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电磁干扰对工业控制系统的影响

2019-11-01

通过简要介绍对工业控制系统的影响,可以对电磁干扰的两个方面(对电磁干扰的危害)有一定的了解。消除电磁干扰并保持控制系统的稳定性。


      随着信息时代的迅速发展,出现了各种高频通信设备,它们之间的电磁辐射和电磁干扰的影响变得越来越严重。在国外,电磁效应被认为是环境污染,并且已经建立了专门机构。管理电信和电子产品,制定和控制电磁辐射限值。

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      电磁干扰是从包括电缆在内的电子系统发出的寄生能量。这种寄生功率会影响附近其他电缆或系统的正常运行,降低数据传输的可靠性,增加误码率,使图像失真并控制信号故障。就信息而言,信息不会被无关的人窃取或引起电磁污染。电缆是电缆干扰的主要来源,也是主要的接收器。作为发生器,它将电磁噪声场辐射到太空中;电缆还可能对附近其他干扰源发出的相同“噪声”敏感。必须采取保护措施以减少电缆的电磁干扰。电磁干扰的影响,将容易地将以下两个方面。


1、变频器上的电磁干扰

      现代工业控制系统通常使用微型计算机或PLC控制技术。在系统设计或转换过程中,应注意对微型计算机控制板上的干扰问题的变频器。使用逆变器后,由于传导传导和辐射干扰,控制系统通常会异常运行,因此应采取以下必要措施。


(1)接地良好。强大的电气控制系统(如电动机)的接地线必须通过接地母线安全接地,并且微机控制板的屏蔽接地必须单独接地。对于I / 0接口和屏蔽接地,建议将传感器连接到控制板时要注意一些干扰。


(2)通过在微型计算机控制板的输入电源上增加EMI滤波器,共模电感器和高频磁环,可以有效地抑制导电干扰。此外,如果存在严重的辐射干扰,例如在GSM或PHS基站存在的情况下,则可以在微计算机控制板上添加金属网罩以对其进行屏蔽。


(3)除了EMI滤波器的到反相器的输入端子,能够有效地抑制导电性干扰到逆变器电网。增加输入交,直流电抗器可以提高功率因数,减少谐波污染,总体效果良好。当某些电动机与变频器之间的距离超过100 m时,在变频器侧增加一个交流输出电抗器,以解决由于分配参数到输出线接地引起的漏电保护,并减少外部辐射干扰需要有效的方法已被牢固地连接到接地钢或屏蔽电缆是使用螺纹方法和电缆的钢壳体或护罩。如果未添加交流输出电抗器,请注意,如果钢管为螺纹或屏蔽的,则输出对地的分布容量会增加,并且可能会发生过电流。当然,实际应用中通常会使用一种或多种方法。


(4)电屏蔽和隔离模拟传感器感应输入和模拟控制信号。在由变频器组成的控制系统的设计过程中,建议尽可能避免模拟控制,尤其是当控制距离超过1 m并安装在整个控制柜中时。变频器通常具有多种速度设置以及开关频率输入和输出,可以满足您的要求。如果需要使用模拟量控制,建议将其屏蔽,以实现传感器侧的尖端或逆变器的接地侧。如果干扰仍然很严重,则需要DC / DC绝缘措施。该系统使用输入频率设定,使用标准的DC / DC模块,或者可以使用V / F转换光隔离器。


2、PLC电磁干扰

      影响PLC控制系统的干扰源通常与影响工业控制设备的干扰源相同。它们中的大多数会产生电流或电压发生明显变化的零件。这些电荷剧烈运动的部分是干扰源。


2.1电磁干扰的主要原因


(1)来自太空的辐射干扰。空间辐射电磁场(EMI)主要由电网,电气设备的瞬态过程,闪电,无线电,电视,雷达,高频感应加热设备等产生,通常称为辐射干扰,其分布非常复杂。当将PLC系统放置在RF场中时,它会受到辐射干扰,主要通过两条路径:一条直接在PLC的内部辐射上,而电路被感应而引起干扰。另一种是通过通讯对PLC通讯网络的辐射,线路感应会造成干扰。辐射干扰与设备的位置以及设备产生的电磁场(尤其是频率)有关,通常通过提供屏蔽电缆,PLC局部屏蔽和高压泄放组件来保护辐射干扰。


(2)来自外部系统导线的干扰。主要通过电源线和信号线引入,通常称为传导干扰。这种干扰在中国工业界更为严重,主要表现在以下三类:


      第一种是来自电源的干扰。实际上,已经证明在许多情况下,由于电源引入的干扰,PLC控制系统会发生故障。 PLC系统的正常电源由电网供电。由于电网的覆盖范围很广,因此会受到所有空间电磁干扰的影响,尤其是电网内部的变化,开关操作中的浪涌,大型电力设备的启动和停止,AC / DC传输以及电网瞬态短路产生的谐波通过传输线传输到电源的一次侧。通常,PLC电源使用隔离电源,但由于组织和制造过程等因素,绝缘效果不理想。实际上,由于分布参数,尤其是分布体积,分离是不可能的。


      第二类是信号线引起的干扰。除了传输不同类型的信息之外,除连接到PLC控制系统的不同类型的信号传输线外,还总是存在外部干扰信号的入侵。这种干扰有两种主要方式。一种是通过发射机功率或共享信号表功率的电网干扰,通常会被忽略。其次,信号线受到空间电磁辐射的干扰,即信号线通常受到非常严重的外部感应干扰。


      所造成的信号的干扰,操作I / O信号为异常时,测量精度将显著受损。对于隔离性能较差的系统,这些信号还会相互干扰,并且公用系统总线会回流,从而导致逻辑数据更改,误操作和崩溃。 PLC控制系统由于干扰信号而导致损坏的I / O模块数量非常严重,从而导致许多系统故障。


      第三类是来自接地系统的干扰。接地是提高电子设备电磁兼容性(EMC)的一种有效方法。正确接地可以减少电磁干扰的影响,并可以减少设备的外部干扰。 PLC系统无法正常运行。


      PLC控制系统的接地线包括系统接地,屏蔽接地,交流接地和保护接地。地面系统的PLC系统,主要是由于在接地点电位分布不均的干扰。不同接地点之间存在接地电位差,并生成接地环。电路电流会影响系统的正常运行。例如,电缆屏蔽层必须在一点处接地,但是如果电缆屏蔽层的两端A和B都接地,则接地电位会存在差异,并且电流会流过屏蔽层。当发生雷电等异常情况时,接地电流会增加。而且,屏蔽层,地线和地线可构成闭环。由于变化的磁场的作用,在感应层的屏蔽层中出现感应电流,并且屏蔽层与芯线之间的耦合会干扰信号回路。如果将系统接地和其他接地过程混淆,则生成的接地回路会在接地线上产生不均匀的电势分布,从而影响PLC逻辑和模拟电路的正常运行有。 PLC操作的逻辑电压抗干扰性较低,逻辑地电位的分布很容易影响PLC逻辑操作和数据存储,从而导致数据中断,程序执行或崩溃。降低了测量,监视和控制信号的准确性,这些信号可能导致严重的失真和故障,从而导致模拟地电位分布。


(3)从所述PLC系统的干扰。主要原因是系统内部组件与电路之间的相互电磁辐射,例如逻辑电路的相互干扰,模拟地与逻辑地之间的相互作用以及组件之间的失配。这属于PLC制造商系统中电磁兼容性设计的内容,更加复杂。应用程序部门不能更改,不应考虑太多,但是您应该选择具有更高应用程序性能或测试的系统。


3防干扰设计

      为了确保在工业电磁环境中保护或减少系统受到内部和外部电磁干扰的影响,从设计阶段就必须考虑三个方面的抑制:干扰源抑制,电磁干扰传播路径阻止或衰减,并提高设备和系统抵抗干扰的能力。 。这三点是抑制电磁干扰的基本原理。


      PLC控制系统的防干扰是一项系统工程,需要制造单位设计和制造具有强大的防干扰功能的产品,并需要工程部门进行全面的设计,安装,操作,运行和维护根据您的部门来考虑并结合特定条件。全面的设计可确保系统电磁兼容性和操作可靠性。在为特定项目实施抗干扰设计时,需要注意两个主要方面:


3.1设备选择

      选择设备时,请首先选择具有高抗干扰性的产品,包括电磁兼容性,特别是杂散系统技术,隔离性能好的PLC系统等;给定抗干扰指示器的实际性能,了解共模抑制比,差模抑制比,耐电压能力,在大电场强度和高频磁场强度等环境中工作以及在类似工作中的其他应用等。


      在选择国外进口产品时,必须注意的是,中国拥有220V的高内阻电网,而欧洲和美国拥有110V的低内阻电网。由于中国电网的内部电阻较大,零电位漂移很大,并且接地电位变化很大。工业企业现场的电磁干扰至少是欧美的四倍,并且系统的抗干扰性能很高。在国外正常运行的PLC产品可能无法在国内行业中可靠运行,在使用国外产品时就是这种情况。


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