工业自动化控制系统的干扰源分析及应对措施探究.docVIP

PAGE PAGE 1 工业自动化控制系统的干扰源分析及应对措施探究 　　摘要：本文首先对工业自动化控制系统的干扰源进行了归纳和分析，然后提出了电源设计、管线设计、器件的选择、软件设计及现场施工等六条措施，具有较强的前瞻性和理论性，供借鉴参考。 　　关键词：工业自动控制系统；抗干扰；干扰源；干扰抑制；辐射干扰 　　中图分类号：TQ573文献标识码：A文章编号： 　　目前，由大规模集成微处理芯片构成的可编程控制器（PLC）、分散型控制系统（DCS）、现场总线控制系统（FCS）、工业控制机（IPC）以及各种测量控制仪表已成为工业自动化控制系统的硬件基础。这些器件的ＰＣＢ板内部连接线路越来越细，线路上所传递的信号电流越来越小，微处理芯片的供电电压也越来越低，芯片对环境噪声也越趋敏感，很容易被周围干扰源干扰而引起控制系统误动作。另外，自动化控制系统大多安装在工业生产现场，现场设备多，输入／输出端口多，控制电缆多，且环境复杂，多为各种强电电路和设备所形成的恶劣电磁环境，导致经常出现莫名其妙的信号误动作、死机、数据采集偏差大、信号相互干扰、有异常电压和电流窜入等现象，使系统处于不可控状态，无法正常工作。因此，必须采取一定的抗干扰措施，以提高整个控制系统的可靠性。一方面，各DCS、PLC、变频器生产厂家应注意提高产品本身的抗干扰能力和减少对外部设备的影响；另一方面，各电气系统集成商和工程人员在工程设计、安装施工和使用维护中应采取有效的技术预防和抑制措施。 　　１干扰源分析 　　１.１干扰感应模型 　　干扰源是干扰变量的起源，所有进行电磁能量传输的设备都可能成为干扰源。干扰源可能位于系统内部，也可能位于系统外部。干扰感应模型如图１所示。 　　图１干扰感应模型 　　干扰变量与敏感设备的耦合方式有电流耦合方式（通过正常电路进行耦合）、电容耦合方式（通过电场进行耦合）、电感耦合方式（通过磁场进行耦合）、电磁波或者辐射感应（通过电磁场进行耦合）。这些电磁活动具有很大的振幅和频率范围，可对敏感设备产生不同程度的损害。 　　１.２常见干扰源 　　干扰源按不同分类规则可分为自然干扰源和技术干扰源、窄频和宽频干扰源、导体干扰源和辐射干扰源、电源干扰源、有序干扰源和无序（泄露）干扰源、连续干扰源和间歇干扰源等。笔者在长期的电气工程项目实施中，发现工业现场的干扰主要来自两个方面：（１）变频器和雷电干扰，造成空间辐射干扰和线路电磁干扰；（２）来自大电流的线路干扰，即电源干扰。下面分析工业自动化控制系统中的常见干扰。 　　１.２.１辐射干扰 　　辐射干扰是指雷电、电弧电路、射频设备、高频感应设备等产生的空间辐射电干扰。对于该类干扰，一般无法抑制干扰源，主要是通过切断或减弱电磁干扰的传播途径来减少干扰影响，如采取等电位联机、屏蔽、保护隔离、合理布线和装设防雷装置等措施，进行全方位的防雷保护。 　　１.２.２传导干扰 　　传导干扰是指通过电源线和信号线等线路引入的干扰。 　　（１）由电源线引入的干扰 　　由电源线引入的干扰在工业现场较为常见。该类干扰主要来自两个方面： 　　①通过供电电源系统直接窜入；②通过供电电源耦合进入。控制系统一般由电网电源供电，电网波动、大功率用电设备启停、交直流传动装置引起的谐波、电网短路暂态冲击等都会通过输电线路传到电源原边，对控制系统造成干扰。对于输送电源过程中产生的干扰，可以采用铠装电缆进行抑制，并采用动力电缆和信号电缆分开走的方式。对于变频器干扰的抑制，最常用的方法是对变频器加装隔离变压器、使安装位置尽量远离检测开关、走线尽量用钢管单独穿、变频器单独安装在铁皮箱里对外部屏蔽、变频器可靠接地、线路尽量垂直布线、降低变频器的开关频率、隔离等。 　　（２）由信号线引入的干扰 　　当导线有电流流过时会在周围产生感应磁场，感应磁场会引起相邻导线上产生感应电流，当感应电流足够大时会对检测开关后级的信号接收设备产生干扰信号。与控制系统连接的各类信号线总会有外部干扰信号侵入，从而引起控制器逻辑数据变化、误动作和死机。最常用的干扰抑制方法是选用屏蔽电缆，并将几条信号线的屏蔽层编成辫状接地。 　　１.２.３设计施工引起的干扰 　　设计施工引起的干扰主要是工程技术设计、安装、调试和设备选型、操作等引起的干扰，如开关高功率设备、高频发生器与控制器空间距离不够、接地系统混乱引起的干扰。对该类干扰的抑制措施是合理地设计接地系统，具体方法将在下文介绍。 　　２抑制干扰的主要措施 　　由于工业现场的环境复杂，各种干扰通过不同的耦合方式进入控制系统，使控制系统无法正常工作。为了保证控制系统在工业电磁环境中免受或减少内外电磁干扰，必须在设计和施工中采取有效的干扰抑制措施。在工程的需求分析和设计阶段考虑可能引起不稳定的干扰因素，才能在安装调试阶段出现干扰后有的放矢，