帶你了解DCS/PLC系統(tǒng)的干擾源有哪些

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，DCS/PLC控制系統(tǒng)等自動(dòng)化設(shè)備在工業(yè)控制中的應(yīng)用越來越廣泛。這種控制系統(tǒng)的可靠性直接影響到工業(yè)企業(yè)的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。系統(tǒng)的抗干擾能力是整個(gè)系統(tǒng)可靠運(yùn)行的關(guān)鍵。自動(dòng)化系統(tǒng)中使用的各種類型的DCS和PLC控制系統(tǒng)和其他自動(dòng)化設(shè)備有的集中安裝在控制室，有的安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)和各種電機(jī)設(shè)備上。它們大多處于強(qiáng)電電路和強(qiáng)電設(shè)備形成的惡劣電磁環(huán)境中。為了提高此類控制系統(tǒng)的可靠性，有必要清理各種干擾，以有效使系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。

DCS和PLC控制系統(tǒng)中的主要電磁干擾源：

1空間輻射干擾空間輻射電磁場(chǎng)（EMI）主要由電網(wǎng)產(chǎn)生，電氣設(shè)備、雷電、無線電廣播、電視、雷達(dá)、高頻感應(yīng)加熱設(shè)備等的瞬態(tài)過程通常稱為輻射干擾，其分布極其復(fù)雜。如果DCS/PLC系統(tǒng)置于射頻場(chǎng)，則會(huì)受到輻射干擾，其影響主要通過兩條路徑；首先，電路感應(yīng)直接干擾DCS/PLC的內(nèi)部輻射；二是對(duì)DCS/PLC通信網(wǎng)絡(luò)的輻射。干擾是由通信線路的感應(yīng)引起的。輻射干擾與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的布置和設(shè)備產(chǎn)生的電磁場(chǎng)大小有關(guān)，尤其與頻率有關(guān)。一般通過設(shè)置屏蔽電纜、系統(tǒng)局部屏蔽和高壓泄壓元件進(jìn)行保護(hù)。系統(tǒng)外部引線的傳導(dǎo)干擾主要通過電源線和信號(hào)線引入，通常稱為傳導(dǎo)干擾。這種干擾在中國的工業(yè)場(chǎng)地更為嚴(yán)重。

a、 來自電源的干擾實(shí)踐證明

由于電源引入的干擾，導(dǎo)致許多DCS/PLC控制系統(tǒng)故障。DCS/PLC系統(tǒng)的正常供電由電網(wǎng)供電。由于電網(wǎng)覆蓋范圍廣，將受到所有空間電磁干擾，然而，線路上的感應(yīng)電壓和電流，尤其是電網(wǎng)內(nèi)部的變化、開關(guān)浪涌、大型電力設(shè)備的啟動(dòng)和停止、交直流旋轉(zhuǎn)設(shè)備引起的諧波、電網(wǎng)短路瞬變影響等。，都通過輸電線路傳輸?shù)诫娫磦?cè)。系統(tǒng)電源通常采用隔離電源，但由于其機(jī)理和制造工藝因素，其隔離度不理想。事實(shí)上，由于分布參數(shù)的存在，特別是分布電容的存在，隔離是不可能的。

b、 來自信號(hào)線的干擾

連接到DCS/PLC控制系統(tǒng)的各種信號(hào)傳輸線，除了傳輸各種有效信號(hào)外，總會(huì)有外部干擾信號(hào)入侵。這種干擾主要有兩種方式：一種是通過發(fā)射機(jī)或普通信號(hào)儀表的電源進(jìn)行的電網(wǎng)干擾，這種干擾往往被忽視；其次，信號(hào)線受到空間電磁輻射感應(yīng)的嚴(yán)重干擾，即信號(hào)線上的外部感應(yīng)干擾。傳輸信號(hào)引入的干擾將導(dǎo)致輸入輸出信號(hào)的異常操作，并大大降低測(cè)量精度。嚴(yán)重情況下，會(huì)導(dǎo)致部件損壞。對(duì)于隔離性能差的系統(tǒng)，也會(huì)造成信號(hào)之間的相互干擾，導(dǎo)致公共接地系統(tǒng)總線回流，并導(dǎo)致邏輯數(shù)據(jù)變化誤操作和崩潰。DCS/PLC控制系統(tǒng)中由于信號(hào)干擾而損壞的輸入輸出模塊數(shù)量相當(dāng)嚴(yán)重，導(dǎo)致許多系統(tǒng)故障。

3、無序接地系統(tǒng)的干擾

接地是提高電子設(shè)備電磁兼容性（EMC）的有效手段之一適當(dāng)?shù)慕拥夭粌H可以抑制電磁干擾的影響，還可以抑制設(shè)備的外部干擾；但是，接地錯(cuò)誤會(huì)引入嚴(yán)重的干擾信號(hào)，使DCS/PLC系統(tǒng)無法正常工作。DCS/PLC控制系統(tǒng)的接地線包括系統(tǒng)接地、屏蔽接地、交流接地和保護(hù)接地。接地系統(tǒng)混沌對(duì)DCS/PLC系統(tǒng)的干擾主要是由于每個(gè)接地點(diǎn)的電位分布不均，不同接地點(diǎn)之間的地電位差，造成接地回路電流，影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。例如，電纜屏蔽層需要在一個(gè)點(diǎn)接地。如果電纜屏蔽層的a端和B端都接地，則接地與流經(jīng)屏蔽層的電流之間存在電位差。當(dāng)雷擊發(fā)生在異常狀態(tài)時(shí)，接地線的電流會(huì)更大。

此外，屏蔽層、接地線和大地可形成閉合回路。在變化磁場(chǎng)的作用下，屏蔽層中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，通過屏蔽層與芯線的會(huì)聚，干擾信號(hào)電路。如果系統(tǒng)接地和其他接地處理混亂，產(chǎn)生的接地循環(huán)可能會(huì)在地線上產(chǎn)生不均勻的電位分布，影響PLC中邏輯電路和模擬電路的正常運(yùn)行。PLC的邏輯電壓干擾容限較低，邏輯地電位的分布干擾容易影響DCS/PLC的邏輯操作和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，導(dǎo)致數(shù)據(jù)混亂，程序飛出或崩潰。模擬地電位的分布將導(dǎo)致測(cè)量精度的下降，信號(hào)測(cè)量和控制的嚴(yán)重失真和誤操作。

4 、dcs/plc控制系統(tǒng)內(nèi)部的干擾

主要是由于系統(tǒng)中元件和電路之間的相互電磁輻射引起的，如邏輯電路的相互輻射及其對(duì)模擬電路的影響，模擬和邏輯接地之間的相互影響，元件之間的不匹配。這些都是DCS/PLC制造商對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行EMC設(shè)計(jì)的內(nèi)容。它們很復(fù)雜，不能作為一個(gè)應(yīng)用部門來改變，無需考慮太多，但應(yīng)選擇應(yīng)用實(shí)踐較多或經(jīng)過驗(yàn)證的系統(tǒng)。

常見干擾現(xiàn)象和判斷方法現(xiàn)象：

a.當(dāng)系統(tǒng)發(fā)出命令時(shí)，電機(jī)旋轉(zhuǎn)不規(guī)則

B.當(dāng)信號(hào)等于零時(shí)，數(shù)顯表數(shù)值隨機(jī)跳變；

C、 傳感器工作時(shí)，DCS/PLC采集的信號(hào)與實(shí)際參數(shù)對(duì)應(yīng)的信號(hào)值不匹配，誤差值隨機(jī)且不規(guī)則。

D.與交流伺服系統(tǒng)（如顯示器）共用同一電源不能正常工作。判斷步驟如下：

A、 使用萬用表的交流檔位檢測(cè)接收端口。如果受到干擾，將產(chǎn)生交流信號(hào)。如果信號(hào)小，則對(duì)信號(hào)采集的影響很小。如果交流信號(hào)較大，則會(huì)影響該值。需要解決。

B.檢查端口端是否接地？如果接地中存在任何懸浮或接地不良情況，使用萬用表測(cè)量端口端和接地之間的電壓差（可以是系統(tǒng)接地或信號(hào)接地）。如果存在交流電壓，則表示存在干擾。如果沒有交流電壓，則存在直流電壓差。該電壓差較大，影響系統(tǒng)；如果差異很小，影響可以忽略不計(jì)工業(yè)自動(dòng)化常用的產(chǎn)品是DCS和PLC，具有較高的技術(shù)水平。我們經(jīng)常在大型工廠看到這兩個(gè)系統(tǒng)。

C、看屏蔽層是否接地，是單點(diǎn)接地還是雙點(diǎn)接地。

解決系統(tǒng)干擾的方法更簡(jiǎn)單：

（1）強(qiáng)電干擾：

儀表信號(hào)、DCS/PLC控制信號(hào)是弱電，容易受到強(qiáng)電的干擾。因此，通信線、信號(hào)線、控制線等弱電信號(hào)在柜外布線時(shí)遠(yuǎn)離強(qiáng)電(敷設(shè)電纜溝、電纜橋架、穿管等)，間距不小于20CM當(dāng)電纜溝多層時(shí)，需要在強(qiáng)電纜下敷設(shè)弱電纜。

（2）柜內(nèi)干擾:

DCS/PLC該系統(tǒng)不能與高壓電器安裝在同一開關(guān)中，PLC輸出采用中間繼電器隔離外部開關(guān)量信號(hào)。如果現(xiàn)場(chǎng)條件有限，輸入信號(hào)不能有效地與強(qiáng)電纜隔離，小型繼電器可以用來隔離輸入端的開關(guān)量信號(hào)。DCS/PLC控制柜內(nèi)的輸入信號(hào)和離控制柜不遠(yuǎn)的輸入信號(hào)一般不需要用繼電器隔離。

控制柜內(nèi)的有很多信號(hào)線．如走線混亂，會(huì)引起設(shè)備誤動(dòng)作，檢查起來卻相當(dāng)麻煩．所以在控制柜設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮到這種情況，設(shè)備分層擺放，走線清晰．成套時(shí)，將PLC舊線和大功率線分開布線。如果交流線和直流線需要分別綁定在同一線槽中。

如果條件允許，好分槽布線，使其有盡可能大的空間距離，并努力大限度地減少干擾。不同的信號(hào)線好不要使用相同的插件。如果需要使用相同的插件，則應(yīng)使用備用端子或地線端子將其分開，以減少相互干擾。PLC不能與高壓電器安裝在同一開關(guān)柜內(nèi)，在柜內(nèi)PLC 應(yīng)遠(yuǎn)離動(dòng)力線(兩者之間的距離應(yīng)大于200mm ) ．與PLC繼電器、接觸器等安裝在同一柜內(nèi)的電感負(fù)載應(yīng)并聯(lián)RC消弧電路。

（3）信號(hào)線的抗干擾信號(hào)線承擔(dān)檢測(cè)信號(hào)和控制信號(hào)的傳輸任務(wù)，傳輸質(zhì)量直接影響整個(gè)控制系統(tǒng)的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性和可靠性。對(duì)信號(hào)線的干擾主要來自空間的電磁輻射，包括差模干擾和共模干擾。差模干擾是指疊加在測(cè)量信號(hào)線上的干擾信號(hào)，主要是高頻交替信號(hào)，其來源通常是蓮花干擾。抑制正常干擾的方法包括：

A、連接輸入回路RC濾波器或雙T濾波器；

B、盡量采用雙積分式A/D由于該積分器的工作特點(diǎn)，轉(zhuǎn)換器具有清理高頻干擾的作用；

C、將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)。

共模干擾是指信號(hào)線上共有的干擾信號(hào)，一般由被測(cè)信號(hào)的接地端與控制系統(tǒng)的接地端有一定的電位差引起。當(dāng)兩條信號(hào)線上的周期和振幅基本相等時(shí)，上述方法無法清理或抑制。

方法如下:

A、差動(dòng)放大器采用雙差分輸入，共模抑制比高；

B、輸入線采用絞合線，可減少共模干擾，其感應(yīng)相互抵消;

C、采用光電隔離法清理共模干擾；

D、使用屏蔽線，單邊接地；

為避免信號(hào)失真，注意長距離傳輸信號(hào)的阻抗匹配。

開關(guān)量信號(hào)（如按鈕、限位開關(guān)、接近開關(guān)等信號(hào)）一般對(duì)電纜沒有特殊要求，可選擇一般電纜，當(dāng)信號(hào)傳輸距離較遠(yuǎn)時(shí)，可選擇屏蔽電纜。模擬信號(hào)和高速信號(hào)線（如脈沖傳感器、計(jì)數(shù)盤等信號(hào)）應(yīng)選擇屏蔽電纜。通信電纜要求高可靠性，部分通信電纜信號(hào)頻率高，一般應(yīng)選擇PLC 制造商提供的特殊電纜也可以選擇屏蔽雙絞線電纜，但質(zhì)量較好。隨著自動(dòng)化設(shè)備在工業(yè)控制中的廣泛應(yīng)用，干擾問題越來越突出。如何有效地清理和抵抗自動(dòng)控制中的干擾也越來越受到重視。本文只簡(jiǎn)要分析了自動(dòng)控制系統(tǒng)中常見的干擾問題，希望能幫助公司自動(dòng)化生產(chǎn)中的干擾問題。

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