電磁干擾對工業(yè)控制系統(tǒng)的影響5500字

1、電磁干擾對工業(yè)控制系統(tǒng)的影響5500字 摘要：就電磁干擾對工業(yè)控制系統(tǒng)的影響從兩個方面進展了簡單的介紹，通過閱讀，對電磁干擾的危害能有一定的理解。消除電磁干擾，維護控制系統(tǒng)的穩(wěn)定。 畢業(yè)關(guān)鍵詞：電磁干擾 變頻器 PLC.隨著信息時代的高速開展，各種高頻的通信設(shè)施不斷出現(xiàn)，互相之間的電磁輻射和電磁干擾影響也日趨嚴重；在國外，已把電磁影響看作一種環(huán)境污染，成立專門的機構(gòu)對電信和電子產(chǎn)品進展管理，制訂電磁輻射限值標準，加以控制。電磁干擾是電子系統(tǒng)輻射的寄生電能，這里的電子系統(tǒng)也包括電纜。這種寄生電能可能在附近的其它電纜或系統(tǒng)上影響其正常工作，降低數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，增加誤碼率，使圖像扭曲變形、控制信號

2、誤動作等；電磁輻射那么涉及控制系統(tǒng)在正常運行情況下信息不被無關(guān)人員竊取的平安問題，或者造成電磁污染。電纜既是電纜干擾的主要發(fā)生器，也是主要的接收器。作為發(fā)生器，它向空間輻射電磁噪聲場；電纜也能敏感地接收從其他鄰近干擾源所發(fā)射的一樣噪聲。為了抑制電纜的電磁干擾必須采取保護措施。對電磁干擾的影響，我從以下二個方面予以簡單介紹。1電磁干擾對變頻器的影響在現(xiàn)代工業(yè)控制系統(tǒng)中，多采用微機或者PLC控制技術(shù)，在系統(tǒng)設(shè)計或者改造過程中，一定要注意變頻器對微機控制板的干擾問題，變頻器受外界干擾來源。在采用變頻器后，產(chǎn)生的傳導和輻射干擾，往往導致控制系統(tǒng)工作異常，因此需要采取下述必要措施。1 良好的接地。電機等

3、強電控制系統(tǒng)的接地線必須通過接地匯流排可靠接地，微機控制板的屏蔽地，應(yīng)單獨接地。對于某些干擾嚴重的場合，建議將傳感器、I/0接口屏蔽層與控制板的控制地相連。2 給微機控制板輸入電源加裝EMI濾波器、共模電感、高頻磁環(huán)等，可以有效抑制傳導干擾。另外，在輻射干擾嚴重的場合，如周圍存在GSM、或者小靈通基站時，可以對微機控制板添加金屬網(wǎng)狀屏蔽罩進展屏蔽處理。3 給變頻器輸入端加裝EMI濾波器，可以有效抑制變頻器對電網(wǎng)的傳導干擾，加裝輸入交流和直流電抗器，可以進步功率因數(shù)，減小諧波污染，綜合效果好。在某些電機與變頻器之間間隔 超過100 m的場合，需要在變頻器側(cè)添加交流輸出電抗器，解決因為輸出導線對地

4、分布參數(shù)造成的漏電流保護和減少對外部的輻射干擾。一個行之有效的方法就是采用鋼管穿線或者屏蔽電纜的方法，并將鋼管外殼或者電纜屏蔽層與大地可靠連接。值得注意的是在不添加交流輸出電抗器時，假如采用鋼管穿線或者屏蔽電纜的方法，增大了輸出對地的分布電容，容易出現(xiàn)過流。當然在實際應(yīng)用中一般采取其中的一種或者幾種方法。4 對模擬傳感器檢測輸入和模擬控制信號進展電氣屏蔽和隔離。在變頻器組成的控制系統(tǒng)設(shè)計過程中，建議盡量不要采用模擬控制，特別是控制間隔 大于1m，跨控制柜安裝的情況下。因為變頻器一般都有多段速設(shè)定、開關(guān)頻率量輸入輸出，可以滿足要求。假如非要用模擬量控制時，建議一定采用屏蔽電纜，并在傳感器側(cè)或者變

5、頻器側(cè)實現(xiàn)遠端一點接地。假如干擾仍舊嚴重，需要實現(xiàn)DC/DC隔離措施?？梢圆捎脴藴实腄C/DC模塊，或者采用對v/f轉(zhuǎn)換光隔離，再采用頻率設(shè)定輸入的方法。2電磁干擾對PLC的影響影響PLC控制系統(tǒng)的干擾源與一般影響工業(yè)控制設(shè)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，這些電荷劇烈挪動的部位就是干擾源。2.1電磁干擾的主要來源1來自空間的輻射干擾?？臻g輻射電磁場EMI主要是由電力網(wǎng)絡(luò)、電氣設(shè)備的暫態(tài)過程、雷電、無線電播送、電視、雷達、高頻感應(yīng)加熱設(shè)備等產(chǎn)生的，通常稱為輻射干擾，其分布極為復雜。假設(shè)PLC系統(tǒng)置于其射頻場內(nèi)，就會受到輻射干擾，其影響主要通過兩條途徑：一是直接對PLC內(nèi)部的輻

6、射，由電路感應(yīng)產(chǎn)生干擾；二是對PLC通信網(wǎng)絡(luò)的輻射，由通信線路感應(yīng)引入干擾。輻射干擾與現(xiàn)場設(shè)備布置及設(shè)備所產(chǎn)生的電磁場大小特別是頻率有關(guān)，一般通過設(shè)置屏蔽電纜和PLC部分屏蔽及高壓泄放元件進展保護2來自系統(tǒng)外引線的干擾。主要通過電源和信號線引入，通常稱為傳導干擾。這種干擾在我國工業(yè)現(xiàn)場較為嚴重，主要有下面三類：第一類是來自電源的干擾。理論證明，因電源引入的干擾造成PLC控制系統(tǒng)故障的情況很多，？PLC系統(tǒng)的正常供電電源均由電網(wǎng)供電，由于電網(wǎng)覆蓋范圍廣，它將受到所有空間電磁干擾而在線路上感應(yīng)電壓和電流，尤其是電網(wǎng)內(nèi)部的變化、開關(guān)操作浪涌、大型電力設(shè)備起停、交直流傳動裝置引起的諧波、電網(wǎng)短路暫態(tài)沖

7、擊等，都通過輸電線路傳到電源原邊。PLC電源通常采用隔離電源，但因其機構(gòu)及制造工藝等因素使其隔離性并不理想。實際上，由于分布參數(shù)特別是分布電容的存在，絕對隔離是不可能的。第二類是來自信號線引入的干擾。與PLC控制系統(tǒng)連接的各類信號傳輸線，除了傳輸有效的各類信息之外，總會有外部干擾信號侵入。此干擾主要有兩種途徑：一是通過變送器供電電源或共用信號儀表的供電電源串入的電網(wǎng)干擾，這往往被無視；二是信號線受空間電磁輻射感應(yīng)的干擾，即信號線上的外部感應(yīng)干擾，這種往往非常嚴重。由信號引入的干擾會引起I/O信號工作異常和測量精度大大降低，嚴重時將引起元器件損傷。對于隔離性能差的系統(tǒng)，還將導致信號間互相干擾，引

8、起共地系統(tǒng)總線回流，造成邏輯數(shù)據(jù)變化、誤動和死機。PLC控制系統(tǒng)因信號引入干擾造成I/O模件損壞數(shù)相當嚴重，由此引起系統(tǒng)故障的情況也很多。第三類是來自接地系統(tǒng)混亂的干擾。接地是進步電子設(shè)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(shè)備向外發(fā)出干擾；而錯誤的接地反而會引入嚴重的干擾信號，使PLC系統(tǒng)無法正常工作。PLC控制系統(tǒng)的地線包括系統(tǒng)地、屏蔽地、交流地和保護地等，接地系統(tǒng)混亂對PLC系統(tǒng)的干擾主要是各個接地點電位分布不均，不同接地點間存在地電位差，引起地環(huán)路電流，影響系統(tǒng)正常工作。例如電纜屏蔽層必須一點接地，假如電纜屏蔽層兩端A、B都接地，就存在地電位差，有

9、電流流過屏蔽層。當發(fā)生異常狀態(tài)如雷擊時，地線電流將更大。 此外，屏蔽層、接地線和大地可能構(gòu)成閉合環(huán)路，在變化磁場的作用下，屏蔽層內(nèi)會出現(xiàn)感應(yīng)電流，通過屏蔽層與芯線之間的耦合，干擾信號回路。假設(shè)系統(tǒng)地與其它接地處理混亂，所產(chǎn)生的地環(huán)流就可能在地線上產(chǎn)生不等電位分布，影響PLC內(nèi)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(shù)據(jù)存貯，造成數(shù)據(jù)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作。3來自PLC系統(tǒng)內(nèi)部的干擾。主要由系統(tǒng)內(nèi)部元器件及電路間的互相電磁輻射產(chǎn)生，如邏輯電路互相輻射、模擬地與

10、邏輯地的互相影響及元器件間的互相不匹配使用等。這都屬于PLC制造廠家對系統(tǒng)內(nèi)部進展電磁兼容設(shè)計的內(nèi)容，比擬復雜，作為應(yīng)用部門無法改變，可不必過多考慮，但要選擇具有較多應(yīng)用實績或經(jīng)過考驗的系統(tǒng)。3抗干擾設(shè)計為了保證系統(tǒng)在工業(yè)電磁環(huán)境中免受或減少內(nèi)外電磁干擾，必須從設(shè)計階段開場便采取三個方面抑制措施：抑制干擾源、切斷或衰減電磁干擾的傳播途徑、進步裝置和系統(tǒng)的抗干擾才能。這三點就是抑制電磁干擾的根本原那么。PLC控制系統(tǒng)的抗干擾是一個系統(tǒng)工程，要求制造單位設(shè)計消費出具有較強抗干擾才能的產(chǎn)品，且有賴于使用部門在工程設(shè)計、安裝施工和運行維護中予以全面考慮，并結(jié)合詳細情況進展綜合設(shè)計，才能保證系統(tǒng)的電磁兼

11、容性和運行可靠性。進展詳細工程的抗干擾設(shè)計時，應(yīng)主要注意以下兩個方面。3.1設(shè)備選型在選擇設(shè)備時，首先要選擇有較高抗干擾才能的產(chǎn)品，其包括了電磁兼容性，尤其是抗外部干擾才能，如采用浮地技術(shù)、隔離性能好的PLC系統(tǒng)；其次還應(yīng)理解消費廠家給出的抗干擾指標，如共模抑制比、差模抑制比、耐壓才能、允許在多大電場強度和多高頻率的磁場強度環(huán)境中工作等；另外是靠考察其在類似工作中的應(yīng)用實績。在選擇國外進口產(chǎn)品要注意，我國是采用220V高內(nèi)阻電網(wǎng)制式，而歐美地區(qū)是110V低內(nèi)阻電網(wǎng)。由于我國電網(wǎng)內(nèi)阻大，零點電位漂移大，地電位變化大，工業(yè)企業(yè)現(xiàn)場的電磁干擾至少要比歐美地區(qū)高4倍以上，對系統(tǒng)抗干擾性能要求更高。在國

12、外能正常工作的PLC產(chǎn)品在國內(nèi)工業(yè)就不一定能可靠運行，這就要在采用國外產(chǎn)品時，按我國的標準GB/T13926合理選擇。3.2綜合抗干擾設(shè)計主要考慮來自系統(tǒng)外部的幾種抑制措施，內(nèi)容包括：對PLC系統(tǒng)及外引線進展屏蔽以防空間輻射電磁干擾；對外引線進展隔離、濾波，特別是動力電纜應(yīng)分層布置，以防通過外引線引入傳導電磁干擾；正確設(shè)計接地點和接地裝置，完善接地系統(tǒng)。另外還必須利用軟件手段，進一步進步系統(tǒng)的平安可靠性。4主要抗干擾措施4.1采用性能優(yōu)良的電源，抑制電網(wǎng)引入的干擾在PLC控制系統(tǒng)中，電源占有極重要的地位。電網(wǎng)干擾串入PLC控制系統(tǒng)主要通過PLC系統(tǒng)的供電電源如CPU電源、I/O電源等、變送器供

13、電電源和與PLC系統(tǒng)具有直接電氣連接的儀表供電電源等耦合進入的。如今對于PLC系統(tǒng)供電的電源，一般都采用隔離性能較好的電源，而對于變送器供電電源以及和PLC系統(tǒng)有直接電氣連接的儀表供電電源，并沒受到足夠的重視。雖然采取了一定的隔離措施，但普遍還不夠，主要是使用的隔離變壓器分布參數(shù)大，抑制干擾才能差，經(jīng)電源耦合而串入共模干擾、差模干擾。所以對于變送器和共用信號儀表供電應(yīng)選擇分布電容小、抑制帶大如采用屢次隔離和屏蔽及漏感技術(shù)的配電器，以減少PLC系統(tǒng)的干擾。此外，為保證電網(wǎng)饋電不中斷，可采用在線式不連續(xù)供電電源UPS供電，進步供電的平安可靠性。而且UPS還具有較強的干擾隔離性能，是一種PLC控制系

14、統(tǒng)的理想電源。4.2正確選擇電纜的和施行敷設(shè)為了減少動力電纜尤其是變頻裝置饋電電纜的輻射電磁干擾，筆者在維修中曾采用了銅帶鎧裝屏蔽電力電纜，降低了動力線產(chǎn)生的電磁干擾，獲得了滿意的效果。不同類型的信號分別由不同電纜傳輸，信號？電纜應(yīng)按傳輸信號種類分層敷設(shè)，嚴禁用同一電纜的不同導線同時傳送動力電源和信號，防止信號線與動力電纜靠近平行敷設(shè)，以減少電磁干擾。4.3硬件濾涉及軟件抗干擾措施信號在接入計算機前，在信號線與地間并接電容，以減少共模干擾；在信號兩極間加裝濾波器可減少差模干擾。由于電磁干擾的復雜性，要根本消除干擾影響是不可能的，因此在PLC控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計和組態(tài)時，還應(yīng)在軟件方面進展抗干擾處

15、理，進一步進步系統(tǒng)的可靠性。常用的一些進步軟件構(gòu)造可靠性的措施包括：數(shù)字濾波和工頻整形采樣，可有效消除周期性干擾；定時校正參考點電位，并采用動態(tài)零點，可防止電位漂移；采用信息冗余技術(shù)，設(shè)計相應(yīng)的軟件標志位；采用間接跳轉(zhuǎn)，設(shè)置軟件保護等。4.4正確選擇接地點，完善接地系統(tǒng)接地的目的通常有兩個，一為了平安，二是為了抑制干擾。完善的接地系統(tǒng)是PLC控制系統(tǒng)抗電磁干擾的重要措施之一。系統(tǒng)接地有浮地、直接接地和電容接地三種方式。對PLC控制系統(tǒng)而言，它屬高速低電平控制裝置，應(yīng)采用直接接地方式。由于信號電纜分布電容和輸入裝置濾波等的影響，裝置之間的信號交換頻率一般都低于1MHz，所以PLC控制系統(tǒng)接地線采

16、用一點接地和串聯(lián)一點接地方式。集中布置的PLC系統(tǒng)適于并聯(lián)一點接地方式，各裝置的柜體中心接地點以單獨的接地線引向接地極。假如裝置間距較大，應(yīng)采用串聯(lián)一點接地方式，用一根大截面銅母線或絕緣電纜連接各裝置的柜體中心接地點，然后將接地母線直接連接接地極。接地線采用截面大于22mm2的銅導線，總母線使用截面大于60mm2的銅排。接地極的接地電阻小于2，接地極最好埋在距建筑物10？15m遠處，而且PLC系統(tǒng)接地點必須與強電設(shè)備接地點相距10m以上。信號源接地時，屏蔽層應(yīng)在信號側(cè)接地；不接地時，應(yīng)在PLC側(cè)接地；信號線中間有接頭時，屏蔽層應(yīng)結(jié)實連接并進展絕緣處理，一定要防止多點接地。多個測點信號的屏蔽雙絞線與多芯對絞總屏蔽電纜連接時，各屏蔽層應(yīng)互相連接好，并經(jīng)絕緣處理，選擇適當?shù)慕拥靥巻吸c接地。PLC控制系統(tǒng)的干擾是一個非常復雜的問題，因此在抗干擾設(shè)計中應(yīng)綜合考慮各方面的因素，合理有效地抑制干擾，對有些干擾情況還需做詳細分析，采取對癥下藥的方法，才可以使PLC控制系統(tǒng)正常工作，保證工業(yè)設(shè)備平安高效運行。電磁干擾無處不在，只是程度不同，不可能將干擾信號完全消除。工業(yè)現(xiàn)場抗干擾目的是設(shè)法使電子設(shè)備遭受電磁干擾的程度減至能使設(shè)備可靠正常運行的程度。如文