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              文章詳情

              現場(chǎng)儀表信號干擾如何處理

              日期:2024-07-10 13:00
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              摘要:

              現場(chǎng)儀表信號干擾如何處理

              1 . 概述 
              隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,PLC在工業(yè)控制中的應用越來(lái)越廣泛。PLC控制系統的可靠性直接影響到工業(yè)企業(yè)的**生產(chǎn)和經(jīng)濟運行,系統的抗干擾能力是關(guān)系到整個(gè)系統可靠運行的關(guān)鍵。自動(dòng)化系統中所使用的各種類(lèi)型PLC,有的是集中安裝在控制室,有的是安裝在生產(chǎn)現場(chǎng)和各種電機設備上,它們大多處在強電電路和強電設備所形成的惡劣電磁環(huán)境中。要提高PLC控制系統可靠性,設計人員只有預先了解各種干擾才能有效保證系統可靠運行。

              2. 
              電磁干擾源及對系統的干擾
              影響PLC控制系統的干擾源于一般影響工業(yè)控制設備的干擾源一樣,大都產(chǎn)生在電流或電壓劇烈變化的部位,這些電荷劇烈移動(dòng)的部位就是噪聲源,即干擾源。

              干擾類(lèi)型通常按干擾產(chǎn)生的原因、噪聲的干擾模式和噪聲的波形性質(zhì)的不同劃分。其中:按噪聲產(chǎn)生的原因不同,分為放電噪聲、浪涌噪聲、高頻振蕩噪聲等;按噪聲的波形、性質(zhì)不同,分為持續噪聲、偶發(fā)噪聲等;按聲音干擾模式不同,分為共模干擾和差模干擾。共模干擾和差模干擾是一種比較常用的分類(lèi)方法。共模干擾是信號對地面的電位差,主要由電網(wǎng)串入、地電位差及空間電磁輻射在信號線(xiàn)上感應的共態(tài)(同方向)電壓送加所形成。共模電壓有時(shí)較大,特別是采用隔離性能差的電器供電室,變送器輸出信號的共模電壓普遍較高,有的可高達130V 以上。共模電壓通過(guò)不對稱(chēng)電路可轉換成差模電壓,直接影響測控信號,造成元器件損壞(這就是一些系統I/O 模件損壞率較高的原因),這種共模干擾可為直流、亦可為交流。差模干擾是指用于信號兩極間得干擾電壓,主要由空間電磁場(chǎng)在信號間耦合感應及由不平衡電路轉換共模干擾所形成的電壓,這種讓直接疊加在信號上,直接影響測量與控制精度。 

              3. PLC 
              控制系統中電磁干擾的主要來(lái)源有哪些呢?
              (1) 
              來(lái)自空間的輻射干擾
              空間的輻射電磁場(chǎng)(EMI)主要是由電力網(wǎng)絡(luò )、電氣設備的暫態(tài)過(guò)程、雷電、無(wú)線(xiàn)電廣播、電視、雷達、高頻感應加熱設備等產(chǎn)生的,通常稱(chēng)為輻射干擾,其分布極為復雜。若PLC 系統置于所射頻場(chǎng)內,就回收到輻射干擾,其影響主要通過(guò)兩條路徑;一是直接對PLC 內部的輻射,由電路感應產(chǎn)生干擾;而是對PLC 通信內網(wǎng)絡(luò )的輻射,由通信線(xiàn)路的感應引入干擾。輻射干擾與現場(chǎng)設備布置及設備所產(chǎn)生的電磁場(chǎng)大小,特別是頻率有關(guān),一般通過(guò)設置屏蔽電纜和PLC 局部屏蔽及高壓泄放元件進(jìn)行保護。
              (2) 
              來(lái)自系統外引線(xiàn)的干擾
              主要通過(guò)電源和信號線(xiàn)引入,通常稱(chēng)為傳導干擾。這種干擾在我國工業(yè)現場(chǎng)較嚴重。
              (3)
              來(lái)自電源的干擾
              實(shí)踐證明,因電源引入的干擾造成PLC 控制系統故障的情況很多,筆者在某工程調試中遇到過(guò),后更換隔離性能更高的PLC 電源,問(wèn)題才得到解決。
              PLC 
              系統的正常供電電源均由電網(wǎng)供電。由于電網(wǎng)覆蓋范圍廣,
              將受到所有空間電磁干擾而在線(xiàn)路上感應電壓和電路。尤其是電網(wǎng)內部的變化,開(kāi)關(guān)操作浪涌、大型電力設備起停、交直流轉動(dòng)裝置引起的諧波、電網(wǎng)短路暫態(tài)沖擊等,都通過(guò)輸電線(xiàn)路到電源邊。PLC 電源通常采用隔離電源,但其機構及制造工藝因素使其隔離性并不理想。實(shí)際上,由于分布參數特別是分布電容的存在,**隔離是不可能的。
              (4 ) 
              來(lái)自信號線(xiàn)引入的干擾
              PLC 控制系統連接的各類(lèi)信號傳輸線(xiàn),除了傳輸有效的各類(lèi)信號之外,總會(huì )有外部干擾信號侵入。此干擾主要有兩種途徑:一是通過(guò)變送器或共用信號儀表的供電電源串入的電網(wǎng)干擾,這往往被忽略;二是信號線(xiàn)受空間電磁輻射感應的干擾,即信號線(xiàn)上的外部感應干擾,這是很?chē)乐氐?。由信號引入干擾會(huì )引起I/O信號工作異常和測量精度大大降低,嚴重時(shí)將引起元器件損傷。對于隔離性能差的系統,還將導致信號間互相干擾,引起共地系統總線(xiàn)回流,造成邏輯數據變化、誤動(dòng)和死機。PLC 控制系統因信號引入干擾造成I/O模件損壞數相當嚴重,由此引起系統故障的情況也很多。
              5)來(lái)自接地系統混亂時(shí)的干擾
              接地是提高電子設備電磁兼容性(EMC)的有效手段之一。正確的接地,既能抑制電磁干擾的影響,又能抑制設備向外發(fā)出干擾;而錯誤的接地,反而會(huì )引入嚴重的干擾信號,使PLC 系統將無(wú)法正常工作。PLC 控制系統的地線(xiàn)包括系統地、屏蔽地、交流地和保護地等。接地系統混亂對 PLC 系統的干擾主要是各個(gè)接地點(diǎn)電位分布不均,不同接地點(diǎn)間存在地電位差,引起地環(huán)路電流,影響系統正常工作。例如電纜屏蔽層必須一點(diǎn)接地,如果電纜屏蔽層兩端A、B都接地,就存在地電位差,有電流流過(guò)屏蔽層,當發(fā)生異常狀態(tài)加雷擊時(shí),地線(xiàn)電流將更大。
              此外,屏蔽層、接地線(xiàn)和大地有可能構成閉合環(huán)路,在變化磁場(chǎng)的作用下,屏蔽層內有會(huì )出現感應電流,通過(guò)屏蔽層與芯線(xiàn)之間的耦合,干擾信號回路。若系統地與其它接地處理混亂,所產(chǎn)生的地環(huán)流可能在地線(xiàn)上產(chǎn)生不等電位分布,影響PLC 內邏輯電路和模擬電路的正常工作。PLC 工作的邏輯電壓干擾容限較低,邏輯地電位的分布干擾容易影響PLC 的邏輯運算和數據存儲,造成數據混亂、程序跑飛或死機。模擬地電位的分布將導致測量精度下降,引起對信號測控的嚴重失真和誤動(dòng)作。
              6)來(lái)自PLC 系統內部的干擾
              主要由系統內部元器件及電路間的相互電磁輻射產(chǎn)生,如邏輯電路
              互輻射及其對模擬電路的影響,模擬地與邏輯地的相互影響及元器件間的相互不匹配使用等。這都屬于PLC 制造廠(chǎng)對系統內部進(jìn)行電磁兼容設計的內容,比較復雜,作為應用部門(mén)是無(wú)法改變,可不必過(guò)多考慮,但要選擇具有較多應用實(shí)績(jì)或經(jīng)過(guò)考驗的系統。

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              、系統受干擾時(shí),常會(huì )遇到以下幾種主要干擾現象:
              1)系統發(fā)指令時(shí),電機無(wú)規則地轉動(dòng);
              2)信號等于零時(shí),數字顯示表數值亂跳;
              (3) 
              傳感器工作時(shí),PLC采集過(guò)來(lái)的信號與實(shí)際參數所對應的信號值不吻合,且誤差值是隨機的、無(wú)規律的;
              (4
              )與交流伺服系統共用同一電源(如顯示器等)工作不正常。

              5
              .怎樣才能更好、更簡(jiǎn)單解決PLC系統干擾?
              1
              )理想狀態(tài)下是選用隔離性能較好的設備、選用優(yōu)良的電源、動(dòng)力線(xiàn)和信號線(xiàn)走線(xiàn)要更加合理等等,但是需要不同設備廠(chǎng)商共同協(xié)商完成,很難做到,而且成本較高。
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              )利用模擬信號隔離器,有稱(chēng)作信號變送器、屬于信號調理的范
              疇。其主要起抗干擾作用。真因為它有特強的抗干擾能力所以在自動(dòng)化控制系統中應用非常廣泛。尤其對于復雜的工業(yè)現場(chǎng),控制程序越來(lái)越復雜,所以對工業(yè)標準遠傳模擬量信號DC 4-20mA通過(guò)信號隔離器使輸出模擬信號與系統完全隔離,的確是當今自動(dòng)化控制系統中抗干擾的有效措施之一。

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              .為什么解決PLC系統干擾優(yōu)選信號隔離器呢?
              1
              )使用簡(jiǎn)單方便、可靠,成本低廉,可同時(shí)解決多種干擾。
              2
              )可大量減輕設計人員、系統調試人員工作量,即使復雜的系統在普通的設計人員手里,也會(huì )變的非常簡(jiǎn)單可靠。

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              .信號隔離器工作原理是什么? 
              首先將PLC接收的信號,通過(guò)半導體器件調制變換,然后通過(guò)
              光感或磁感器件進(jìn)行隔離轉換,然后再進(jìn)行解調變換回隔離前原信號或不同信號,同時(shí)對隔離后信號的供電電源進(jìn)行隔離處理。保證變換后的信號、電源、地之間**獨立。 

              7. 
              現在市場(chǎng)有那么多品牌的隔離器,價(jià)格參差不齊,該怎么選擇呢? 
              隔離器位于二個(gè)系統通道之間,所以選擇隔離器首先要確定輸入輸出功能,同時(shí)要使隔離器輸入輸出模式(電壓型、電流型、環(huán)路供電型等)適應前后端通道接口模式。此外尚有精度﹑功耗﹑噪音﹑絕緣強度﹑總線(xiàn)通訊功能等許多重要參數涉及產(chǎn)品性能,例如:噪音與精度有關(guān)、功耗熱量與可靠性有關(guān),這些需要使用者慎選??傊?,適用、可靠、產(chǎn)品性?xún)r(jià)比是選擇隔離器的主要原則。

               


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