PLC控制系統(tǒng)及變頻器應(yīng)用的抗干擾問題

劉光珍

[中圖分類號] TS43

[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A

[文章編號]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)，能夠為安全生產(chǎn)提供保證。PLC控制器以及變頻器是最為關(guān)鍵的自動控制設(shè)備，其在生產(chǎn)現(xiàn)場較為常見，電器設(shè)備和相關(guān)線路在生產(chǎn)現(xiàn)場所形成的電磁干擾信號，具有一定的復(fù)雜性。要想使自動控制系統(tǒng)的運(yùn)行能夠更加穩(wěn)定，就必須對所有電磁干擾問題加以解決，以此來使系統(tǒng)的運(yùn)行能夠更加可靠。

1 電磁干擾信號空間輻射分析

1.1 共模和差模干擾信號

共模干擾指的就是在所有接口端加載輸入信號時，所形成的所有信號干擾（圖1）。共模干擾的傳輸是在信號線與地之間，此類干擾屬于非對稱型，在信號線同一方向上的地電位差以及電磁輻射有時會產(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，那么變送器就會輸送人量值較高的共模電壓，偶爾還會達(dá)到上百幅，直接對測控信號造成影響，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。兩路會輸入人小不等，方向不同的干擾信號。偶爾通過對隔離變壓器的安裝，能夠?qū)崿F(xiàn)對該問題的解決。

1.2 現(xiàn)場實(shí)踐證明

導(dǎo)致PLC控制系統(tǒng)無法正常運(yùn)行的干擾信號主要來自于電源干擾，例如煤礦領(lǐng)域在為絞車安裝信號設(shè)備的過程中，絞車信號出現(xiàn)打點(diǎn)時，皮帶信號也會發(fā)出響聲，皮帶信號在出現(xiàn)打點(diǎn)時，絞車信號也會發(fā)出響聲;兩種信號在打點(diǎn)時會產(chǎn)生相互影響，直接影響現(xiàn)場安全生產(chǎn)，經(jīng)過現(xiàn)場的分析實(shí)驗得知，由于絞車和皮帶這兩種信號所接的綜保開關(guān)屬于同一臺，而使用的電源如果來自同一路，那么就會路線相互影響，進(jìn)而導(dǎo)致干擾的形成。

1.3 信號傳輸回路

為了避免安擾，信號及其接收設(shè)備共同所接的線都需要與地相接，需要盡可能地通過使用隔離器隔離這兩個接地。例如，部分用于測量調(diào)節(jié)溫度流量的系統(tǒng)，現(xiàn)場和控制室的設(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)在一個以上，就會導(dǎo)致回路的形成，進(jìn)而干擾儀表設(shè)備，因此，在信號回路屏蔽層以及排擾線相同的情況下，最好都設(shè)置一個相應(yīng)的接地點(diǎn)，以此來避免接地點(diǎn)過多，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。在決定信號回路在哪一位置接地時，需要結(jié)合所使用的儀器類型。用于測量溫度流量等的傳感器，需要在現(xiàn)場進(jìn)行接地。以此來保證信號的精確性，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)對感應(yīng)信號及外部輸入信號帶來的干擾的消除。

2 自動控制系統(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，最終的匯流排會匯入動力柜中。信號線纜中的人部分模擬信號都采用了單端接地的方式，以此來避免雙端接地時，由于不同電勢的存在而導(dǎo)致接地中出現(xiàn)電流干擾信號。而針對數(shù)字信號來說，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，會與地之間產(chǎn)生感應(yīng)電流，其電壓越人，所需的電纜越長，但是并不會導(dǎo)致電流環(huán)流的形成，在其中一端連接屏蔽層與地時，通過對電勢電位差的壓制，能夠?qū)崿F(xiàn)對電磁干擾的消除。如果電纜長度在特定距離范圍內(nèi)，就能夠形成良好的效果。在對用于屏蔽信號的電纜層兩端進(jìn)行接地的過程中，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。

如果接地線在系統(tǒng)內(nèi)采用了單獨(dú)發(fā)計的方式，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)對干擾信號的避免。

2.2 對信號隔離器的利用

采用導(dǎo)體器件調(diào)制變換變送器信號或儀表信號后，通過光感器件或磁感器件對其的隔離轉(zhuǎn)換，在經(jīng)過解調(diào)變換后，能夠使信號恢復(fù)到隔離前，同時采用隔離的方式來處理供電電源，能夠使信號在經(jīng)過變換后，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_信號進(jìn)行有效地預(yù)防。

2.3 對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，切勿將零線連接于用于連接變頻器與地的一端。

2.4 對系統(tǒng)電纜線路的正確敷設(shè)和選用

想要做到對感應(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。針對空間位置來說，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。可以對相鄰的兩根控制線進(jìn)行相絞。以此來做到對電磁干擾的減少。

3變頻器使用問題處理

3.1 散熱問題

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，對環(huán)境溫度進(jìn)行10攝氏度的提升后，就會減少變頻器一半的使用壽命。因此想要做到對變頻器的正確使用，就必須對散熱問題進(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)會受到其所形成的諧波帶來的干擾，進(jìn)而導(dǎo)致電壓畸變的出現(xiàn)，對電網(wǎng)供電質(zhì)量造成影響，高次諧波還會增加電動機(jī)定子對銅和鐵材料的消耗。

變頻器通常會采用開關(guān)器件來作為輸出部分，例如IGBT等，在對能量進(jìn)行輸出的同時，都會給輸出線帶來極人的輻射干擾，進(jìn)而導(dǎo)致周邊的電器無法正常工作。根據(jù)國外諧波標(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)備帶來的影響，可以在變頻器中通過對交流電抗器以及直流電抗器等的采用，來進(jìn)行輸入或輸出，以此來降低進(jìn)線中的THDV。同時，用電設(shè)備系統(tǒng)中人多會用到以下方法。

（2）對隔離變壓器的使用。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，還能夠保護(hù)電源免于受到用電器帶來的影響。部分還能夠吸收尖峰電壓，對所有用電設(shè)備有著大量的益處。

4 結(jié)束語

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程中，所采用的措施需要具有合理性，不僅需要對其效果加以考慮，還需要考慮價格，并根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況來進(jìn)行決定。對能夠解決問題的措施加以采用即可，多采用的抗干擾措施過多的話，反而會導(dǎo)致額外干擾的產(chǎn)生，因此，需要根據(jù)實(shí)際情況來進(jìn)行針對性解決。

參考文獻(xiàn)

[1]陳超蘇.PLC控制系統(tǒng)及變頻器應(yīng)用的抗干擾問題[J]世界儀表

與自動化，2010，9 （12）：60-61[2]趙劍，孫曉琳.PLC控制系統(tǒng)的電磁干擾來源和抗干擾設(shè)計[J]

科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2015 （13）：128.[3]李紀(jì)魁淺析PLC控制系統(tǒng)及變頻器應(yīng)用中的電磁干擾現(xiàn)象[J]

科技與企業(yè)，2015 （12）：81