劉光珍

[中圖分類號(hào)] TS43

[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A

[文章編號(hào)]2095-6487 （2021） 02-0014-02

Antilnterference of PLC Control System and Inverter Application

Liu Guang-zhen

[ Abstract] After the continuous development of science and teclrnology， PLC. technology is widely used in industrial control. Reliable PLC controlsystem can make the production and operation of enterprises safe and economical， and the system with anti-interference ability can make the overalloperation of the system reliable. When applying various PLC technologies in the automation system， they are installed in the control room， productionsite and different electromechanical equipment. Because the circuit and equipment used have strong voltage， most of their environments are relativelybad. In order to make the PLC control system more reliable， this paper discusses the PLC control system and frequency converter from the aspect of anti-interference ability for reference

[ Keywords] PLC control system; inverter application; anti-interference ability

由于工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域不斷地對(duì)PLC控制系統(tǒng)以及變頻器等設(shè)備進(jìn)行了廣泛地應(yīng)用，因此，人們從安全性、可靠性方而，對(duì)控制系統(tǒng)和相關(guān)設(shè)備提出了更高的要求，使其能夠保持穩(wěn)定運(yùn)行的控制系統(tǒng)，能夠?yàn)榘踩a(chǎn)提供保證。PLC控制器以及變頻器是最為關(guān)鍵的自動(dòng)控制設(shè)備，其在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)較為常見(jiàn)，電器設(shè)備和相關(guān)線路在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)所形成的電磁干擾信號(hào)，具有一定的復(fù)雜性。要想使自動(dòng)控制系統(tǒng)的運(yùn)行能夠更加穩(wěn)定，就必須對(duì)所有電磁干擾問(wèn)題加以解決，以此來(lái)使系統(tǒng)的運(yùn)行能夠更加可靠。

1 電磁干擾信號(hào)空間輻射分析

1.1 共模和差模干擾信號(hào)

共模干擾指的就是在所有接口端加載輸入信號(hào)時(shí)，所形成的所有信號(hào)干擾（圖1）。共模干擾的傳輸是在信號(hào)線與地之間，此類干擾屬于非對(duì)稱型，在信號(hào)線同一方向上的地電位差以及電磁輻射有時(shí)會(huì)產(chǎn)生較人的感應(yīng)共模電壓，尤其是如果配電器處于隔離性能并不好的供電室中，那么變送器就會(huì)輸送人量值較高的共模電壓，偶爾還會(huì)達(dá)到上百幅，直接對(duì)測(cè)控信號(hào)造成影響，并損壞元器件。

差模干擾主要出現(xiàn)部位在各相線以及相線與中線間。兩路會(huì)輸入人小不等，方向不同的干擾信號(hào)。偶爾通過(guò)對(duì)隔離變壓器的安裝，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)該問(wèn)題的解決。

1.2 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐證明

導(dǎo)致PLC控制系統(tǒng)無(wú)法正常運(yùn)行的干擾信號(hào)主要來(lái)自于電源干擾，例如煤礦領(lǐng)域在為絞車安裝信號(hào)設(shè)備的過(guò)程中，絞車信號(hào)出現(xiàn)打點(diǎn)時(shí)，皮帶信號(hào)也會(huì)發(fā)出響聲，皮帶信號(hào)在出現(xiàn)打點(diǎn)時(shí)，絞車信號(hào)也會(huì)發(fā)出響聲;兩種信號(hào)在打點(diǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生相互影響，直接影響現(xiàn)場(chǎng)安全生產(chǎn)，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的分析實(shí)驗(yàn)得知，由于絞車和皮帶這兩種信號(hào)所接的綜保開(kāi)關(guān)屬于同一臺(tái)，而使用的電源如果來(lái)自同一路，那么就會(huì)路線相互影響，進(jìn)而導(dǎo)致干擾的形成。

1.3 信號(hào)傳輸回路

為了避免安擾，信號(hào)及其接收設(shè)備共同所接的線都需要與地相接，需要盡可能地通過(guò)使用隔離器隔離這兩個(gè)接地。例如，部分用于測(cè)量調(diào)節(jié)溫度流量的系統(tǒng)，現(xiàn)場(chǎng)和控制室的設(shè)備都需要與地相接，由于各接地之間存在著電位差，如果接地點(diǎn)在一個(gè)以上，就會(huì)導(dǎo)致回路的形成，進(jìn)而干擾儀表設(shè)備，因此，在信號(hào)回路屏蔽層以及排擾線相同的情況下，最好都設(shè)置一個(gè)相應(yīng)的接地點(diǎn)，以此來(lái)避免接地點(diǎn)過(guò)多，除了目前已有的接地之外，其他部位需要隔離所有金屬部分。在決定信號(hào)回路在哪一位置接地時(shí)，需要結(jié)合所使用的儀器類型。用于測(cè)量溫度流量等的傳感器，需要在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行接地。以此來(lái)保證信號(hào)的精確性，以及輸入設(shè)備和輸出設(shè)備的良好傳輸效果，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)感應(yīng)信號(hào)及外部輸入信號(hào)帶來(lái)的干擾的消除。

2 自動(dòng)控制系統(tǒng)干擾源的消除措施

PLC抗干擾措施示意圖如圖2所示。

2.1 對(duì)可靠接地措施的完善

其中電源電纜與地相接的部位為兩端，在連接電機(jī)與電源段的接地端和接地排后，最終的匯流排會(huì)匯入動(dòng)力柜中。信號(hào)線纜中的人部分模擬信號(hào)都采用了單端接地的方式，以此來(lái)避免雙端接地時(shí)，由于不同電勢(shì)的存在而導(dǎo)致接地中出現(xiàn)電流干擾信號(hào)。而針對(duì)數(shù)字信號(hào)來(lái)說(shuō)，雙端接地是最常采用的方式。在屏蔽單端接地指的就是金屬屏蔽層在電纜一端的接地，而另一端不與地直接相連。由于采用單端接地方式，屏蔽層在不與地相接的一端，會(huì)與地之間產(chǎn)生感應(yīng)電流，其電壓越人，所需的電纜越長(zhǎng)，但是并不會(huì)導(dǎo)致電流環(huán)流的形成，在其中一端連接屏蔽層與地時(shí)，通過(guò)對(duì)電勢(shì)電位差的壓制，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電磁干擾的消除。如果電纜長(zhǎng)度在特定距離范圍內(nèi)，就能夠形成良好的效果。在對(duì)用于屏蔽信號(hào)的電纜層兩端進(jìn)行接地的過(guò)程中，由于連接金屬的屏蔽層一端不存在感應(yīng)電壓，但是經(jīng)過(guò)感應(yīng)后有概率出現(xiàn)電流環(huán)流，因此需要消除周圍存在的干擾信號(hào)。

如果接地線在系統(tǒng)內(nèi)采用了單獨(dú)發(fā)計(jì)的方式，那么就必須采用符合標(biāo)準(zhǔn)的接地線，應(yīng)選用接地電阻在4Q以內(nèi)的微機(jī)系統(tǒng)。并且在周圍柜體和設(shè)備外殼中，需要采用一致的連接方式，接地體在增人物理面積后，就能夠使控制系統(tǒng)的電位，與周圍電器以及設(shè)備等物體的電位保持一致，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)干擾信號(hào)的避免。

2.2 對(duì)信號(hào)隔離器的利用

采用導(dǎo)體器件調(diào)制變換變送器信號(hào)或儀表信號(hào)后，通過(guò)光感器件或磁感器件對(duì)其的隔離轉(zhuǎn)換，在經(jīng)過(guò)解調(diào)變換后，能夠使信號(hào)恢復(fù)到隔離前，同時(shí)采用隔離的方式來(lái)處理供電電源，能夠使信號(hào)在經(jīng)過(guò)變換后，與電源和地之間保持獨(dú)立。在控制系統(tǒng)中將隔離器安裝到輸入端和輸出端之間后，能夠?qū)Ω蓴_信號(hào)進(jìn)行有效地預(yù)防。

2.3 對(duì)電磁輻射干擾的避免

在控制系統(tǒng)中所采用的電源，需要具有良好的隔離性能。在條件允許的情況下，可以對(duì)電抗器進(jìn)行接入。接地線需要與變頻器盡可能的接近，距離電源線盡可能的遠(yuǎn)，變頻器與其他設(shè)備需要采用單獨(dú)的接地線進(jìn)行接地，切勿在連接各發(fā)備接地線后再進(jìn)行接地，同時(shí)，切勿將零線連接于用于連接變頻器與地的一端。

2.4 對(duì)系統(tǒng)電纜線路的正確敷設(shè)和選用

想要做到對(duì)感應(yīng)耦合干擾的避免。就需要將屏蔽線應(yīng)用于控制電路中，在連接控制線和變頻器的過(guò)程中，可以不用連接屏蔽層與地層，只需要將其與變頻器的某一端與公共信號(hào)端進(jìn)行連接即可，要注意的是，屏蔽層在與公共端或地層進(jìn)行連接的過(guò)程中，只能連接一端，切勿連接兩端。并且，控制線需要盡可能地做到遠(yuǎn)離輸入線和輸出線。針對(duì)空間位置來(lái)說(shuō)，控制線與輸入線和輸出線需要盡可能交叉，最好在垂直方向交叉，切勿平行?？梢詫?duì)相鄰的兩根控制線進(jìn)行相絞。以此來(lái)做到對(duì)電磁干擾的減少。

3變頻器使用問(wèn)題處理

3.1 散熱問(wèn)題

變頻器發(fā)生故障的概率與溫度成正比關(guān)系，溫度越高使用壽命越低，對(duì)環(huán)境溫度進(jìn)行10攝氏度的提升后，就會(huì)減少變頻器一半的使用壽命。因此想要做到對(duì)變頻器的正確使用，就必須對(duì)散熱問(wèn)題進(jìn)行認(rèn)真的考慮。

3.2 變頻器干擾及危害

由于變頻器中使用的整流器件人多數(shù)都屬于非線性，例如晶閘管或二極管等，因此，電網(wǎng)會(huì)受到其所形成的諧波帶來(lái)的干擾，進(jìn)而導(dǎo)致電壓畸變的出現(xiàn)，對(duì)電網(wǎng)供電質(zhì)量造成影響，高次諧波還會(huì)增加電動(dòng)機(jī)定子對(duì)銅和鐵材料的消耗。

變頻器通常會(huì)采用開(kāi)關(guān)器件來(lái)作為輸出部分，例如IGBT等，在對(duì)能量進(jìn)行輸出的同時(shí)，都會(huì)給輸出線帶來(lái)極人的輻射干擾，進(jìn)而導(dǎo)致周邊的電器無(wú)法正常工作。根據(jù)國(guó)外諧波標(biāo)準(zhǔn)得知，單次電壓和總電壓能夠接受的畸變范圍分別為3%-6%，5%-8%。

3.3 有效的解決措施

（1）周圍環(huán)境溫度的降低法。由于變頻器的安裝位置人多在控制柜中，如果需要用到電抗器或制動(dòng)電阻，那么就需要盡可能地與變頻器保持隔離，例如，最好在變頻器上方或變頻器側(cè)上方進(jìn)行安裝。

（2）在控制柜中將冷卻風(fēng)扇安裝于出風(fēng)口。

3.4 對(duì)變頻器諧波及電磁輻射干擾的減少或削弱法

（1）為了使變頻器諧波能夠減少給其他設(shè)備帶來(lái)的影響，可以在變頻器中通過(guò)對(duì)交流電抗器以及直流電抗器等的采用，來(lái)進(jìn)行輸入或輸出，以此來(lái)降低進(jìn)線中的THDV。同時(shí)，用電設(shè)備系統(tǒng)中人多會(huì)用到以下方法。

（2）對(duì)隔離變壓器的使用。所使用的隔離變壓器如果具有隔離層，那么就可以在隔離器受到傳導(dǎo)干擾前，做到阻隔大部分干擾，同時(shí)還能夠變換電源電壓，控制系統(tǒng)中的隔離變壓器主要能夠抵抗儀表，PLC以及其他低功率用電設(shè)備所受到的干擾。

（3）濾波模塊或相關(guān)組件的使用。目前，市場(chǎng)上具有抗干擾性能的濾波模塊或相關(guān)組件有很多，此類濾波器的抗干擾性能較強(qiáng)，同時(shí)，還能夠保護(hù)電源免于受到用電器帶來(lái)的影響。部分還能夠吸收尖峰電壓，對(duì)所有用電設(shè)備有著大量的益處。

4 結(jié)束語(yǔ)

由于干擾有著較為復(fù)雜的分布參數(shù)，因此在抵抗干擾的過(guò)程中，所采用的措施需要具有合理性，不僅需要對(duì)其效果加以考慮，還需要考慮價(jià)格，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況來(lái)進(jìn)行決定。對(duì)能夠解決問(wèn)題的措施加以采用即可，多采用的抗干擾措施過(guò)多的話，反而會(huì)導(dǎo)致額外干擾的產(chǎn)生，因此，需要根據(jù)實(shí)際情況來(lái)進(jìn)行針對(duì)性解決。

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