安科(kē)瑞 陳(chén)聰(cōng)

 摘要：PLC/DCS控(kòng)製(zhì)係統(tǒng)在實際(jì)運(yùn)行(háng)過(guò)程中(zhōng)經(jīng)常會出(chū)現(xiàn)幹擾問題，造(zào)成(chéng)現(xiàn)場(cháng)儀器出(chū)現(xiàn)故(gù)障，模擬量顯示異(yì)常(cháng)及數據不(bù)穩(wěn)定(dìng)等(děng)現(xiàn)象。信(xìn)號隔(gé)離器能遏製外界幹擾，同時對(duì)下(xià)級設(shè)備(bèi)具有限壓(yā)，限(xiàn)流的功能(néng)，從(cóng)而實現(xiàn)對(duì)設備(bèi)的(dí)防護(hù)。

  關鍵詞(cí)：信(xìn)號隔離器；PLC/DCS；變頻器；幹(gān)擾(rǎo)

  0：概(gài)述

  隨著工(gōng)業自動化程(chéng)度的不斷提高(gāo)，變(biàn)頻(pín)器(qì)也得(dé)到了非常(cháng)廣泛(fàn)的應用。作為(wéi)電力電子器件，變(biàn)頻器中要進行大功(gōng)率(shuài)二極(jí)管整流，大功(gōng)率晶(jīng)體(tǐ)管變壓，在輸(shū)入輸(shū)出回(huí)路(lù)產生(shēng)電流(liú)高(gāo)次諧波，幹擾供(gōng)電係統，負(fù)載以及附近(jìn)其(qí)它電(diàn)氣(qì)設備。在實際(jì)使用(yòng)過程中(zhōng)，經(jīng)常遇(yù)到(dào)變頻器諧波(bō)幹擾問題。

  工業現場PLC/DCS控製(zhì)係統中(zhōng)，常常會出(chū)現(xiàn)測量(liáng)信(xìn)號不(bù)穩定現(xiàn)象(xiàng)，一(yī)種是由(yóu)電磁(cí)幹擾導致(zhì)，另一(yī)種是(shì)高(gāo)頻(pín)信號滲入(rù)，如(rú)電(diàn)流信號(hào)輸出(chū)控(kòng)製(zhì)變(biàn)頻器，變頻器高(gāo)頻幹擾(rǎo)滲入信號中，這(zhè)樣的(dí)幹擾信(xìn)號使(shǐ)得變(biàn)頻器(qì)和(hé)閥門工(gōng)作不穩定(dìng)，在(zài)兩個設備(bèi)信號連(lián)接(jiē)之間加裝信(xìn)號(hào)隔離器(qì)，是解決電磁幹擾及(jí)高(gāo)頻信(xìn)號(hào)滲(shèn)入(rù)影響的(dí)方法(fǎ)之(zhī)一。

  1：PLC/DCS控製係統中(zhōng)的(dí)幹擾(rǎo)

  PLC/DCS控製係統(tǒng)中主(zhǔ)要(yào)幹擾(rǎo)源有:空(kōng)間的輻射幹擾，信(xìn)號(hào)綫引(yǐn)入的(dí)幹(gān)擾，接(jiē)地係統混亂(luàn)時(shí)的幹擾，PLC/DCS係統(tǒng)內(nèi)部的幹擾(rǎo)，其中電源的幹(gān)擾和(hé)信號綫引(yǐn)入(rù)的幹擾(rǎo)，通常稱(chēng)為傳導(dǎo)幹擾(rǎo)，這種傳導幹擾在工(gōng)業(yè)現場(cháng)較常(cháng)見(jiàn)也較嚴重(zhòng)。

  1.1 PLC/DCS控製(zhì)係(xì)統幹擾類型及(jí)現象(xiàng)

  PLC/DCS控(kòng)製係統中幹(gān)擾的類型通常按(àn)幹擾(rǎo)模(mó)式不同劃分，分(fēn)為共(gòng)模(mó)幹擾和差模幹擾。共(gòng)模幹擾(rǎo)是(shì)信(xìn)號(hào)對(duì)地(dì)的電(diàn)位差(chà)，主要由(yóu)電網串(chuàn)入(rù)，地電(diàn)位差及(jí)空間(jiān)電(diàn)磁輻(fú)射(shè)在信(xìn)號(hào)綫上(shàng)感(gǎn)應的共(gòng)態（同(tóng)方向(xiàng)）電壓疊加(jiā)所形(xíng)成。差模幹擾是指作用於(yú)信(xìn)號(hào)兩極間的幹擾電壓(yā)，主要是(shì)由空間電磁場在信(xìn)號(hào)間耦合(hé)感應(yīng)及(jí)由不平(píng)衡電路轉換共模(mó)幹(gān)擾所(suǒ)形成(chéng)的(dí)電壓，這種電壓(yā)疊加(jiā)在信(xìn)號上，會直(zhí)接影(yǐng)響測量和控製(zhì)精(jīng)度。

  1.2 PLC/DCS控製(zhì)係(xì)統(tǒng)幹(gān)擾(rǎo)問題解決方向

  1) 切斷或衰(shuāi)減(jiǎn)電磁幹(gān)擾的傳播(bō)途徑

  2) 提(tí)高裝(zhuāng)置和係統(tǒng)的抗幹擾的(dí)能力(lì)

  2: 信號(hào)隔離(lí)器在PLC/DCS控製係統(tǒng)中(zhōng)的(dí)作(zuò)用

  實(shí)際應(yīng)用(yòng)中，控製(zhì)係(xì)統中的(dí)信號(hào)幹擾問(wèn)題有(yǒu)時會(huì)非(fēi)常(cháng)嚴重，有(yǒu)些時(shí)候即(jí)使信(xìn)號(hào)電(diàn)纜采(cǎi)用屏蔽(bì)綫(xiàn)也(yě)不(bù)能(néng)都排除(chú)這些(xiē)幹擾，例(lì)如(rú)由(yóu)於接(jiē)地點(diǎn)不同(tóng)引起(qǐ)的接地環(huán)流幹(gān)擾(rǎo)。而采用信號(hào)隔離(lí)器(qì)的(dí)接綫(xiàn)方式切斷了傳導幹(gān)擾的(dí)傳播途徑，減(jiǎn)小設(shè)備(bèi)直接(jiē)連接的(dí)接地環路帶來(lái)的信(xìn)號失真，可以提高在(zài)PLC/DCS控(kòng)製(zhì)係統(tǒng)中模擬量控製(zhì)模塊(kuài)每一路信號(hào)供電電(diàn)源安全性，穩定(dìng)性(xìng)和相對(duì)獨(dú)立性，這樣便可(kě)以降(jiàng)低(dī)因(yīn)為雷(léi)擊過(guò)電(diàn)壓等原(yuán)因可能會(huì)造成(chéng)的(dí)模板擊穿或燒(shāo)毀(huǐ)概率(shuài)，提高(gāo)了(liǎo)控(kòng)製模(mó)塊(kuài)的(dí)測(cè)量精度和(hé)4-20MA 模(mó)擬量(liáng)信(xìn)號(hào)抗工頻電(diàn)磁幹擾的(dí)能(néng)力(lì)，保證了(liǎo)控製係統的安全穩定(dìng)運行(háng)。

  3： BM100信號(hào)隔(gé)離(lí)器(qì)

  3.1 概述    

  BM100係(xì)列信號隔離(lí)器在(zài)工(gōng)業生產中為增加儀表(biǎo)負(fù)載能(néng)力並保證(zhèng)連接(jiē)同(tóng)一信號(hào)的(dí)儀(yí)表之(zhī)間互不(bù)幹擾，提高電(diàn)氣(qì)安全性能。BM100信號(hào)隔離器(qì)將輸入的電(diàn)壓，電(diàn)流(liú)，電(diàn)阻(zǔ)或溫(wēn)度等(děng)信號進行采(cǎi)集(jí)，放(fàng)大，運(yùn)算，並(bìng)進(jìn)行抗幹擾處理(lǐ)後(hòu)，再輸(shū)出隔離的電(diàn)流和電(diàn)壓信號，安全的輸(shū)送給二次儀(yí)表或PLC/DCS使用。

BM100係(xì)列信號(hào)隔(gé)離器外(wài)觀圖

  3.2 技(jì)術參數

  3.3 應(yīng)用實(shí)例

  BM100信號隔(gé)離器(qì)在(zài)變頻器諧波幹(gān)擾中的應(yīng)用

  某銅(tóng)鎳(niè)礦萬噸(dūn)鎳冶煉技改擴建(jiàn)工程(chéng)中，循(xún)環水泵(bèng)房(fáng)，變頻器(qì)控製水泵用的是(shì)一台(tái)變(biàn)頻器控製(zhì)兩台(tái)水(shuǐ)泵(bèng)的控(kòng)製原(yuán)理(lǐ)，該變頻器(qì)控(kòng)製(zhì)設(shè)置為三地控(kòng)製，分(fēn)別(bié)為：就(jiù)地現(xiàn)場(cháng)控製箱控製(zhì)，集(jí)中變(biàn)頻器(qì)櫃(guì)控(kòng)製(zhì)及(jí)遠(yuǎn)程中控(kòng)室(shì)DCS控製(zhì)。三地(dì)都能實(shí)現兩(liǎng)台水泵(bèng)的(dí)啟停控(kòng)製(zhì)，但(dàn)是變頻器(qì)的電流顯示(shì)及頻(pín)率顯(xiǎn)示(shì)都(dū)無法(fǎ)工(gōng)作(zuò)正常，遠(yuǎn)程中(zhōng)控(kòng)室的(dí)水(shuǐ)泵電(diàn)流與頻率(shuài)反饋也(yě)就(jiù)無法工作。遠(yuǎn)程中控DCS控(kòng)製水(shuǐ)泵的頻率(shuài)給定與實(shí)際值(zhí)也(yě)存在偏(piān)差(chà)，有時工(gōng)作(zuò)不能正(zhèng)常給定。起初(chū)懷疑電流表(biǎo)，頻率表(biǎo)，信號(hào)綫(xiàn)及流(liú)體介質(zhì)有(yǒu)問題(tí)，更換(huàn)了所有這(zhè)些儀表(biǎo)，信(xìn)號電纜，並把動力(lì)綫(xiàn)與信號(hào)控(kòng)製(zhì)電纜(lǎn)分開走電(diàn)纜橋(qiáo)架(jià)，故(gù)障依然存在(zài)。原因(yīn)是變頻(pín)器(qì)的高次諧波電流通(tōng)過輸出(chū)電纜向(xiàng)外輻射，傳遞到(dào)信(xìn)號(hào)電纜，引起幹擾。如(rú)圖(tú)2所示(shì)。

圖(tú)2

  解決辦法：將變頻器(qì)中電流(liú)反饋(kuì)信(xìn)號(hào)及頻率(shuài)反(fǎn)饋信號分(fēn)別(bié)輸入(rù)給信號隔離器(qì)，再把隔離輸(shū)出(chū)信(xìn)號分(fēn)別輸(shū)送給(gěi)電(diàn)流表，頻率表及(jí)遠程DCS控(kòng)製室(shì)電(diàn)流與頻(pín)率反(fǎn)饋(kuì)。遠(yuǎn)程中(zhōng)控室(shì)頻(pín)率(shuài)，給(gěi)定信號也(yě)進(jìn)入(rù)信號隔離(lí)器然後接(jiē)至(zhì)變頻器。遠(yuǎn)程中控DCS控(kòng)製(zhì)頻率(shuài)輸(shū)入(rù)信(xìn)號，電流反饋(kuì)，頻(pín)率(shuài)反(fǎn)饋(kuì)，電流表及頻(pín)率表(biǎo)顯示正(zhèng)常(cháng)，故(gù)障排除(chú)。如圖3所(suǒ)示(shì)

圖(tú)3  信(xìn)號隔離器應用示(shì)意圖

  4：結束(shù)語

  在(zài)PLC/DCS控製(zhì)係統(tǒng)中加入(rù)信(xìn)號隔離(lí)器的連(lián)接方式(shì)，解決了控製係統中(zhōng)的幹擾問題(tí)，目前在冶煉，水(shuǐ)處(chǔ)理，化工，火(huǒ)電，工(gōng)業自動化等(děng)多個(gè)行業(yè)已(yǐ)經批量應用 ，對提高PLC/DCS控(kòng)製係統(tǒng)測量信(xìn)號(hào)的(dí)精度和係統(tǒng)的(dí)安全(quán)穩定(dìng)，可(kě)靠運行(háng)提供了(liǎo)保(bǎo)障(zhàng)。

  參考(kǎo)文(wén)獻

  [1] 企業微(wēi)電網(wǎng)設計(jì)與應(yīng)用(yòng)手冊.2020.6.

  [2] 張騰.變(biàn)頻器對PLC幹擾常(cháng)見故障的(dí)分(fēn)析(xī)與處理[J].電(diàn)子測試(shì),2019(13):120-121.

  [3] 張(zhāng)夢.基於(yú)係統幹擾談(tán)信(xìn)號隔(gé)離(lí)器(qì)在工業現場的應(yīng)用[J].世界(jiè)儀表與自(zì)動(dòng)化,2008,12(11):60-62.