淺析PLC控制系統(tǒng)及變頻器應(yīng)用中的電磁干擾現(xiàn)象

【摘要】PLC控制系統(tǒng)及變頻器應(yīng)用過(guò)程中經(jīng)常由于受到各種干擾而發(fā)生故障，影響生產(chǎn)系統(tǒng)安全運(yùn)行，分析了主要干擾源產(chǎn)生的原因及危害，闡述了消除主要干擾源的一些見(jiàn)解、方法和防范措施。

【關(guān)鍵詞】PLC控制系統(tǒng)干擾源分析處理措施

隨著PLC控制系統(tǒng)及變頻器等工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用越來(lái)越普及和廣泛，人們對(duì)控制系統(tǒng)及設(shè)備的安全性、可靠性要求越來(lái)越高，控制系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行能力成為安全生產(chǎn)的核心。自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備PLC控制器、變頻器，主要是用在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的電氣設(shè)備和線路形成了復(fù)雜的電磁干擾信號(hào)。要提高自動(dòng)化控制系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行能力，必須解決各種電磁干擾的影響，才能有效保證系統(tǒng)可靠運(yùn)行。

一、電磁干擾信號(hào)分析

1、主要的電磁干擾信號(hào)可以分為共模干擾信號(hào)和差模干擾信號(hào)。共模干擾主要是指同時(shí)加載在各個(gè)輸入信號(hào)接口段的共有的信號(hào)干擾。共模干擾是在信號(hào)線與地之間傳輸，屬于非對(duì)稱性干擾，由地電位差及電磁輻射在信號(hào)線上感應(yīng)的同方向共模電壓有時(shí)較大，特別是采用隔離性能差的配電器供電室，變送器輸送的共模電壓普遍較高，有的可高達(dá)上百伏，直接影響測(cè)控信號(hào)，造成元器件損壞。

差模干擾是存在于相線與相線，以及相線與中線之間的干擾。兩路輸入的干擾信號(hào)，大小不相等，或方向不相同。有的通過(guò)安裝隔離變壓器能解決問(wèn)題。

2、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐證明，因電源的干擾產(chǎn)生干擾信號(hào)造成PLC控制系統(tǒng)故障的情況占據(jù)了相當(dāng)大的比例，例如在一次安裝礦用絞車信號(hào)設(shè)備時(shí)，出現(xiàn)了絞車信號(hào)打點(diǎn)時(shí)，皮帶信號(hào)同時(shí)也響；皮帶信號(hào)打點(diǎn)時(shí)，絞車信號(hào)也響的故障現(xiàn)象。由于打點(diǎn)信號(hào)互相影響，直接影響現(xiàn)場(chǎng)的安全生產(chǎn)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)分析實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)由于絞車信號(hào)和皮帶信號(hào)接在同一臺(tái)綜保開(kāi)關(guān)上，使用同一路電源相互影響干擾造成。

3、部分控制系統(tǒng)的信號(hào)傳輸回路，為了避免干擾，信號(hào)部分和接收設(shè)備的公共線都要接地，應(yīng)盡量使用隔離器將兩個(gè)接地隔離開(kāi)。例如一些溫度流量的測(cè)量調(diào)節(jié)系統(tǒng)，設(shè)備在現(xiàn)場(chǎng)和控制室都需要接地；由于地電位差的存在，如果出現(xiàn)一個(gè)以上的接地點(diǎn)就會(huì)形成地回路，使儀表引入干擾，因此同一信號(hào)回路、同一屏蔽層或排擾線最好有一個(gè)接地點(diǎn)，避免有多個(gè)接地點(diǎn)，除了既定接地以外，其他部位應(yīng)與一切金屬部分隔離。信號(hào)回路的接地位置根據(jù)儀表類型決定。溫度流量傳感器等應(yīng)在現(xiàn)場(chǎng)接地。避免影響信號(hào)精確度和在輸入、輸出設(shè)備中的傳輸效果。消除感應(yīng)及外部輸入信號(hào)形成的干擾。

二、消除自動(dòng)控制系統(tǒng)干擾源的措施

1、完善可靠的接地措施。其中電源電纜兩端接地，電機(jī)接地端接在電源段接地排上，最終匯入動(dòng)力柜匯流排。信號(hào)線纜中模擬信號(hào)大多單端接地，消除雙端接地時(shí)地電勢(shì)不同引起的地電流干擾信號(hào)。而對(duì)于數(shù)字信號(hào)大多采用雙端接地。帶屏蔽單端接地是在電纜一端將金屬屏蔽層接地，而另一端不直接接地。在單端接地的情況下，沒(méi)有接地的一端屏蔽層對(duì)地之間有感應(yīng)電壓存在，其電壓與電纜長(zhǎng)度成正比，但是不會(huì)形成電流環(huán)流，屏蔽層一端接地利用壓制電勢(shì)電位差消除電磁干擾。在電纜長(zhǎng)度不超過(guò)一定距離的情況下，效果較好。信號(hào)電纜屏蔽層雙端接地時(shí)，屏蔽層金屬端沒(méi)有感應(yīng)電壓存在，但是有可能感應(yīng)出電流環(huán)流，所以要消除周圍干擾信號(hào)影響。

如果系統(tǒng)單獨(dú)設(shè)置接地線，接地線必須符合標(biāo)準(zhǔn)，微機(jī)系統(tǒng)接地電阻應(yīng)小于四歐姆。應(yīng)與周圍柜體、設(shè)備外殼連接一致，增大接地體的物理面積，使控制系統(tǒng)與周圍電器、設(shè)備、控制柜等物體之間消除電位差，避免形成干擾信號(hào)。

2、利用信號(hào)隔離器解決干擾問(wèn)題。將變送器或儀表的信號(hào)，通過(guò)半導(dǎo)體器件調(diào)制變換，然后通過(guò)光感或磁感器件進(jìn)行隔離轉(zhuǎn)換，然后再進(jìn)行解調(diào)變換回隔離前原信號(hào)，同時(shí)對(duì)隔離后信號(hào)的供電電源進(jìn)行隔離處理。保證變換后的信號(hào)、電源、地之間絕對(duì)獨(dú)立。在控制系統(tǒng)的輸入端和輸出端中間安裝信號(hào)隔離器后，可以有效預(yù)防干擾信號(hào)。

3、為了避免電磁輻射引起的干擾，在控制系統(tǒng)中采用隔離性能較好電源，如果條件允許接入電抗器。接地線盡量靠近變頻器，遠(yuǎn)離電源線，變頻器所用的接地線必須與其他設(shè)備接地線分開(kāi)接地，絕對(duì)避免把所有設(shè)備接地線連在一起后再接地，同時(shí)變頻器的接地端子不可與零線相接。

4、正確敷設(shè)、選用系統(tǒng)電纜線路，避免感應(yīng)耦合引起的干擾?？刂齐娐凡捎闷帘尉€，當(dāng)控制線和變頻器相接時(shí)，屏蔽層可不用接地，而只需將其中一端接至變頻器信號(hào)公共端即可，注意屏蔽層不論接公共端還是接地，只能在一端進(jìn)行，且不可兩端都接。其中控制線盡量遠(yuǎn)離輸入輸出線?？刂凭€在空間上應(yīng)盡量和輸入輸出線交叉，最好是垂直交叉，而不要平行。兩根控制線相鄰是可以相絞。以減少電磁干擾。

三、變頻器對(duì)控制系統(tǒng)干擾分析

1、通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐證明，變頻器對(duì)現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)干擾最大的是高次諧波干擾。

變頻器的工作過(guò)程就是一個(gè)在控制系統(tǒng)處理下不斷的整流、逆變輸出的過(guò)程。在工作過(guò)程中，必然產(chǎn)生各類高次諧波干擾。變頻器產(chǎn)生的諧波使電力電容器產(chǎn)生額外的損耗，同時(shí)諧波使電壓波形畸變產(chǎn)生尖峰電壓，損害電容器的絕緣。如果變頻器諧波頻率與電容器和系統(tǒng)的其他部分構(gòu)成的串聯(lián)或并聯(lián)諧振回路的諧振頻率相等或相接近時(shí)就會(huì)出現(xiàn)諧振，影響電容設(shè)備正常運(yùn)行。還對(duì)附近的電子儀表設(shè)備產(chǎn)生各種干擾，影響設(shè)備正常檢測(cè)、計(jì)量和控制。

2、降低變頻器干擾的方法

根據(jù)干擾頻段的不同，可以在變頻器輸入端安設(shè)濾波器；可以選擇降低變頻器載波頻率，或者在變頻器的電源出入線采取增加電抗器、接線采用屏蔽線并且要求二端良好接地，也可對(duì)線路增加金屬管護(hù)套。對(duì)變頻器本身采取良好可靠接地措施，縮短接線。如果條件允許，可以將變頻率器單獨(dú)裝設(shè)在專用金屬電器柜內(nèi)，把變頻器輸出端與電機(jī)之間的聯(lián)線，換成鎧裝電纜。

PLC控制系統(tǒng)及變頻器等工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化系統(tǒng)是現(xiàn)代生產(chǎn)系統(tǒng)的核心控制部分，只有采取必要的抗干擾措施，消除或減少干擾源，才能保證生產(chǎn)系統(tǒng)可靠、穩(wěn)定的運(yùn)行。

作者簡(jiǎn)介

李紀(jì)魁（1975—），男，山東新泰人，大學(xué)文化，山東能源新汶礦業(yè)集團(tuán)翟鎮(zhèn)煤礦吉泰公司，工程師.