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工业自动化控制系统的抗干扰
日期:2018-03-05 10:16:59 | 编辑:工业自动化系统的抗干扰

   在工业生产中会应用大量的控制设备及电路系统,这样就会形成较为复杂的电磁环境,使正常的工作信号受到干扰,导致工作信息收集缺乏精准性、数据采集偏大等问题。为了提升系统的整体稳定性,有必要探究提升设备的整体性能的有效手段,进而为工业生产的顺利进行奠定基础。

   常见干扰源

   根据不同的标准类型可以划分不同的干扰源,在一般状况之下,可以分为自然干扰源及技术性干扰源两种类型。而综合频率可以分为宽频、窄频、导体、电源、辐射及有序、无序等不同类型的干扰源。在工业生产中,主要产生的干扰源有变频器及雷电干扰、线路干扰等。变频器干扰主是受到空间及线路电磁辐射影响而产生的。

    受到雷电、电路及高频感应装置等相关空间设备的影响产生的空间辐射问题,主要是通过切断电流的方式降低电磁感造成的干扰。可以通过科学规划线路、合理装设防雷装置等进行预防,避免辐射干扰对工业自动化设备的影响。

   传导性干扰多数为电源线干扰,出现此种问题主要是供电电源系统窜入,并与供电电源耦合进入造成的。通过电网电源供电,一些大型的设备在启动及关闭的时候会诱发电磁感应问题,这些问题会直接影响供电电源,进而对控制系统造成干扰。同时,由信号线造成的干扰是较为严重的。信号在流通电流的过程中会产生电磁感应,如果在其周边存在导线,就会出现瞬时感应电流。在感应电流达到特定数值的时候就会影响信号接收。多数信号线在运行中会对周边的线路产生影响,造成控制器出现不同程度的变化,严重的甚至会造成死机等问题。在一般状况之下,可以采用绝缘电缆的方式控制和屏蔽干扰,达到降低干扰的效果。

 

   设计施工诱发的干扰主要是通过优化接地系统设计和提升施工技术手段进行控制。例如,接地系统设计缺乏合理性就会造成系统干扰性问题,设备高频发生器出现距离控制设计不合理的问题也会诱发干扰问题,等等。

   抗干扰主要措施

 

  抗干扰基本原则:抑制干扰源;切断或减弱电磁干扰传播途径;提高装置和系统抗干扰性。

 

  1、电源设计 应用变频器和大功率器件的场所,要特别做好电源的隔离和电源线路的抗干扰工作,如对于进线电源进行分级加装避雷装置;对于plc电源输入端而言,使用隔离变压器,而隔离变压器初级及次级绕组分别加屏蔽层,屏蔽层可靠接地,二次侧接线则使用双绞线等。

  2、接地系统设计 现场环境干扰信号线可造成控制系统数据混乱、程序死机、误动作、降低测量精度等问题,其原因大部分都与接地系统有关。正确的接地可以有效地抑制电磁干扰,又能抑制设备向外干扰;错误的接地会造成严重的信号干扰,导致控制系统无法工作。把接地分为系统接地、安全接地、信号屏蔽接地三种。接地系统混乱的干扰主要是因为各个接地点不均匀的电位分布,接地点的不同存在着地电位差而造成地环路电流。设计时,工作接地严格与保护接地进行区分。保护接地电阻在2ω以下,接地极的接地点须与强电设备接地点距10m以上,埋在距建筑物10-15m处,避免接地装置升高的电位对电子设备造成反击。如果信号源接地,屏蔽层要在信号侧接地;而不接地时,则要在控制器侧接地;信号线中间有接头,屏蔽层需牢固连接并作绝缘处理,避免多点接地;多测点信号屏蔽双绞线与多芯对绞总屏电缆连接时,各屏蔽层要连接好,作绝缘处理,恰当的选择接地处单点接地。计算机接入信号前,在信号线与地之间并接电容,在信号两极间加滤波器。

  3、管线设计 设计合适的电源线、信号线、通信线管道,如通信管最好是金属管,与电源线有足够安全距离。正确敷设合适的电缆,选用信号电缆要考虑经济、实用、抗干扰。目前较为普遍的是标准型号电缆,如0.75mm2两芯带屏蔽双绞线。敷设时要注意: (1)不同类型信号由不同电缆传输,信号电缆按传输信号种类分层敷设。 (2)数字信号和模拟信号不能合用同一多芯电缆,更不能和电源线共用电缆。 (3)信号线用一根完整的电缆,杜绝接头。 (4)信号线缆远离大功率电动机等感性负载。 (5)信号线和电源线不能在同一线槽,避免近距离平行敷设。如必须放一起,之间距离在60cm以上,在两者间加隔板,将信号线装入镀锌金属管中。

  4、选择器件 根据电子产品基本特性选择器件。如将电压信号转换为电流信号传输,选双积分ad和rc等滤波器可消除高频干扰,降低差模干扰;双差分输入差动放大器和绞合线,采取屏蔽地线、光电隔离和单边接地、长距离传输阻抗匹配等,提高信号线路共模抑制比,消除干扰。实践证明,如果干扰电流在15ma以下时,在信号接收端和检测元件加隔离模块,能有效降低干扰,提高系统可控性。 带隔离模拟量模块、通信模块、开关量模块的选用往往需要大量的工程设计和实施,通常都由经验丰富的工程师确定。隔离变送模块应用于高共模电压下的信号变送,实现被测对象与数据采集系统的隔离,提高共模抑制比,保障电子仪器和人身安全。隔离变送器涵盖了热电阻、模拟量输入、热电偶、数字量输入、模拟量输出、数字量输出等,功耗低、发热低、寿命长、使用简单。

  5、软件设计 在计算机程序中采用中位值滤波、平均值滤波、惯性滤波、限幅滤波等方法对信号作数学处理,减少信号干扰强度和数量,提高信号输入的可靠性。硬件投资少,数字滤波稳定性好,参数易改,程序易移植。

 

 

 

   工业自动化控制系统在运行过程中会受到各種干扰源的影响,为了提升系统的整体性能,就要综合工作环境及控制系统的规划进行系统化设计,对其进行反复调试安装,合理地控制干扰问题,进而保障工业自动化系统的稳定、安全运行,降低各种安全隐患,提升我国工业化水平。

 

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