電氣自動化設備應用中干擾和屏蔽研究

李明

（惠陽航空螺旋槳有限責任公司，河北 保定 071000）

電氣自動化設備，有著高精度、高效率、高準確度的特點，在企業的生產中應用十分廣泛。為了確保生產的順利進行，作為設備維修部門，及時維修維護設備，使故障設備盡快恢復正常，是每個維修人員都向往的美好愿望，這就對維修人員的技能水平有著很高的要求。設備的抗干擾問題，具有偶發、隱蔽、無規律等特點，經常困擾著我們，也嚴重影響了設備的穩定性，必須引起重視。

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1 維修案例分析

案例1：產品試驗部門的非標疲勞試驗設備，通道閉環控制由伺服控制器通道、力傳感器、位移傳感器、伺服閥組成，連接線纜均采用屏蔽雙絞線，這是為了更好的信號傳輸而設計的。某大型疲勞試驗設備，曾出現信號擾亂，加載力無規律瞬間脈沖式放大，這就無法保證試驗數據的真實性，另外，嚴重時會毀壞設備。由于不定時的特性，給維修工作帶來了巨大麻煩。通過對伺服通道、傳感器、試驗的加載方式等的變換比較，最終發現是干擾造成的，通過查找發現，部分鋪設在地溝下的信號線纜，由于長期浸油導致橡膠老化，屏蔽層破損，屏蔽效果變差（未妥善做好更好伺服閥時溢油回收工作，致液壓油流入地溝），另外，缺乏維護機制，并未發現線纜的老化狀態。

案例2：機加車間某臺數控車，在加工時尺寸忽大忽小，最大的能超差2mm左右，且無故障信息。經過排查、機械、電氣并未找到問題，考慮到設備現場環境、西門子系統的抗干擾能力較差等特點，懷疑是干擾造成的，于是，檢查相關部分，發現設備外殼和電氣柜的接地屏蔽線存在破損，重新做好接地，故障排除。

案例3：一臺立式加工中心，在執行程序加工過程中，出現了“X軸過電流”報警停機。檢查X軸機械，手盤絲杠負載很??；監測設備外部供電，情況也正常；用同型號伺服驅動器替換，發現故障依然存在。經仔細檢查發現，是X軸的信號絕緣老化，導致同一線槽內的強電線路對其產生了干擾。更換信號線，故障消除。進一步優化，將強電和信號線分開鋪設，并增加定期檢查。

案例4：一臺進口的熱壓成型設備，在未執行加熱程序時，計算機顯示熱油溫度劇烈波動（比如，常溫20℃，偶爾會跳變到100℃左右）。發生此現象時，檢查熱油站，熱油溫度數顯表數值穩定，監測熱電偶輸出信號也正常。更換熱油站到控制柜的信號線纜，并無改善。因此，懷疑電柜的接收端PLC模塊抗干擾能力下降，更換同品牌型號的模塊后，問題依然存在。經過深入分析及觀察各部分狀態，確認這是干擾造成的，檢查設備接地良好，最終確認是熱油站的I/O模塊老化，嘗試根據信號大小增設濾波電容，最終問題解決。

以上的維修案例，其共同點是“干擾”，造成了設備疑似損壞，以至于有的造成了產品廢品。實例表明，干擾是影響設備運行的“隱形殺手”，它的存在使得設備顯現許多不可理解、毫無規律的故障，那么，排除干擾隱患，就能挽救設備。

2 造成干擾的原因

（1）信號傳輸被干擾：當信號電纜絕緣層老化，屏蔽材質破損，就會被其他強磁干擾，造成信號被無端扭曲，嚴重時毀壞設備。

（2）施工不規范：設備的布線，不能因節約成本而犧牲穩定性，對于信號種類、用途不同，強電會對弱電信號產生影響，如果信號線纜的屏蔽效果變差，隱患就會發生，另外，不能將兩者共地。

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（3）元件及線纜老化。設備使用過程中，某些元器件或線纜，由于設計布局、頻繁使用、選型品質、散熱不好等多因素造成其加劇老化，引起干擾。

3 屏蔽干擾的措施

加強對信號線的檢查。在信號線的布置過程中，要杜絕多條信號線糾纏在一起的情形。同時，定期對信號線的絕緣情況進行檢查，對有絕緣橡膠破損的信號線進行更換，以保證信號的正確傳輸，避免發生漏電干擾傳輸信號。

將電纜分層敷設。在設備設計方案階段，針對傳遞不同信號的電纜，應分別隔離，采用分層鋪設的方式對電纜進行一定的調控，從而保證電纜信號之間不會相互干涉。對于傳遞相同信號的電纜而言（如檢測溫度的電流信號），也應當盡可能避免線路密集的糾纏，選擇開闊的線槽布置，由于控制器端口在對信號進行處理時，對信號可以進行一定程度的精密分析，所以，如果有較為類似的信號發生互擾時，會影響控制器的判斷，從而導致控制器產生誤動作、誤指令。

供電系統隔離。由于一些現場常常會對大功率電機進行開關，開關過程中會產生高頻信號，為了防止高頻電磁對系統產生干擾，可以通過在供電線路上安裝變壓器，可以對大功率電機開關產生的高頻電磁進行約束，避免對整體控制系統產生影響。

扭絞與屏蔽。信號導線的扭絞即“屏蔽雙絞線”，扭絞替代平行，可達到抑制磁場干擾的效果。屏蔽即采取金屬導體隔絕元件、組合件以及信號線。屏蔽可以很好得抑制多線纜分布電容性耦合噪聲干擾。常用的方法是通過屏蔽雙絞線連接模擬信號。通常情況下，不但電噪聲會干擾信號，而且強交變磁場也會干擾信號。因此，不但需要考慮電屏蔽，而且需要考慮磁屏蔽，可以采取導磁性能優越（如鐵、鎳等）的導體實現屏蔽措施。

做好設備接地。對于設備接地，其主要包括兩方面作用：一方面，在信號、供電電源進入設備后或其自身發生故障時，可以將超負荷的電流導入大地；另一方面，接地系統可以提供屏蔽層給設備，進而隔絕電子噪聲干擾，同時，可以提供參考零電位給全部系統。

4 結語

“干擾”對電氣自動化設備帶來的危害，嚴重影響著設備的“健康”，通過良好的屏蔽措施，可以避免或減少干擾帶來的不良影響，可以促使我們的設備少生病。同時，重視干擾問題，可以比較設備的優劣，對用戶的使用有著重要意義。