自動化系統(tǒng)中所使用的各種類型DCS/PLC等自動化設(shè)備,有的是集中安裝在控制室,有的是安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場和各種電機(jī)設(shè)備上,它們大多處在強(qiáng)電電路和強(qiáng)電設(shè)備所形成的惡劣電磁環(huán)境中。要提高這類控制系統(tǒng)可靠性,必須消除各種干擾才能有效保證系統(tǒng)可靠運(yùn)行。
PLC/DCS控制系統(tǒng)中電磁干擾的主要來源
1.來自空間的輻射干擾
空間的輻射電磁場(EMI)主要是由電力網(wǎng)絡(luò)、電氣設(shè)備的暫態(tài)過程、雷電、無線電廣播、電視、雷達(dá)、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(fù)雜。
若PLC/DCS系統(tǒng)置于射頻場內(nèi),就會收到輻射干擾,其影響主要通過兩條路徑:
一是直接對DCS/PLC內(nèi)部的輻射,由電路感應(yīng)產(chǎn)生干擾;
二是對DCS/PLC通信網(wǎng)絡(luò)的輻射,由通信線路的感應(yīng)引入干擾。
2.來自系統(tǒng)外引線的傳導(dǎo)干擾
主要通過電源和信號線引入,通常稱為傳導(dǎo)干擾。這種干擾在我國工業(yè)現(xiàn)場較嚴(yán)重。
A.來自電源的干擾
實踐證明,因電源引入的干擾造成PLC/DCS控制系統(tǒng)故障的情況很多。PLC/DCS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,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、交直流轉(zhuǎn)動裝置引起的諧波、電網(wǎng)短路暫態(tài)沖擊等,都通過輸電線路傳到電源邊。
系統(tǒng)電源通常采用隔離電源,但其機(jī)構(gòu)及制造工藝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。
B.來自信號線引入的干擾
與PLC/DCS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號之外,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,這是很嚴(yán)重的。
由傳輸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(yán)重時將引起元器件損傷。對于隔離性能差的系統(tǒng),還會導(dǎo)致信號間互相干擾,引起共地系統(tǒng)總線回流,造成邏輯數(shù)據(jù)變化、誤動和死機(jī)。PLC/DCS控制系統(tǒng)因信號引入干擾造成I / O 模件損壞數(shù)相當(dāng)嚴(yán)重,由此引起系統(tǒng)故障的情況也很多。
3.來自接地系統(tǒng)混亂時的干擾
接地是提高電子設(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(yán)重的干擾信號,使PLC/DCS系統(tǒng)將無法正常工作。
DCS/PLC控制系統(tǒng)的地線包括系統(tǒng)地、屏蔽地、交流地和保護(hù)地等.接地系統(tǒng)混亂對DCS/PLC系統(tǒng)的干擾主要是各個接地點(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(tǒng)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,有電流流過屏蔽層,當(dāng)發(fā)生異常狀態(tài)加雷擊時,地線電流會更大。
此外,屏蔽層、接地線和大地有可能構(gòu)成閉合環(huán)路,在變化磁場的作用下,屏蔽層內(nèi)有會出現(xiàn)感應(yīng)電流,通過屏蔽層與芯線之間的輻合,干擾信號回路。若系統(tǒng)地與其它接地處理混亂,所產(chǎn)生的地環(huán)流可能在地線上產(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DCS/PLC的邏輯運(yùn)算和數(shù)據(jù)存儲,造成數(shù)據(jù)混亂、程序跑飛或死機(jī)。模擬地電位的分布將導(dǎo)致測量精度下降,引起對信號測控的嚴(yán)重失真和誤動作。
4.來自DCS/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相互電磁輻射產(chǎn)生,如邏輯電路互相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DCS/PLC 制造廠對系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行電磁兼容設(shè)計的內(nèi)容,比較復(fù)雜,作為應(yīng)用部門是無法改變,可不必過多考慮,但要選擇具有較多應(yīng)用實踐或經(jīng)過考驗的系統(tǒng)。
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)置屏蔽電纜和系統(tǒng)局部屏蔽及高壓泄放元件進(jìn)行保護(hù)。
另外,在控制柜設(shè)計時也應(yīng)多考慮一些。設(shè)備分層擺放,走線清晰。成套時,將PLC的舊線和大功率線分開走線,如必須在同一線槽內(nèi),分開捆扎交流線、直流線,如條件允許,分槽走線最好,并使其有盡可能大的空間距離,力求將干擾降到最低限度。不同的信號線最好不用同一個插接件轉(zhuǎn)接,如必須用同一個插接件,要用備用端子或地線端子將它們分隔開,以減少相互干擾。
另外,PLC不能和高壓電器安裝在同一個開關(guān)柜內(nèi),在柜內(nèi)PLC 應(yīng)遠(yuǎn)離動力線(二者之間距離應(yīng)大于200mm ) 。與PLC裝在同一個柜子內(nèi)的電感性負(fù)載,如繼電器、接觸器的線圈,應(yīng)并聯(lián)RC消弧電路。