控制系统中的抗干扰技术
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发射台自动化控制系统的抗干扰措施发射台运用微机控制系统实现发射机自动化的过程中,要保证系统安全可靠运行。
除要求构成系统本身的元器件质量稳定可靠外,更重要的是克服周围环境的干扰。
在设计控制系统时忽视对可能产生干扰源的分析,缺乏必要抗干扰措施,无论该系统硬件和软件如何先进、完善,都有可能由于干扰使得控制系统无法正常运行,因此必须对发射台自动化控制系统的干扰问题有足够的认识。
一、对于发射台自动控制系统的干扰源主要有三种(1)电磁波干扰发射机是发射台的核心设备,也是各自动控制系统的主要被控对象。
发射机的任务是不断产生高频电能,而天馈线是强电磁波的发生体。
在发射台内高频干扰是影响各自动化系统正常运行的重要因素。
在大功率发射机附近的强电磁场中,设备外壳、一段导线均可产生较大感应电动势而形成干扰。
另外各种控制继电器动作.电子管过流、闪烁、大电流触点的合断均可产生瞬间脉冲干扰,而脉冲干扰信号的频谱很宽,可以从几十kHz到200MHz。
所有这些干扰都可导致自动化系统程序运行失控,影响正常运行。
(2)信号通道接口引入的干扰自动化系统与被控对象以及其他外部设备之间的连接都通过信号通道来实现。
模拟量、开关量的取样输入,控制开关或模拟控制输出都是干扰串人的主要途径。
干扰信号有些是从取样电路串入的,有些是从长距离传输线上感应进来的,有时还有因电路阻抗匹配不好引起发射所造成的。
(3)电源系统引入的干扰共用电源的其他设备,所产生的干扰有可能产生使自动化系统误动作,电网上用电设备大部分是电感器件,当大电流切换时,产生瞬间过电压,时间虽极短,但瞬间电压可高于正常电压几倍,形成很高的干扰脉冲电压。
控制和被控制设备由于使用电源共地,在公共地线阻抗上产生脉冲电压在输入回路上叠加,会形成干扰信号。
二、抑制电源噪声的抗干扰技术(1)采用交流稳压和直流稳压采用交流稳压,可保证供电的稳定性,防止电源系统的过压与欠压,以提高系统的可靠性;对于直流稳压,可采用交流进线滤波器和输出滤波器,对高频干扰信号采用无源滤波电路进行抑制以降低成本,对低频噪声则采用有源滤波器进行抑制。
抗干扰技术在工业自动化控制系统中的应用摘要:工业自动化的发展让自动化控制系统的抗干扰技术得到了长足进步。
本文指出了常见的干扰源,并由此而提出了一系列抗干扰措施,结合某燃气控制系统介绍了抗干扰措施的实际应用。
abstract:the development of industrial automation for automation control system anti-interference technology got rapid progress. this paper points out the common interference sources, from this put forward a series of anti-interference measures, combined with a gas control system introduced the practical application of anti-interference measures.关键词:自动控制;抗干扰;抗干扰抑制key words:automaticcontrol,anti-interference,interference restraint中图分类号:[f287.2] 文献标识码:a 文章编号:工业自动化控制系统的硬件由大规模集成微处理芯片构成的可编程控制器(plc)、现场总线控制系统(fcs)、分散型控制系统(dcs)、工业控制机(ipc)及各测量控制仪表构成。
器件的pcb板内部连接线路越来越细,传递信号电流越来越小,供电电压越来越低,对噪声也越趋敏感,容易被周围干扰源干扰。
因此,须采取一定抗干扰措施来提高控制系统的可靠性。
以保证提高生产效率。
一、干扰源分析1、辐射干扰辐射干扰指的是电弧电路、雷电、射频设备等产生的空间辐射电干扰。
此类干扰,一般无法抑制干扰源,主要通过切断或减弱传播途径来减少干扰影响,如等电位联机、屏蔽、保护隔离等措施,做全方位防雷保护。
伺服系统的抗干扰能力测试方法伺服系统是现代自动化控制领域中的重要组成部分。
在工业生产中,伺服系统广泛应用于机器人、数控机床、纺织机械等自动化控制系统。
在伺服系统中,控制系统的抗干扰能力是实现稳定控制的一个关键因素。
因此,为了保证系统运行的稳定性和可靠性,在伺服系统设计和维护过程中,需要对其抗干扰能力进行测试和评估。
本文介绍伺服系统的抗干扰能力测试方法。
一、仪器设备进行伺服系统抗干扰能力测试需要用到多种仪器设备,主要包括信号发生器、示波器、负载模拟器等。
信号发生器用于产生各种不同类型和频率的干扰信号;示波器用于观测测试信号和伺服系统响应信号的波形和频谱;负载模拟器用于模拟负载变化对伺服系统的影响。
二、测试方法1. 整体干扰测试整体干扰测试是指在不同的干扰条件下,测试整个伺服系统的抗干扰能力。
在测试之前,需要确定伺服系统工作的正常工况和各项参数。
测试过程中,在信号发生器上设置不同类型和频率的干扰信号,并逐一对伺服系统进行测试观测和记录。
2. 局部干扰测试局部干扰测试是指在伺服系统的不同部位,测试其受干扰的敏感程度和抗干扰能力。
在测试之前,需要对伺服系统的结构和工作原理进行深入了解。
测试过程中,根据伺服系统的具体结构和功能,在不同部位安装信号发生器,模拟实际工作过程中的干扰场景,并观测记录伺服系统的响应情况。
3. 模拟负载测试模拟负载测试是指在伺服系统实际工作负载条件下,测试其对负载变化的响应能力和抗干扰能力。
在测试之前,需要对伺服系统的负载特性进行准确测定。
测试过程中,通过负载模拟器产生负载变化信号,并观测记录伺服系统的响应情况。
三、结论与建议在伺服系统抗干扰能力测试中,需要综合考虑不同干扰情况和实际工作负载条件下的测试结果,对伺服系统的整体稳定性和抗干扰能力进行综合评估。
基于测试结果,可以对伺服系统的设计、维护和改进提出建议和优化方案,提高系统的工作效率和可靠性。
同时,在实际工程应用中,需要根据不同的控制需求和干扰情况,选择合适的测试方案和参数,保证测试结果的准确性和可靠性。
摘要:单片机应用系统在发动机电喷中得到了广泛的应用,然而由于发动机工作环境恶劣,提高控制系统的抗干扰性至关重要。
分析了单片机干扰的主要来源,并从硬件和软件抗干扰设计中总结了一些取得良好抗干扰性的方法。
关键词在进行单片机应用开发的过程中,经常遇到在实验室调整很好的单片机一到工作现场就会出现这样或那样的问题,这主要是由于设计未充分考虑到外界环境存在的干扰,如机械震动、各种电磁波和环境温差都会影响硬件系统的性能,导致电控单元不能正常工作。
鉴于此本文较全面分析了干扰单片机应用系统的因素并结合自己的研究课题,提出一些可增强系统抗干扰性的方法。
1单片机系统的主要干扰源(1)无线电设施的射频干扰;(2)发动机上的高压点火线圈向外辐射磁场强度大、频带宽的电磁波;(3)单片机内部的晶振电路是内部干扰源之一;(4)数字电路本身门电路频繁的导通、截止造成电源地线电流变化,也会产生很大的高频电磁干扰,各种开关电子设备通断时产生的急剧变化的电流会产生较宽频谱干扰;(5)外界交流电路中产生的工频干扰亦会影响模拟电路输出信号的准确性。
2干扰的耦合方式隔离干扰源与控制系统之间的耦合信道。
表1列出了干扰源的主要干扰方式及特征。
3单片机的硬件抗干扰设计断干扰的传输信道。
常用的措施有:滤波技术、去耦技术、屏蔽技术和接地技术。
3.1电源电路的设计源耦合逻辑电路产生的干扰进入模拟电路,二是为了避免传感器通过电源耦合对ECU干扰。
各功能模块供电系统如图1所示,皆采用7812和7805三端稳压集成芯片,且都单独对电源进行负压差保护,这样不会因其中某一稳压电源出现故障而影响整个系统电路;使用低通滤波器亦可减少以高次谐波为主的干扰源,从而改善电源波形;在输出端采用了过压保护电路。
通过上述设计可大大提高供电的可靠性。
图中D1、D2用于负压差保护,防止压差击穿稳压器的be结使器件永久失效,稳压管WY1、晶闸管Q1用于过压保护,电容E1、E2、C1、C2使输出电压波3.2模拟电路抗干扰设计比较大,因此在模拟电路中应选择低温漂系数的集成放大器;在模拟电路中共模信号对电路板影响较大,故在模拟电路中采用差动放大电路,可得出两端输出信号;接收时,将双端信号转化为单端信号,可非常有效地抑制共模信号。
消除干扰的常用方法消除干扰的常用方法干扰是指在信号传输过程中,由于各种原因引起的信号失真或丢失,从而影响到信号的正确传输和接收。
在现代通讯技术中,干扰是一个普遍存在的问题。
为了保证通讯质量,我们需要采取一些措施来消除干扰。
下面介绍几种常用的消除干扰的方法。
一、屏蔽法屏蔽法是指通过在传输线路上设置屏蔽层来隔离外部电磁场对信号的影响。
屏蔽层可以采用金属箔、金属网、金属编织管等材料制成。
在电缆或导线周围包覆一层这样的材料,可以有效地阻挡外部电磁波对信号的影响。
二、滤波法滤波法是指通过滤波器将频率范围内的干扰信号滤除,从而使被传输的信号不受影响。
滤波器可以分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器等类型。
根据需要选择合适类型和参数的滤波器,可以有效地消除干扰信号。
三、隔离法隔离法是指通过隔离传输线路和干扰源之间的物理接触,从而减少干扰。
常用的隔离方法有电磁屏蔽、光电隔离和变压器隔离等。
在实际应用中,根据需要选择合适的隔离方法可以有效地消除干扰。
四、增益控制法增益控制法是指通过调节信号放大器的增益来控制信号强度,从而减少干扰。
在实际应用中,为了保证通讯质量,通常会设置一个合适的增益范围,在此范围内调节增益可以有效地消除干扰。
五、接地法接地法是指将系统中所有设备都接到同一地线上,从而减少因不同设备之间的接地差异引起的干扰。
在实际应用中,要注意保证接地点之间的电阻值小于规定值,并且避免出现环形接地等问题。
六、抗干扰设计抗干扰设计是指在系统设计阶段就考虑到可能存在的各种干扰因素,并采取相应的措施来减少干扰。
常用的抗干扰设计措施包括信号调制、编码、差分传输、对称布局等。
在实际应用中,采用合适的抗干扰设计可以有效地提高系统的抗干扰能力。
七、综合应用在实际应用中,由于各种原因可能同时存在多种干扰因素,因此需要综合运用以上各种方法来消除干扰。
例如,在设计通讯系统时可以采用隔离法和屏蔽法相结合的方式;在调试过程中可以采用滤波法和增益控制法相结合的方式。
PLC系统信号的干扰及抗干扰措施可编程控制器PLC具有编程简单、通用性好、功能强、易于扩展等优点。
PLC控制系统的可靠性直接影响到企业的安全生产和经济运行,系统的抗干扰能力是关系到整个系统可靠运行的关键。
PLC中采用了高集成度的微电子器件,可靠性高,但由于使用时工业生产现场的工作环境恶劣,如大功率用电设备的起动或停止引起电网电压的波动形成低频干扰和电磁辐射等恶劣电磁环境,大大降低了PLC控制系统的可靠性。
为了确保控制系统稳定工作,提高可靠性,必须对系统采取一定的抗干扰方法和措施。
1 影响PLC控制系统稳定的干扰类型1.1 空间的辐射干扰空间的辐射电磁场(EMI)主要由电力网络、电气设备、雷电、高频感应加热设备、大型整流设备等产生,通常称为辐射干扰,其分布极为复杂。
其影响主要通过两条途径:一是对PLC 通讯网络的辐射,由通讯线路的感应引入干扰;二是直接对PLC内部的辐射,由电路感应产生干扰。
若此时PLC置于其辐射场内,其信号、数据线和电源线即可充当天线接受辐射干扰。
此种干扰与现场设备布置及设备所产生的电磁场的大小,特别是与频率有关。
1.2 传导干扰(1)来自电源的干扰在工业现场中,开关操作浪涌、大型电力设备的起停、交直流传动装置引起的谐波、电网短路暂态冲击等均能在电网中形成脉冲干扰。
PLC的正常供电电源均由电网供电,因而会直接影响到PLC的正常工作。
由于电网覆盖范围广,它将受到所有空间的电磁干扰而产生持续的高频谐波干扰。
特别在断开电网中的感性负载时产生的瞬时电压峰值是额定值的几十倍,其脉冲功率足以损坏PLC半导体器件,并且含有大量的谐波可以通过半导体线路中的分布电容、绝缘电阻等侵入逻辑电路,引起误动作。
(2)来自信号传输线上的干扰除了传输有效的信息外,PLC系统连接的各类信号传输线总会有外部干扰信号的侵入。
此干扰主要有2种途径:①通过变送器供电电源或共用信号仪表的供电电源串人的电网干扰;②信号线上的外部感应干扰,其中静电放电、脉冲电场及切换电压为主要干扰来源。
电厂热工控制系统中抗干扰技术的应用王治华发表时间:2019-04-03T09:34:37.473Z 来源:《电力设备》2018年第30期作者:王治华[导读] 摘要:在电厂热工控制系统展开工作的过程中,如果受到一系列的干扰信号的严重影响,则会容易造成大型安全事故的发生。
(神华国能宁夏煤电有限公司宁夏银川 750000)摘要:在电厂热工控制系统展开工作的过程中,如果受到一系列的干扰信号的严重影响,则会容易造成大型安全事故的发生。
对此,本文针对在电厂热工控制系统中的抗干扰技术进行了详细的阐述,简单讲解了几种比较常见的干扰信号及干扰来源,对于抗干扰技术的应用也有了进一步的讨论,希望对于保证电厂热工控制系统的正常运行提供帮助。
关键词:热工控制;抗干扰;干扰源引言随着电厂建设规模的不断扩大,高效运行和安全生产已成为电厂运行的工作内容。
然而,随着发电机组容量的不断增大,热控系统的功能和系统也越来越复杂,这是因为随着电厂内部机组的增加,内部和外部干扰的概率相应增大,给热控系统带来了更多的干扰因素,导致测量误差和运行故障,影响电厂的正常生产。
因此,采用科学有效的抗干扰技术,有效避免干扰信号对热控系统造成的损害,应通过对热控系统干扰源的选择和应用,从根本上提高控制系统的抗干扰能力。
充分发挥电厂热力系统的功能和作用,促进电厂的可持续发展。
1、干扰的主要来源(1)绝缘电阻。
绝缘电阻直接决定了绝缘效果。
如果绝缘电阻材料使用不当,会导致泄漏。
热控系统长时间运行后,绝缘电阻逐渐老化,绝缘功能减弱,造成泄漏,干扰系统运行。
(2)天气干扰。
如果天气不好,特别是在雷雨天,信号线周围的磁场很强,会产生干扰信号。
同时,恶劣的天气条件会对地线造成干扰,影响系统的正常运行。
(3)无线设备的干扰。
由于无线设备产生的电磁波,如果在热控系统附近使用无线设备,磁场会影响系统,使无线设备尽可能远离线路。
(4)静电耦合。
热控系统中的平行信号线由于静电耦合会形成电抗通道,从而导致干扰信号侵入系统。
控制系统的抗干扰问题及措施卢磊顾文勇西安市自来水总公司南郊水厂陕西西安摘要针对西安某水厂仪器仪表等控制设备受到的越来越多的干扰问题阐述了形成干扰的原因和可能产生的后果并提出相应的抗干扰措施关键词控制系统电磁干扰抗干扰接地中图分类号$ # 文献标志码文章编号# & '& & '随着( (). 1)).可编程逻辑控制器的应用场合越来越广泛应用环境越来越复杂其所受到的干扰也越来越多制造商在生产过程中已大量运用抗干扰设计但在应用设计和安装中若不采用一些必要的抗干扰措施系统将可能出现意外问题在工程设计安装施工和使用维护中应有效地增强系统的抗干扰性能控制系统中电磁干扰的主要来源影响控制系统的干扰源大都产生在电流或电压剧烈变化的部位主要来自以下几个方面来自空间的辐射干扰空间的辐射电磁干扰7).1 (. 15 . 0. . 1.7 5 主要是由电网电气设备的暂态过程雷电无线电广播电视雷达高频感应加热设备等产生一般通过设置屏蔽电缆和局部屏蔽及高压泄放元件进行保护来自电源的干扰因电源引入的干扰造成控制系统故障的情况很多系统的正常供电电源由电网提供电网内部的变化如开关操作浪涌大型电力设备启停等都通过输电线路传到电源系统如果电源性能不理想系统可能无法正常工作可以通过更换隔离性能更高的电源解决这个问题来自信号线的干扰与控制系统连接的各类信号传输线除了传输有效的各类信息外总会有外部干扰信号侵入由信号侵入干扰会引起5 "信号工作异常大大降低测量精度严重时损伤元器件甚至造成逻辑变化误动或死机来自接地系统混乱时的干扰接地是提高电子设备电磁兼容性7).1 (. 1( ) / 7的有效手段之一接地系统混乱对系统的干扰主要是各个接地点电位分布不均匀不同接地点间存在电位差引起的环路电流影响系统正常工作此外屏蔽层接地线和大地有可能构成闭合环路在变化磁场的作用下屏蔽层内部会出现感应电流通过屏蔽层和芯线之间的耦合干扰信号回路来自系统内部的干扰主要由系统内部元器件及电路间的相互电磁辐射产生需要选择具有较多应用实例或经过考验的系统控制系统工程中应用的抗干扰设计为保证系统在工业电磁环境中免受或减少内外电磁干扰必须从设计阶段开始便采取抑制措施抑制干扰源切断或衰减电磁干扰的传播途径提高装置和系统的抗干扰能力在选择设备时首先要选择有较高抗干扰能力的产品如采用浮地技术隔离性能好的系统其次还应了解生产厂家给出的抗干扰指标如共模抑制比差模抑制比采用国外产品时应按国标,>$'# 合理选择综合抗干扰设计时主要考虑来自系统外部的几种抑制措施另外还必须利用软件手段进一步提高系统的安全可靠性抗干扰措施采用性能优良的电源抑制电网引入的干扰对系统供电的电源和与系统有直接电气连接的仪表的供电电源虽然采取了一定的隔第'卷第期'年月供水技术6%$78$7 9"",:;) '9%'离措施但还不够主要是使用的隔离变压器分布参数大抑制干扰能力差经电源耦合而串入共模干扰差模干扰所以对于变送器和共用信号仪表供电应选择分布电容小抑制带大的配电器以减少系统的干扰此外应保证电网馈电不中断一般可采用在线式不间断供电电源= 供电提高供电的安全可靠性=还具有较强的干扰隔离性能是一种控制系统的理想电源电缆敷设为了减少动力电缆辐射电磁干扰尤其是变频装置直流调速装置的馈电电缆可采用铜带铠装屏蔽电力电缆从而降低动力线产生的电磁干扰信号电缆应按传输信号种类分层辐射严禁用同一电缆的不同导线同时传送动力电源和信号避免信号线与动力电缆靠近平行敷设以防电磁干扰采用必需的防雷措施按照防护范围可将弱电设备的防雷措施分为外部防护和内部防护为了满足微电子设备构成的网络系统对安全提出的要求应从单纯一维防护转为三维防护包括对防直击雷防感应雷电波侵入防雷电电磁感应防地电位反击以及操作瞬间过电压影响等多方面的综合考虑从软件设计方面提高系统的抗干扰能力利用内部如定时器计数器辅助继电器等元件设计一些程序可以屏蔽输入元件的误信号防止输出元件的误动作提高系统的抗干扰能力正确选择接地点完善接地系统接地的目的既为了安全又为了抑制干扰完善的接地系统是控制系统抗电磁干扰的重要措施之一信号源接地时屏蔽层应在信号侧接地不接地时应在侧接地信号线中间有接头时屏蔽层应牢固连接并进行绝缘处理一定要避免多点接地多个测点信号的屏蔽双绞线与多芯对绞总屏电缆连接时各屏蔽层应相互连接好并做绝缘处理选择适当的接地处单点接地实际应用西安南郊水厂拥有多种专用仪器仪表和相应的控制设备且数量众多为了保证系统的正常运行在系统设计中分别从电源传输电缆防雷接地及信号保护入手实施了系统的抗干扰防护措施供电系统采用=供电并选用配电保护器接入单元的电源回路使通过保护器输出的电压保持恒定所有单元都配有此保护装置电缆敷设采用铠装电缆直埋传输严格按照规范避免了与动力信号电缆的不必要的交叉而产生的相互干扰对于模拟信号采用屏蔽电缆并穿钢管敷设在每台柜内设置防雷击和防过电压的浪涌抑制器对于模拟量及网络分别采用仪器信号保护器和>网络保护器从软件设计方面提高抗干扰能力例如阀门的行程开关或设备按钮等常常会因为抖动而发出误信号抖动时间一般都比较短针对抖动时间短的特点可用内部计时器经过一定时间的延时得到消除抖动后的可靠有效信号从而达到抗干扰的目的仪器信号保护器用于隔离单元模拟量的输入和输出防止可能因这些回路窜入高压而损坏设备>网络保护器串入单元的通讯网络>中以保护通讯模块不受损坏自'年月日运行至今系统运行稳定内部元器件无故障损坏工作正常无故障发生在'年夏季的雷电高发期该系统经受了考验工作正常无任何损失保障了夏季高峰供水期间的生产正常运行结语如何进一步提高控制系统的抗干扰能力多种方法和措施正在研究探索之中的应用应综合考虑各方面的因素合理有效地抑制干扰通过正确设计硬件线路选用高质量的元器件充分利用本身软元件灵活巧妙地编程等措施有效地提高系统的抗干扰能力保障控制系统的正常工作参考文献朱善君翁樟邓丽爱等可编程控制系统原理应用维护北京清华大学出版社''菲尼克斯公司产品说明书菲尼克斯电气防雷及电涌保护器A=石油化工仪表接地设计规范=,>'建筑物电子信息系统防雷技术规范=) ). .( ) '# 1收稿日期'& #&第'卷第期供水技术'年月。
滤波抗干扰技术在PLC控制系统中的应用分析[摘要]:plc控制系统的抗干扰是一个复杂的系统工程,涉及到具体的输入输出设备和工业现场的环境,在系统设计、安装和调试阶段,必须对环境做全面分析,确定干扰性质,采取相应抗干扰措施,才能保证系统长期稳定工作。
本文对某高炉plc控制系统进行了研究,分析了外部干扰和内部干扰产生的原因,具体对电源部分、接地部分、输入输出信号、外部配线等干扰源,提出了几种有效的抗干扰技术,并采用了软件抗干扰措施。
[关键词]:plc控制系统抗干扰技术滤波中图分类号:tn97 文献标识码:tn 文章编号:1009-914x (2012)26-0243-01一﹑前言随着科学技术的发展,plc在生产控制中的应用越来越广泛,plc 控制系统的安全可靠性直接影响到企业设备的安全生产和经济运行,控制系统的抗干扰能力是关系到整个系统可靠运行的关键。
对某高炉所使用的plc,有的是集中安装在控制室,有的是安装在生产现场机旁控制柜上,它们大多处在强电电路和强电设备所形成的恶劣电磁环境中,很容易被周围电磁干扰源干扰而引起控制系统产生误动作,影响系统的正常工作,因此必须高度重视系统的抗干扰性。
为防止干扰,某高炉采用了硬件和软件相结合的抗干扰方法,有效地增强了系统的抗干扰性能。
二﹑plc控制系统在运行中的电磁干扰分析某高炉于2007年5月投产,高炉上料系统是采用德国西门子公司的plc控制系统,对整个高炉生产过程进行监控,该系统投入运行后,发现皮带运输机、配料系统等所控制的现场设备经常出现误动作,该停车时这些设备没有停车,不应该启动却启动,设备的运行反馈信号输入到plc控制系统中,在监视屏幕上显示它们在停止状态,可逆皮带机的行走小车移开原来位置后,原来位置的位置信号仍然显示在监视屏幕上不消失,通过皮带电子秤采集配料系统下料量,输入到plc控制系统中的下料量数值与实际皮带电子秤标定的数值有很大误差,这些异常现象严重影响高炉的正常安全生产与稳定运行。
浅析火电厂热控系统抗干扰技术发布时间:2022-09-26T00:38:42.126Z 来源:《当代电力文化》2022年10期作者:栾义清戴卫林孙继华[导读] 在火电厂的正常的运行中,热控系统发挥着十分重要的作用,是火电厂实现生产安全和高效运行的前提条件。
栾义清戴卫林孙继华华电克拉玛依发电有限公司新疆克拉玛依市 834002摘要:在火电厂的正常的运行中,热控系统发挥着十分重要的作用,是火电厂实现生产安全和高效运行的前提条件。
但是,伴随着火电厂经营规模的不断扩张,厂内陆续引入各种各样的先进设备和现代技术,热控系统的功能和系统软件的操作也随之而变得愈来愈繁杂起来,也为我们的生产带来不同层面上的干扰因素,对热控系统的正常运行带来的极大的影响。
因此,本文以火电厂热控系统为论点,对热控系统的抗干扰技术展开分析和讨论,以便为广大同业者提供借鉴和参考。
关键词:火电厂;热控系统;抗干扰技术1热控系统信号干扰的主要来源1.1传导干扰1.1.1漏电因素在火电厂内,一般会铺设大量不同种类和型号的电缆。
这些电缆往往会盘绕、铺设在电缆槽中。
在火电厂的发电过程中,若信号传输电缆之间相互接触,就很有可能会由于绝缘层材料老化而出现漏电的情况,从而产生信号叠加的干扰问题,对数据信号的传输过程产生极大的负面影响,降低实际的传输效率。
产生信号干扰的主要原因是绝缘层材料老化,所以这类干扰往往并不会出现在系统运行的早期阶段,大部分都存在系统运行的中期和后期。
1.1.2人为因素因为热控系统中一部分执行模块选用220V或380V的电源进行供电,但有时候会因错误操作而产生开关电源与电源线短路等方面的故障问题,在电源线增加髙压的时候会对热控系统的运行产生极大的负面影响,严重时甚至会损坏机器设备,严重降低热控信号的传输效果。
在此过程中,人为失误导致的信号干扰一般较为严重,不但会导致机器设备损坏,甚至会对火力发电厂工作人员的生命形成威胁,产生人身安全意外事故。
控制系统中的抗干扰技术
工业的高速发展对控制系统的依赖性越来越强。 分散型控制 系
统(Distributed Control System)、可编程控制器(Program mable
Logic Controller )、现场总线控制系统( Fidlebus Control
System)以及各种测量控制仪表已是构成工业自动化的 主要硬件设
施。 随着微电子技术的高速发展和电路集成化程度的 提高,单位面
积内大规模集成芯片元器件数越来越多, 所传递的 信号电流也越来
越小,系统的供电电压也越来越低,现已降到 5 V、3 V乃至1.8 V。
因此,芯片对外界的干扰也越趋敏感,所以 显示出来的抗干扰能力也
就越来越低。
想要提高控制系统的抗干扰能力, 我们除了在设计控制系统 本
体的时候提高其抗干扰能力之外更重要的是如何提高控制系 统在工程
应用时的抗干扰技术, 例如对噪声的产生以及噪声在传 播途径中加
以有效的抑制等等。
1 电缆的静电屏蔽和电磁屏蔽 在控制系统中线缆非常重要因为
它在控制系统中最长, 容易 通过近场的耦合干扰控制系统, 并且它
还像一根拾取和辐射噪声 的天线。所以用屏蔽来抑制线缆的静电感应
和电磁感应是抗干扰 的方法之一。
1.1 电容性耦合的抑制 静电屏蔽:当受感应导线的外层包上屏蔽
层以后那么感应的 噪声电压便作用在屏蔽层上, 我们在为屏蔽
层提供一个良好的接 地那么屏蔽层上的电压为零所以受感应导体
上的噪声电压也为 零,所以有效的抑制了电场的耦合。 所以我们
在工业现场无论是 电源电缆或是信号电缆都应采用屏蔽电缆。
1.2 电感性耦合的抑制
电感性耦合即为线路间磁场的相互作用。 在这里我们主要谈 谈
采用电磁屏蔽,包括双绞电缆和同轴电缆的使用。
(1)对作为噪声源的导线施行电磁屏蔽
如果我们对一段导线增加屏蔽那么电流流过后, 全部通过导 体
的屏蔽体返回到干扰源。由于流过屏蔽体上的电流产生磁通 量,且与
导体产生的磁通量大小相等方向相反, 这样在屏蔽体的 外面,不存
在磁通量,既这段导线被屏蔽了。但是在低频时不宜 两端接地。
(2)对作为信号线路施行电磁屏蔽。 信号线路防外界磁场干扰
的最好方法是减少接收环路的面 积以减少干扰磁场对接收环路产生的
磁通量密度。 对于减少接收 环路面积只有加屏蔽体两端接地才可以
做到,才有电磁屏蔽作 用,但是这种情况下电流的频率不宜太低。
(3)双绞线的电磁屏蔽原理及应用。 双绞线本身是一种电磁屏
蔽形式。 对作为噪声源的导线实施电磁屏蔽。
图 1 是双绞线作为噪声源实施电磁屏蔽的原理图。 当双绞线
中有电流流过时在导线绞合所组成的很小的环路内产生相应的
磁通。 而在环路外由于两边导线流过的电流方向相反, 产生的
磁 通方向相反从而大部分磁通被抵消。这种方式常用于供电线
路 上。
对信号线实施电磁屏蔽。
图 2 是双绞线信号线实施电磁屏蔽的原理图。 当双绞线在噪
声的磁通中每根导线均被感应出感应电流, 其感应方向如图 2 所
示。这样同一根导线在相邻两个环的两段上流过的感应电流大小 相等
方向相反,从而被抵消。所以在总的效果上,导线并没有产 生感应电
流。
(4)同轴电缆和屏蔽双绞线。 同轴电缆是一种用金属编织网作
屏蔽的电缆, 在很大的范围 内,具有均匀不变的低损耗的特性阻
抗, 可用于高频乃之超高频 的频段。无论是屏蔽双绞线,或者同轴
电缆,为了抑制电容性耦 合,一般是单端接地,通常是在控制室侧接
地。
2 控制系统的接地
从电气角度来看, 大地具有导电性且有无限大的容电量, 所
以我们可以把大地作为一个等电位点或者等电位面。 接地的作用 有
两点:( 1)保护人身和设备安全,如保护地、防雷地、防静 电等。
( 2)抑制干扰,如工作地、屏蔽地、模拟地、数字地等。
下面我们来分析几个例子。
2.1 不屏蔽接地干线会带来干扰
现象:有DCS系统采用单独接地,但信号总是不稳定。
原因:经过现场考察发现,其接地干线长数十米,从楼顶沿 外
墙敷设到接地体,没有穿管屏蔽,过长的接地干线,如果没有 屏蔽措
施,接地干线也象是一根天线, 可以接受大量的干扰信号, 使控制
系统无法稳定工作,乃至系统卡被烧毁。
结论:接地干线应愈短愈好,必要时也应该采取屏蔽措施
2.2 和其它接地系统要保持一定距离
现象:某DCS采用单独接地,发现信号干扰很大。
原因:DCS系统的单独接地体和原有的接地网相距不到 5 m
结论:若DCS采用单独接地,其接地体和电气接地网相距必
须大于5 m,和防雷接地体相距必须大于 20 m。
2.3 等电位接地也要考虑接地引入点的位置
现象:有DCS系统采用等电位接地,但信号中常常出现信号 不
规则的波形。
原因:离DCS的接地引入点不到几米处有大功率电动机的接 地
点。
结论:要保持和防雷地、 大电流高电压设备的接地点有不小
于 10 m 的距离。
3 控制系统的雷电防护
(1)雷电对控制系统侵害的途径:静电感应、电磁感应、 反
击、电磁场辐射等。
(2)雷电电脉冲的基本防护措施: ①屏蔽:屏蔽分
为电缆的屏蔽和控制室的屏蔽。第一,电缆的屏蔽:许多行业规 范对
屏蔽电缆的接地, 原则上是一端接地另一端不接地。 但是单 端接地
只能防静电感应抑制不了电磁感应所产生的干扰。 所以延 伸出了信
号传输线的双层屏蔽, 电缆采用双层屏蔽, 两个屏蔽层 的层与层之
间是绝缘的,内层单端接地,抑制电容性耦合;外层 两端或多端接
地, 抑制电感性耦合。 双层屏蔽电缆的外屏蔽层可 采用下述方法实
现:铠装电缆的铠装层;敷设电缆的金属线槽、 金属管等;钢筋混凝
土结构的电缆沟。第二,控制室的屏蔽:控 制室的屏蔽方式大体有建
筑物的自身屏蔽、 金属网格的格栅型大 空间屏蔽以及金属板材围成
的壳体屏蔽等。 壳体屏蔽的屏蔽效果 最好,但投资也很大,适用于
实验室装置。建筑物自身对屏蔽也 有一定的效果, 但效果不理想。
而格栅型大空间的屏蔽可以通过 选择网格宽度的大小来满足控制系统
的需要, 平衡投资的大小和 效果的好坏,格栅型大空间的屏蔽最为
理想。②合理布线: A减
少感应环路面积以减小互感,从而抑制干扰的电感性耦合。 B和
引下线保持一定距离。 ③浪涌保护器: 浪涌保护器是一种限制瞬 态
过电压和分流浪涌电流的器件。 其基本原理是, 它并接在被保 护设
备的附近, 在没有浪涌出现时为高阻抗, 当出现浪涌时就在 很短的
时间内( ns 级)将雷电流释放到地使浪涌保护器变为低 阻抗,从而
保护了被保护设备。④接地和等电位连接:防雷工程 的接地系统用于
雷电流的释放; 抑制雷电电磁脉冲的电磁感应和 静电感应; 将分开
的仪表装置通过等电位连接, 以减少控制系统
的设备在金属构件与设备之间或设备与设备之间因雷击产生的 电位
差。
4 控制室的静电防护 静电在工程中的应用:静电除尘、静电喷
涂、静电净化、静 电复印等。
4.1 静电放电的特点
( 1)由于静电放电的时间是 ns 级的峰值电流可达数十安培,
所以说瞬间的功率十分巨大。( 2)由于电流波形的上升时间很 短,
即 di/dt 很大,所以可以感应出几百伏乃至上千伏的高电位, 从而
产生出强电场。 由于电流脉冲上升时间极快, 持续时间极短, 所以
产生的静电放电电磁脉冲其能量足以使电子部件中敏感元 件损坏。
4.2 控制室静电防护的基本措施 防止控制系统和电路不受静电
放电的干扰和破坏, 控制室的 设计即静电防护工作区的建立应采取
的基本方法,一般有:
(1)抑制干扰源,减小或消除源头上的静电积累。防止静 电的
产生是最彻底的方法, 从产生静电的原理看, 应该从降低有 关物体
的绝缘度着手,使两物体即使摩擦也不产生或少产生静 电。( 2)铺
设具有一定电阻率的防静电地面,它不仅可以导出 人体静电,也为活
动的设备提供了静电接地的条件。( 3)操作
人员宜穿防静电制服。 防静电制服通常是由导电纤维或经抗静电 改
性的织物制成。用于防止人体静电的积累。( 4)操作人员穿 防静电
鞋也是一种可行的措施。 因为人是导体, 在人体静电防护 中最主要
的措施是保证人体始终静电接地。( 5)控制柜以及电 缆的屏蔽层都
必须保持良好的接地。( 6)设置温、湿度控制。
上述诸措施中, 控制控制室的温度和湿度和防静电地面的设 置
和接地必须在控制室的设计阶段提前考虑。