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      自動化控制系統抗干擾技術剖析

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      自動化控制系統抗干擾技術剖析

      摘要:自動化控制系統在工業領域的應用極大地推動了工業發展,有效提高了工業生產效益,但是在實際操作中工業自動化控制系統也暴露出很多問題,特別是受到多種因素的干擾,嚴重影響了工業自動化控制系統的穩定性,針對這個情況,應積極采取有效的抗干擾技術,最大程度地降低或者消除各種干擾源。本文分析了工業自動化控制系統的干擾情況,闡述了工業自動化控制系統的抗干擾技術,以供參考。

      關鍵詞:工業;自動化控制系統;抗干擾技術

      近年來,我國工業發展逐漸朝著自動化、信息化、智能化方向發展,越來越多的自動化控制系統被應用在工業生產中,然而工業自動化控制系統應用現狀卻不理想,各種各樣的干擾源對于自動化控制系統的穩定、正常運行產生了直接影響,所以應充分了解工業自動化控制系統受到的干擾情況,有針對性地進行抗干擾處理,提高工業自動化控制系統運行的穩定性。

      1工業自動化控制系統的干擾分析

      1.1傳導干擾

      (1)信號線引入干擾。

      電流通過信號線過程中產生感應磁場,相鄰信號線受到感應磁場影響會產生一定的感應電流,隨著感應電流的增大,和檢測開關相連接的接收設備會受到干擾影響,由于信號線中電流持續流過,會影響和信號線相連接的自動化控制系統正常運行,使得控制器邏輯數據不穩定,甚至發生死機或者錯誤動作。

      (2)設計施工干擾。

      工業自動化控制系統在施工設計階段,由于操作、設備型號、調試、安裝、工程技術設計等因素,安裝設計過程中,接地系統混亂或者控制器、高頻發生器或者開關高功率設備之間的距離較短,造成工業自動化控制系統設計施工干擾。

      (3)電源線干擾。

      工業現場的電源線干擾非常常見,其主要來自兩個方面,一方面是工業自動化控制系統受到供電電源耦合影響;另一方面,干擾信號通過供電電源系統進入自動化控制系統。工業自動化控制系統主要通過電網電源供電,其運行過程中經常受到很多因素的干擾和影響,例如,電網短路暫態沖擊、大功率用電設備停止或者開啟、電網波動等都會影響工業自動化控制系統的正常運行。

      1.2輻射干擾

      工業自動化控制系統受到的輻射干擾主要是指電弧電路、高頻感應設備、雷電、射頻設備等產生的干擾,對于這種干擾源,在實際應用中沒有很好的方法進行消除,而可以通過減弱或者直接切斷電磁干擾傳播途徑,采用裝設防雷設備、合理布置線路、保護隔離、等位機屏蔽或者聯機等措施,保障工業自動化控制系統的安全運行。

      2工業自動化控制系統的抗干擾技術

      2.1軟件設計

      工業自動化控制系統設計過程中,采用慣性濾波、限幅濾波、中位值濾波、平均值濾波等方法通過計算機程序對系統信號實現數學處理,消除或者減少干擾信號的強度、數量,保障輸入信號的穩定性和可靠性,這種方法計算機程序很容易移植,便于修改系統參數,有效提高數字濾波的穩定。

      2.2管線設計

      為了減少工業自動化控制系統的干擾,應優化管線設計,包括通信線、電源線、信號線管道等,電源線設置應和通信管線保持足夠距離,并且使用金屬管道覆蓋通信管線,正確敷設電纜線路,結合抗干擾、經濟性、實用性等因素,選擇合適的信號電纜線,其中最常見的是雙芯屏蔽雙絞線,電纜線敷設過程中應注意以下問題:其一,對于不同信號,敷設不同電纜線路,結合傳輸信號類型,分層敷設電纜線路;其二,不能使用同一根多芯電纜同時傳輸數字信號和模擬信號,電纜和電源線不能共用;其三,不能在同一個線槽中放置電源線纜和信號線纜,避免平行、近距離的進行敷設施工,若電源線纜和信號線纜必須放置在一起,兩種線纜應保持60cm以上的距離;其四,大功率電動機應和信號線纜保持適當的距離。

      2.3電源設計

      若工業生產現場包含變頻器和大功率器件,對于電源線路采取科學有效的抗干擾措施,對電源設備進行有效隔離,在進線電源分級部位設置避雷器,使用隔離變壓器設置在PLC電源輸入端,對于隔離變壓器的次級繞組和初級繞組,裝設屏蔽層,然后做好可靠接地,通過雙絞線作為二次側接線。

      2.4接地設計

      工業生產現場環境變化會干擾信號線,發生誤動作、測量精度下降、死機、程序跑飛、系統數據混亂等現象,這主要是由于接地系統設置不合理,對于工業自動化控制系統應做好接地設計,通過正確、合理的接地設計,有效抑制工業自動化控制系統受到電磁干擾影響,在實際應用中包括信號屏蔽接地、系統接地和安全接地。工業自動化控制系統接地設計過程中,嚴格區分保護接地和工作接地,保護接地電阻不能超過2歐姆,強電設備接地點和接地極接地點之間保持10m以上的距離,埋設在工業生產現場建筑物周圍10m的區域。信號源接地設計,在信號側接地設置屏蔽層,若信號線中間如果有接頭,做好絕緣處理,牢固連接屏蔽層,防止信號線多點接地,連接多芯對絞電纜線和屏蔽雙絞線,相互連接好各個屏蔽層,然后進行絕緣處理以后,選擇合適接地位置進行單點接地。另外,計算機接入信號之前,在大地和信號線之間連接電容,有效減少共模干擾,將濾波器裝設在信號兩極之間,減少差模干擾。

      2.5選擇合適器件

      結合不同電子設備的特性,選擇合適的器件,例如,通過設置RC、AD雙積分濾波器,使電流信號和電壓信號轉換傳輸過程中消除高頻干擾,有效減少差模干擾。采用雙絞線和差動輸入器,做好單邊接地、屏蔽地線和光電隔離,消除共模干擾。

      3結束語

      工業自動化控制系統在實際應用中容易受到各種各樣的干擾影響,而干擾抑制是一項非常復雜、系統的項目,應綜合考慮多方面因素,在施工設計過程中結合自動化控制系統的規格和型號,做好各方面的抗干擾設計,提高工業自動化控制系統的安全性和可靠性。

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      作者:李曉亮 耿小強 單位:東軟集團股份有限公司

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