 0模 块 将 数据 从 R S 2 3 2转换 成 R S 4 8 5进 行 传输 。 主控 室 的工 控机经 R S 4 8 5转 US B模块 处理后 收 到数 据 ，将 数据进行处 理 ，包括 转换成 和喷码 机 匹配的格 式 、存档 、输 出至显示器 等 ，再通 过 R S 2 3 2 转 RS 4 8 5 模 块 把 数 据 发送 至喷 码 机 ，喷码 机 再 通 过 一 个 AD AM一4 5 2 0的数据转换后接收到数据[ 3 ] 。 2 ． 2接 地 处 理 P I C和工控机 、工控机 和喷码机 之间分别需要 一 条约5 0 m的双 芯 4 8 5屏蔽线 ，该 4 8 5总线 必须要单 点 可靠接地 。 因为将其 接地是要 将地线 一 般都是屏蔽 线 作地线 上的 电压保 持一致 ， 以防止共模干扰 ， 如果 多 点接地则适 得其反 。可靠接地 时整个 4 8 5线路 的地 线 必须要有 良好的接 触 ，从而保证 电压 一致 。 2 ． 3 屏 蔽措施 在车间布置中，屏蔽线和电机线使用的是同一地 沟 ，使通信过程易受由导线传输的传导干扰和通过空 间以辐射形式传输的辐射干扰。实际现象多是把数据 干扰掉或者在传送数据的前面或者后面加上一些高电 位 数据 。因此 ，将 4 8 5屏蔽线外 包一层普 通 的镀锌 管 会起到更好地屏蔽干扰的效果 ，使干扰降到最低。 收稿只期 ；2 0 0 9 0 2 2 4 ；修回 lj期2 0 0 9 、 0 6 2 1 作者简介 陈巍 1 9 8 1 ． 男 ， 辽宁沈阳人． 在读硕士研究生． 主要从事工业 自动化方面的研究 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 8 6 机 械 工 程 与自 动 化 2 0 0 9年第 6 期 然 而 ，有些 车问 的干扰特别 严重 ，不仅会 发生上 述 干扰现象 ，还会 在发送 数据 的 中间加 上高 电位 ，即 使使用软件也很难过滤掉干扰 ，因此要求不仅要在屏 蔽线外加镀锌管 ，还要将屏蔽线从地沟中取出来，独 立 布线 ，尽 量离开 干扰 源一定 距离 。 3软件 设计 以上通信网络组成后 ，在数据通信时仍然会产生 一 定的通信干扰 ， 尤其是变频器的谐波干扰。 因此， 我 们采用了在主控制室工控机上的 “ 测长称重数据处理 程序” 来处 理剩下 的干扰 问题 。 该 程序使用 VB Vi s u a l B a s i c 开发 ，程序 中应 用 了微 软公 司提供 的 Ms c o mm 控 件接受 发送 数据- 5 ] 。 由于变频器频繁启停，而又以其启动时的干扰最 大，故可以将其看作是间歇性的瞬时干扰 ，因此 ，应 用软件滤波中的算术平均滤波法和消抖滤波法的思 想 ，通 过数据 的多 次发送 、对 数据标 志位 的判 断以及 充分利用 P I c、喷码机的握手信号 ，用软件实现 了对 干扰的排除。该程序使用了两个端 口， 分别与 P L C和 喷码机通信。程序的结构框图见图 2 。 P I C获 取 钢 管 的长 度 和 重量 数 据 后 向 主控 室 内 的工控 机发送 数据设 置 为多次发 送 ，即 P I C通过 R S 指令每隔2 ． 5 S 向计算机发送一次当前钢管数据， 其中 第 5位是一个 标志位 ，用 于工控 机判断 接收到 的数据 是 否是 已经 处理过 的重 复数据 。 当端 口 1 接收到数据后首先通过数据的首位以及 位数 判断是 否有效 ，如果 是无效 数据 ，即被 干扰 的数 据 ， 则重新初 始化 端 口， 等 待 P I C发送 的下 一个数据 。 如果数据 有效再 判断是 否是重复 数据 ，如果 是重复数 据 。 则工 控机 向 P I C发送 数据 ， 示 意 P I C该数 据是 已 经处理 过的数据 ，P I C收 到该 数据 后停 止 发送 数 据 。 如果工控 机收 到的数据 是新一 根钢 管的数据 ，程序 进 行 数据 处理后 ，通过 端 口 2向喷码 机发送数 据 ，等待 喷码机的返回值 。如果喷码机成功接收到数据则向工 控机发 回一个代 表成 功的返 回值 ，如果工 控机 向喷码 机发送 的数据 被干扰 后喷 码机没 有正常 接收 ，或 者喷 码机 接收到数 据后 向工控 机发 回的返 回值 被干扰 了导 致工 控机没 有收到 正确 的返 回值 ，则工控 机在第 一次 发 送 数据 后 的 1 ． 5 s 后 再 次 向喷 码机 发 送 当前 钢 管数 据 ， 再 次进入 等待返 回值状态 ， 即充分 多次重 复发送 ， 直至接收到喷码机正确的返回值为止 。在接收到喷码 机正确 的返 回值 后 ，程序 打开端 口 1 ，向 P I C发送 数 据 告知 当前 钢管 的数据 已被成 功处理 ，同时把钢管 数 据存入 数据库 。 4结 束语 经过现场调试 ，设备满足设计要求 ，网络通信正 常，P I c能够将数据准确地发送 到主控室的工控机 上，主控室的工控机同样能够将数据准确传送至喷码 机上 。实 际应 用证 明 ，这种 方式 组成 的通 信 系统 性能 稳定 ，结构 简单 ，应 用方便 ，成本 低廉 ，能够满 足通 信要求 ，保 证了 生产线 的生产效 率 。 图 2程序结构框 图 参考文献 [ 1 3 康梅． 变频器使用指南[ M] ． 北京 化学工业出版社 ， 2 0 0 9 ． [ 2 ] 陈在平． 现场总 线及工业控 制网络技术 [ M] ． 北京 电子 工业 出版社 ， 2 0 0 8 ． [ 3 ] 李 全利． 可编 程控 制器 及其 网络 系 统 的综合 应 用技 术 [ M] ． 北京 机械工业 出版社 ， 2 0 0 5 ． [ 4 ] 周志敏 ， 纪爱华． 电磁兼容技术 [ M] ． 北京 电子 工业出版 社 ， 2 0 0 7 ． [ 5 ]明 日科 技 ， 高春 艳 ， 刘 彬彬． Vi s u a l B a s i c控 件参 考 大全 [ M] ． 北京 人民邮电出版社 ， 2 0 0 6 ． An t i - j a mmi n g De s i g n o f Da t a Co mmu n i c a t i o n i n Pr o d u c t i o n Li n e 0 f oi l Pi pe CHEN W e i ，YANG Li n ， YANG Hu a q i ng 1 ． Co l l e g e o f M e c h a n ic a l En g i n e e r i n g，S h e n y a n g Un i v e r s i t y o f Te c hn o l o g y，S h e n y a n g 1 1 0 0 2 3，Ch i n a；2 ． Th e M a c h i n e M a n u f a c t ur i n g Fa c t o r y o f Qing h a i Oi l f i e l d．Du n h u a n g 7 3 6 2 0 0，Ch i n a Ab s t r a ct The me a s ur i n g a nd we i g hi ng ma c hi n e wa s u s e d i n t he p r o duc t i on l i n e o f s t e el pi pe f or a c qui r i n g t h e l e n gt h a nd we i g ht d a t a a n d s e n d i n g t h e d a t a t O t h e c o mp u t e r ． Th e c o mmu n i c a t i o n a mo n g t h e P LC， c o mp u t e r a n d p e r i p h e r a l d e v i c e s wa s f r e q u e n t l y j a mme d ． The pa pe r a n al ys e d t h e pr i ma r y i nt e r f e r e nc e s ou r c e s a nd pr op os e d t he c oun t e r me a s u r e s ． The i nt e r f e r e n c e wa s ov e r c ome s uc c e s s f ul l y，a n d t he s y s t e m r e l i a bi l i t y wa s i mpr ov e d． Ke y wo r d s a n t i j a mmi n g；c o mmu n i c a t i o n；r e l i a b i l i t y 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m