抗干扰措施（精选12篇）
抗干扰措施 篇1
0 引言
当前的发电厂中, 以微处理器为基础的控制系统 (DCS及PLC) 得到了广泛应用, 仪表信号通过传输电缆接入到控制系统中, 由于发电厂是电磁环境非常复杂、恶劣的场所, 在信号的传输过程中, 不可避免得要受到噪声干扰。干扰会造成测量误差, 严重的干扰还会造成保护误动, 因此研究分析干扰产生的原因及采取针对性的抗干扰措施对发电厂安全运行至关重要, 本文从发电厂仪表系统的设计、施工及设备制造等要求出发, 分析在工程中采取何种抗干扰措施更有利于系统的安全稳定运行。
1 干扰的分类及产生
按噪声干扰模式不同分类, 分为共模干扰和串模干扰。
1.1 串模干扰
串模干扰是指作用于信号输入端两极的干扰电压 (电流) , 主要由下列方式产生:
1.1.1 空间交变电磁场
发电厂中有很多高压开关、变压器、大功率电动机 (给水泵、三大风机、磨煤机等) 电器设备产生的电火花激发的高频交变磁场, 交变磁场通过磁耦合在信号电缆回路中产生感应电势 (电流) , 这种感应感势 (电流) 串入有用测量信号中, 形成干扰, 如图1所示。
感应电势可用下式表示Vn=△BSsinθ/△t (1)
式中Vn—感应电势的有效值;△B—磁感应强度的变化量;S—闭合回路的面积;θ—磁通量与闭合回路面积的夹角。
从上式可以看出, 为降低感应电势△B、S均应必须减少, 信号电缆应用于交变磁场较强的强用电设备, 降低磁通面积的有效方法是采用对绞电缆。上式只是表示在交变磁场坏境下如何缩小干扰, 要克服这种干扰最重要的方法是采用屏蔽电缆, 从根本上减少交变磁场的影响。
1.1.2 与信号电缆平行敷设的动力电缆产生的干扰
动力电缆在与信号电缆平行敷设的过程中, 将在信号电缆的周围产生电感应磁场, 由于信号电缆的两芯的空间位置的差异, 该磁场可对信号电缆的两芯产生不同的对地电容, 进而在信号回路中产生电位差Vn, 如图2所示。
要抑制这种干扰, 关键是消除C1和C2的差异, 即采用对绞电缆。另外扰最重要的方法是采用屏蔽电缆, 从根本上减少电感磁场的影响。
1.1.3 不平衡电路转换共模干扰所形成的干扰
在不平衡电路中, 施加在信号回路的共模干扰可转化为串模干扰叠加在信号输入的两端, 直接影响信号的测量, 要克服这种形式的干扰就要从根本上抑制系统中有可能产生的共模干扰, 抗干扰措施在共模干扰部分介绍。
1.2 共模干扰
共模干扰是信号输入端对地的电位差, 主要由电网系统干扰串入、地电位差及空间磁场在信号线上感应的共态 (同方向) 电压迭加所形成, 电网系统引入的共模干扰主要是指通过供电线路的阻抗耦合产生的对电源的干扰, 由于发电厂控制系统的供电电源采用UPS电源, 从控制系统至仪表的供电电源均通过开关电源送出, UPS电源及开关电源装置具有良好的隔离及抗干扰能力, 能提供出良好品质的电源, 故此种干扰在本文中不作为主要考虑的对象。
1.2.1 地电位差引入的共模干扰
在大地中, 各个不同点之间往往存在电位差, 在发电厂仪表系统中, 对于外供电的仪表, 由于信号源侧与输入端侧的系统地的接地点不同, 必然会存在系统地电位的差异Ec, 这种地电位差会形成共模干扰施加在信号回路中, 如图3所示。
在不平衡电路中, 该共模干扰电压Ec还会转化成串模干扰, 直接影响测量结果, 在平衡电路中, 该共模干扰电压也会影响输入端卡件的正常工作, 消除共模干扰的有效方法一是提高系统共模抑制比, 增加电隔离措施, 另外一个方法是阻断共模干扰的形成回路, 增加光隔离措施。
1.2.2 空间电磁场造成的共模干扰
空间电磁场产生的条件及避免电磁场干扰措施, 在串模干扰部分已介绍, 要减少和消除这种因素引起的共模干扰, 可行的措施是信号传输采用屏蔽电缆, 并在信号的输入端设置隔离装置, 提高共模抑制比。
2 抗干扰措施
根据上述干扰产生的原因, 可采取有针对性的措施抑制可能产生的干扰, 下面从消除或抑制干扰源、破坏干扰途径和增强接收电路抗干扰能力三个方面采取措施。
2.1 抑制干扰源
从工程设计和施工角度, 可采取以下措施: (1) 仪表信号电缆的敷设路径应避开高压电动机、变压器、耦合电容器、电容式电压互感器等区域。 (2) 仪表信号电缆与电力电缆并行敷设相互间距, 在可能范围内宜远离;对电压高、电流大的电力电缆间距宜更远。 (3) 仪表信号电缆与动力电缆、强电控制电缆分层敷设;如受条件所限, 无法满足分层敷设时, 仪表信号电缆与强电控制电缆在同一层电缆桥架中敷设, 中间须设置隔板。 (4) 仪表信号电缆在电磁干扰区域可采用钢管保护管, 以阻隔干扰, 但仪表信号电缆不得与强电控制电缆在同一根保护管内敷设。
2.2 破坏干扰途径
在无法避免电磁环境干扰的情况下, 怎样使电磁干扰对信号的影响最小, 这就要阻断干扰侵入信号回路的途径, 可通过下列方式:
(1) 仪表信号导线的扭绞。从前面式 (1) 可以看出, 要减少感应电势Vn, 最重要是减少磁通面积S, 而信号扭绞是一个减少磁通面积的方法, 绞合节距越短, 磁通面积越小。另外同一根导线的两扭环产生的磁通方向相反, 这也能有效抑制磁通对信号的干扰。
从动力电缆静电感应对信号电缆产生的干扰看, 见图2, 在信号导线扭绞时, 两根信号电缆与动力电缆的距离基本相同, 对地电容C1、C2很小, 感应电势Vn≈0。
可见信号导线扭绞有助于克服上述两种形式的干扰。
(2) 屏蔽。在仪表系统设计中, 信号电缆应选用屏蔽电缆, 为提高屏蔽效果, 模拟量信号电缆一般选用对绞分屏加总屏计算机电缆。屏蔽的目的就是隔断电磁场的耦合, 抑制各种电磁场的干扰。当然, 要使屏蔽能起到阻断干扰的作用, 必须使屏蔽层能正确接地。从目前计算机电缆的设计选型中一般选用的屏蔽层材料为:铜带 (铜塑复合带) 绕包屏蔽、铜网 (镀锡铜网) 编织屏蔽、铝带 (铝塑复合带) 绕包屏蔽。
(3) 接地。为克服系统地电位差造成的共模干扰, 对于控制系统供电的仪表在控制系统机柜侧统一接地, 对于外供电的仪表, 如不能做到两个系统地在同一点接地, 只能采取阻断共模干扰形成的回路来克服干扰了, 这可以用设置信号接入的隔离装置来实现。
对于信号电缆屏蔽层的接地, 须采取“单点接地”的方式, 在目前设计中, 一般在控制系统侧 (DCS、PLC机柜处) 统一接地。如果屏蔽层在信号输入端和仪表侧均接地, 则地电位差会通过屏蔽层形成回路, 由于地电阻通常比屏蔽层电阻小得多, 所以在屏蔽层上就会形成电位梯度, 并通过屏蔽层与信号导线间的分布电容耦合到信号回路中去, 因此屏蔽层必须“单点接地”。
2.3 增强接收回路的抗干扰能力
2.3.1 在控制系统输入/输出回路的设计中, 会考虑很多抗干扰的电路设计, 如采用差动放大器等措施, 提高共模 (差模) 抑制比, 以达到对系统抗干扰的要求。另外一种有效克服共模干扰的措施是在信号输入回路中设置隔离装置, 常用的是变压器的电隔离和光电耦合器的光隔离, 在系统设计中, 外供电仪表信号输入回路中必须设置隔离装置。下面介绍一下光电隔离装置的抗干扰原理。
在光电耦合器中通过光传输阻断输入信号源回路和信号接收端回路的地线联系, 光电耦合器前后形成两个独立的电回路, 有效抑制了共模干扰信号。
2.3.2 在系统设计中, 通常会要求控制系统 (DCS、PLC) 满足下面抗电磁干扰的标准:
IEC 60801-1 (GB/T13926.1-92)
工业过程测量和控制装置的电磁兼容性
第1部分:总论 (EQV)
IEC60801-2 (GB/T13926.2-92)
工业过程测量和控制装置的电磁兼容性
第2部分:静电放电要求 (EQV)
IEC60801-3 (GB/T13926.3-92)
工业过程测量和控制装置的电磁兼容性
第3部分:辐射电磁场要求 (EQV)
IEC60801-4 (GB/T13926.4-92)
工业过程测量和控制装置的电磁兼容性
第3部分:电快速瞬变脉冲群要求 (EQV)
IEC60801-5
工业过程测量和控制设备的电磁兼容性
抗冲击要求
IEC 61000-4-1992 (GB/T17626-1998)
工业过程测量和控制设备的电磁兼性
试验方法
3 总结
本文通过分析在发电厂仪表系统中, 仪表信号采集、传输、接收等环节可能会受到的干扰, 并针对干扰产生的原因提出了克服干扰的措施, 这些措施要从设计、施工、设备制造等方面综合考虑, 抑制和消除各种干扰, 以保证系统稳定的运行。
摘要：分析了发电厂仪表信号在采集、传输、接收过程中所受到干扰的种类及产生途径。并根据差模干扰、共模干扰产生的原理, 从仪表系统设计、现场施工、设备制造要求等方面提出有效的抗干扰措施。
关键词：差模干扰,共模干扰,屏蔽,接地,隔离
参考文献
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[2]火力发电厂热工自动化就地设备安装、管路及电缆设计技术规定 (DL/T 5182～2004) .
[3]电力工程电缆设计规范 (GB50217-2007) .
[4]孙灵革等.分散控制系统的抗干扰分析[J].黑龙江电力, 2004 (2) :48-50.
[5]刘仁等.仪表应用中的抗干扰措施[J].石油化工自动化, 2006 (2) :87-89.
抗干扰措施 篇2
【摘要】本文结合我公司输煤程控应用情况，分析了输煤程控在实际应用中存在的各种干扰因素及针对各种干扰因素采取的防范措施。指出造成输煤程控信号干扰的重要原因为PLC外部干扰，同时从硬件和软件两方面提出了对外部设备抗干扰的措施。【关键词】输煤程控
PLC
抗干扰措施
1、前言
大型火力发电厂，特别是建厂较早的火电厂，需用燃煤量大、上煤任务繁重，现场环境恶劣，运行岗位设置定员多，工作效率低。随着国民经济的不断发展和对电力生产需求量的不断提高，大机组不断投入运行，落后的生产方式已越来越难以适应现代化电力生产的需要。应用目前国内、国际先进的程控技术，提高输煤系统自动化水平，对于电厂安全经济运行，改善工作环镜，提高劳动生产率，减人增效，具有重大意义。
作为应用于工业控制的一种自动装置，PLC本身具有一定抗干扰能力，比较适应工业现场环境。尽管如此，但由于火电厂输煤系统运行条件恶劣，各类干扰信号较多，尤其是电磁场的大量存在，使得抗干扰问题成为输煤程控设计、调试及运行中的一大难题。许多电厂输煤程控系统不能长期稳定运行，抗干扰能力差是其最主要的原因。
一般来说，PLC系统故障可分为内部故障和外部故障两大类。内部故障指PLC本身的故障，外部故障指系统与实际控制过程相关连的传感器、检测开关、执行机构等部分的故障。从我公司输煤程控系统缺陷来看，PLC自身故障未发生过，这说明PLC自身的可靠性远远高于外部设备，提高输煤程控系统可靠性的重点应该放在外部设备方面。因此在实际应用中我们从硬件和软件两方面考虑，对外部设备综合运用以下几种抗干扰措施，在实际生产运行中收到了良好效果。2、抗干扰措施分析
（一）硬件措施 1.采用信号继电器隔离
目前在火电厂输煤程控系统中，现场设备与I/O模块之间的开关量信号是否需经继电器隔离，一直是应用中争论的焦点。有观点认为不需经继电器隔离，可将现场信号直接送到I/O模块，理由是I/O模块本身具有一定抗干扰能力，模块内的光电隔离器使信号在其内部、外部电路上完全隔离，再加上阻容滤波电路，便可有效防止干扰的侵入。同时，由于省去了中间继电器，系统接线简化，系统故障点也随之减少。但通过在多年维护管理输煤程控中对输煤系统外部环境、PLC装置内部电路的分析以及实际应用观察，我认为尽管PLC自身有良好的抗干扰性能，但用于输煤控制时采用继电器隔离仍十分必要，理由如下：
1）现场设备至PLC输入模块间的信号电缆较长，阻抗较大，电缆间的分布式电容充放电效应使信号电缆上产生干扰信号，加之输入模块的输入阻抗大（内阻约2.5K欧）、动作功率小（小于0.5W），因此输煤系统中干扰信号易使输入模块误动作。采用继电器隔离后，继电器动作功率较大（大于1W），而现场干扰信号仅有足够的电压而没有足够的电流，难以使继电器动作，从而有效解决了输入回路的抗干扰问题。
2）继电器与PLC输入模块相比，耐过电压、耐电流冲击的能力较强，可避免引入过压、过流信号而损坏PLC模块。迄今为止，国内已有多个电厂输煤程控系统在运行和调试过程中出现过这方面的故障。对于输出模块，采用继电器隔离增加了输出接点容量，可将继电器接点方便地接入设备控制回路中。
3）现场I/O信号经继电器隔离，与PLC系统在电路上分开，切断干扰信号的通道，避免形成接地环路引入的电位差。同时使控制室内、外自成系统，便于检查和维护。
4）程控系统增加继电器隔离并不会增加工程投资。采用继电器隔离后，PLC与继电器之间采用DC24V电源供电，继电器与现场设备间采用AC220V供电，因此PLC系统可选用DC24V、32点I/O模块；而不采用继电器隔离，则需选用AC220V、16点I/O模块。可见选用继电器隔离方式可节省一半I/O模块。对于设备范围广，信号繁多的输煤系统来说，其价值与增加的继电器相当，总投资并不会因此而增加。
我公司输煤程控系统，在重新技改时输入信号回路未采用中间继电器隔离，在实际应用中由于外部回路干扰信号造成了输入模块工作不正常，影响了输煤程控系统正常运行。不得已，只好再次改造，将PLC输入、输出均采用继电器同外界隔离，程控与电控部分各自成系统，通过近年的生产运行，该系统运行稳定、可靠，抗干扰能力比较强。2.电缆接地屏蔽
在程控系统中，良好接地可消除各电路电流经公共地线阻抗时产生的感应电压，避免磁场及电位差的影响，使其形不成环路。接地是抑制干扰，使系统可靠运行的重要方法，和屏蔽结合起来使用即可解决大部分电磁场干扰问题。
在低频电路中，布线和元件间的电感并不是大问题，而接地形成的环路干扰影响却很大，因此通常采用单点接地的方式。PLC控制系统属于低频范畴（1MHZ以下），也应遵循单点接地的原则。为防止不同类型地线之间的干扰，应将系统中的数字地、模拟地、屏蔽地分别相连，然后汇集到总的接地点，接入输煤程控系统单独接地网。
在程控系统中，PLC模块、电源设备、继电器都放在控制柜内，对电磁场的屏蔽较好。电磁干扰主要由传输导线引入，因此对导线采取屏蔽措施也十分必要。对I/O信号应采用完全屏蔽的信号电缆，并且电缆的金属屏蔽层要采用一点接地。若接地点超过一个，接地点之间的电位差将产生感应电流，形成电磁干扰源。3.电缆选择与敷设
信号传输线之间的相互干扰主要来自导线间分布电容、电感引起的电磁耦合。防止干扰的有效方法首先是注意电缆的选择，应选用金属铠装屏蔽型的控制、信号电缆。一方面可以减少电磁干扰，另一方面也增强了电缆的机械抗拉强度。其次，电缆的敷设施工也是一项重要的工作，施工时应注意将动力电缆和控制电缆分开，控制电缆中将强电电缆和弱电电缆分开。同时还要注意尽量把模拟量信号线、开关量信号线、直流信号线和交流信号线分开排列，以减少不同类型信号间的干扰。
（二）软件措施
在PLC控制系统中，除采用硬件措施提高系统的抗干扰能力外，还可以利用PLC运算速度快的特点，充分发挥软件优势，以确保系统既不会因干扰而停止工作，又能满足工程所要求的精度和速度。数字滤波和软件容错是达到这一目的的两种既经济又有效的方法： 1.数字滤波
对于较低信噪比的模拟量信号，常因现场瞬时干扰而产生较大波动，若仅用瞬时采样值进行控制计算，会产生较大误差。为此在输煤程控中通常采用数字滤波的方法。现场模拟量信号经A/D转换后变为离散的数字量信号，然后将形成的数据按时间序列存入PLC内存，再利用数字滤波程序对其进行处理，滤去干扰部分获得单纯信号。在程序设计时将设备工作电流、煤仓煤位等模拟量信号采用平均值滤波的方法进行预处理，对输入信号用10次采样值的平均值来代替当前值，但并不是通常的每采样10次求一次平均值，而是每采样一次与最近的9次历史采样值相加，即：
Yn=1/10Xi其中Yn为滤波值，Xi为采样值
这种方法反映速度快，具有更好的实时性。输入信号经处理后用于信号显示或控制回路调节，可以有效地解决外部信号传输过程中电磁场的干扰。2.软件容错
由于输煤系统现场环境恶劣，干扰信号较多，I/O信号传送距离也较长，电磁干扰常常会使传送的信号出错，这对于程控系统来讲，将会产生设备误动或拒动等十分严重的后果。为提高系统运行可靠性，使PLC在信号出错的情况下能及时发现错误，并能排除错误信号的影响继续工作，在程序编制中还广泛应用了软件容错技术。
1）在目前现场设备信号不完全可靠的情况下，对于非严重影响设备运行的故障信号，在程序中采取不同时间的延时判断，以防止输入接点抖动而产生“假故障”。若延时后信号仍不消失，再执行相应动作。如皮带的打滑、跑偏信号，我们结合公司输煤系统设备运行速度，在程序中分别设定11s和3s的延时。
2）充分利用信号间的组合逻辑关系构成条件判断。这样即使个别信号出现错误，系统也不会因错误判断而影响其正常的逻辑功能。如在程序编制中，皮带的打滑跑偏及拉绳开头等均同皮带运行信号串联使用，即只有皮带启动后才能发挥作用。若单纯发出故障信号将无法启动皮带。这种方法在实际生产运用中具有很大灵活性。
3）原煤仓煤位传感器在配煤过程有误发信号的现象，程序设计时结合配煤的特点，采取顺序配煤、优先配煤方式和余煤配煤方式，并且所有方式只根据设置高、低煤位信号判断进行。尽可能降低煤位信号对配煤方式的影响，可以减少自动配煤对传感器的依赖性。
由于设备安装调试时系统硬件配置已经确定，对其增加和修改都比较困难，而从软件方面入手则无需 增加任何设备，根据具体情况采用不同的容错技术，使用方便、灵活，可作为硬件容错的补充，进一步提高系统抗干扰能力。现场实际应用表明，数字滤波和软件容错技术在程序设计中必不可少，且行之有效。3 结论
以上几种抗干扰措施是在我公司输煤程控实际应用和PLC的应用特点而总结出来的，但对于其它场合的PLC程控系统也同样具有广泛的应用价值。现场实际应用表明，综合运用上述抗干扰措施，基本能够消除现场干扰信号对程控系统的影响，保证程控系统的可靠运行。
【参考资料】
1、《可编程控制实用技术》 王兆义 机械工业出版社
2、《S7-200可编程控制器操作手册》德国西门子公司
单片机系统的抗干扰措施探讨 篇3
关键词:单片机;干扰;对策
中图分类号:TP368.12 文献标识码:A 文章编号:1674-7712 (2012) 12-0109-01
伴随着计算机和电子技术的飞速发展,进一步促进了微电脑控制技术普及与快速发展。单片机控制系统是自动化系统的核心组成部分,现已被广泛应用于现代工业和各种家用电器及小型设备中。作为工业控制装置的核心,单片机本身就具有一定的抗干扰能力,但由于各种工业控制设备的工作环境及场所往往比较差,周围存在大量的干扰源,对系统的可靠性和安全性构成严重威胁,造成很多工控设备不能正常工作。因此,单片机应用系统的抗干扰问题,在设计中已成为一个重要的课题。
一、单片机的主要干扰源
(一)电源线的高频干扰。在实际操作过程中,晶闸管的通断,强电设备、高频电源及交流电源产生的电火花甚至雷电,都能够产生电磁波,而这些电磁波就成为电磁干扰的噪声来源。如果距离较近,电磁波就会通过分布电容和电感耦合到信号回路而产生电磁干扰;如果距离较远,就会以辐射的形式形成干扰。
(二)感性负载的瞬变噪声干扰。在单片机系统中,一些常用的元件及设备,比如:电动机、继电器、电磁阀等都有较大电感量,如果电感回路的电流被切断,就会产生非常大的反电势,从而形成噪声干扰。这种干扰除了能产生电磁场外,甚至可以击穿电路中晶体管。
(三)噪声电压干扰。直流电源的回路,其负载的变化也能引起电源的噪声,比如:数字电路中从一个状态转为另一种状态时,会在电源线上形成一个很大的尖峰电流,产生瞬变噪声电压。
(四)其他因素的干扰。除了以上几种常见的干扰源以外,无线电设施的射频、数字电路本身门电路频繁的通断、单片机内的晶振电路、各种电子设备开关通断时急剧变化的电流等等也都是单片机重要的干扰源。
二、硬件抗干扰的对策
单片机控制系统受到干扰后,要使其能可靠地工作,就必须切断外界干扰源,使其不能进入到单片机控制系统。硬件抗干扰是一种主动抗干扰措施,主要包括下面几个方面:
(一)接地。对于低频电路,其地线尽量用单点并联接地,对于高频电路,尽量用多点串联接地。同时,加粗接地线条,使通过印刷电路板上的允许电流达到3倍,与此同时,使数据传递的方向与电源线及地线的走向保持一致,可以增强抗噪声的能力。尽量使用45度的折线,不使用90度折线,以此减少高频信号对外的发射及耦合,减少互感的振荡。
(二)屏蔽。使用金属盒、金属网或者金属板构成的屏蔽体,可以有效对付电磁波的干扰。屏蔽体通过反射及吸收的方式削弱电磁波,形成对电磁波的屏蔽。选用高导磁材料做成的屏蔽体防止低频电磁波的干扰,这样当电磁波经屏蔽体的低磁阻磁路通过,不会影响到屏蔽体内的电路。一般采用铜、铝、钢等材料作屏蔽体来屏蔽电场或辐射场,选择坡莫合金、磁钢等材料作屏蔽体,屏蔽低频磁场,选择铜、铝等导电率高的材料来屏蔽高频磁场。另外,还要注意屏蔽体的一点接地问题。
(三)隔离。隔离主要包括物理和光电隔离两种方式。物理隔离是指对小信号低电平的隔离,其信号连线要尽量远离高电平大功率的导线。在同一设备内部时,要将这两类导线分开走线。当远距离走线时,要把功率电缆和信号电缆分开,保持一定的距离,甚至可以使用钢管把它们分别套起来,以此增加屏蔽的效果。
(四)滤波。利用电容、电感等储能元件可以抑制因负载变化而产生的噪声电压,可在电源线的接入端并联两只50μF和0.01μF的电容,大电容用来抑制电源噪声中的低频分量,小电容用来抑制电源噪声中的高频分量,为了取得更好的效果可在电容的前面加上一个电感。
(五)抑制反电势。在单片机系统中,对于负载较大电感量的元件或设备,为抑制其产生的反电势,可以在线圈的两端并联电容、电阻、稳压管和二极管。线圈通直流电的时候,可以并联二极管和稳压管或者电容和电阻组成的旁路;当线圈通交流电的时候,可以并联电阻和电容组成的旁路。
三、软件抗干扰的对策
(一)开机自检。开机自检程序通常包括对RAM、ROM、I/O接口状态等的检测。在程序编制中,可将RAM或ROM区中重要内容分区存放,在程序运行的初始或中间过程中经常对这些数据进行比较检查,如发现数据出错,则重写这些数据。
(二)软件陷阱。在程序存储器的未使用区域中,加上若干条空操作和无条件跳转指令,无条件跳转指令指向复位入口地址。如果程序跳转到这些未用区域,就通过强行执行无条件跳转指令,转到复位入口地址。
(三)指令冗余。指令冗余的一般做法是在十几条正常的指令后填充2-3个NOP空指令,尤其是在一些跳转和子程序调用指令的前面,加上几条NOP空指令可以对程序的正确流向起到一定的保护作用。
(四)软件滤波。为了提高系统对数据采集的精度,可使用软件滤波的方法。此方法可以减少系统随机干扰对数据采集的影响,减少错误的概率,对周期性的干扰有比较好的效果。
(五)软件看门狗。软件看门狗一般要占用单片机系统中的定时器。在主程序中,根据定时器的溢出周期对定时器进行初始化,一旦程序受到干扰跑飞,则在中断子程序里设置一条出错跳转指令,使程序从头执行。
(六)数据备份。为了提高系统的可靠性,可以采用数据备份的方法。输入单片机中的重要数据,可使用掉电保护的措施,但这些数据仍受到干扰的影响,不排除个别数据造成破坏。此时,可对重要数据进行备份,实行自我检查和恢复。
四、结束语
单片机应用系统中,系统的可靠性越来越受到关注。在实际应用中,要结合各种类型的单片机控制系统的特点、被控的对象的性质以及现场工业环境,充分考虑各种因素的影响,在设计中采取必要的硬件和软件抗干扰措施,使系统既满足既定的要求,也能保证其长期、稳定、可靠的工作。
参考文献:
[1]秦臻,田宏伟.单片机应用系统电磁干扰技术研究[J].机械管理开发,2011,5
就地保护测控装置抗干扰措施 篇4
就地安装的保护测控装置较靠近高压一次设备, 母线及其它一次设备运行中产生的电磁场, 对保护测控装置及二次回路有直接影响。流过接地系统的雷电流和接地短路故障电流, 在接地系统中引起的电位升高, 可能对保护及控制回路产生危害, 特别是二次设备分散布置时, 接地系统不同点之间的暂态电位差可成为一种干扰源。靠近雷电流注入处与接地导体其它点间暂态电位差最大, 高出稳态值的数倍。如单相接地短路故障引起母线电压突变的幅度, 与开关操作引起的浪涌相当, 快速瞬变的高频干扰和后期的稳态低频干扰, 存在于电网故障发生过程之中。
1 采用等电位接地网
所谓的接地就是把设备、系统或设备外露 (不带电的导电部分之间采用低阻抗连接在一起。等电位接地网是用导体将原有各孤立的金属构件连接在一起, 组成一个地面的接地网, 给二次回路用, 适用于对高频信号敏感的微电子装置的电磁兼容要求。等电位接地网能为微机保护测控装置提供更好的电磁环境搭接和接地构成三维立体接地网络, 可提供最低接地阻抗。
降低高频干扰的一个重要原则就是要尽量减少接地阻抗。对高频干扰而言, 多回路接地要比相同导体截面的单根导线接地好得多。将不同功能的接地网捆绑成一个接地网, 对降低接地阻抗是极其有效的。
2 高压开关柜接地
对10kV及以下高压开关柜上的微机保护测控装置抗高频干扰, 应将开关柜体、底座槽钢、接地铜排、平行接地导线等连接在一起, 所有的地面接地体捆绑成一个立体接地网架, 形成一个等电位接地体, 再与地下接地网多点相连。柜内引出的屏蔽接地经接地引线接至工作 (屏蔽) 地。这样, 通过机箱内部的屏蔽接地把保护接地和工作接地连接在一起了。在工程安装中, 虽然接地铜排用绝缘子与柜体隔开, 把保护接地和工作接地分开, 但其他的屏柜没有这样做。当把柜与柜、铜排与铜排连接成一体后, 很自然地把不同的地连在一起。
高压开关柜的底座槽钢虽按要求对点接地, 接地阻抗很小, 这一接地阻抗属于所有经开关柜接地的装置及其回路。如果将在高压开关柜内安装的电压互感器、避雷器等一次设备的接地线连接到开关柜的底座上, 不可避免高压侧强电流经开关柜体入地网, 特别是避雷器对地泄放雷电流。此电流流经柜体的接地阻抗而产生高电压, 构成共阻抗耦合干扰。因此, 柜内一次设备的接地, 应采用独立的接地引线, 就近接入地网, 如高压设备的金属外壳与高压绝缘, 且与一次接地端是分置的, 则金属外壳及二次回路中性点接地。但应注意接地引线的走向不与电缆平行, 尽量做到接地引线短些, 引线要用绝缘线, 不能与柜体金属件在电路上连通。
3 装置的接地
装置的接地包括装置机箱直接经金属构件接地、经接地引线接地以及装置屏蔽接地。将箱体与柜体搭接, 装置内、外电路的接地, 就可利用机箱实现短引线接地。如果机箱不与柜体搭接, 而是经长引线接地, 即机箱的接地回路串入了一个电感;另外, 机箱与柜体间又存在电容, 柜体是接地体, 机箱与地的连接阻抗表现为电感与电容并联时的阻抗特性, 会在某个频率时发生并联谐振, 即使不发生谐振, 或呈电感性, 或呈电容性, 都会对装置的抗干扰产生不同影响。因此, 不能忽略接地引线和机箱与柜体间的寄生电容的不良影响, 须采用直接搭接, 消除接地引线和机箱与柜体间的寄生电容。接地引线应尽量的短, 以不用引线直接连接地为最佳。
对于10kV高压室, 应在室内的二次电缆沟中敷设截面不小于100mm2二次专用接地铜排, 其末端在高压室内以截面不小于100mm2铜缆一点与变电站主地网引下线可靠连接, 该铜排还应通过截面不小于100mm2铜缆与主控室、保护室内二次接地网可靠连接, 各10kV保护测控装置应用截面不小于4mm2铜导线与该铜排可靠连接。
4 网络及控制电缆的布线和敷设
在安装接线时应尽量避免采用接地引线, 在不得已的情况下可采用短 (10cm) 接地引线。如对网络线与装置网络端口的接线, 屏蔽层应直接接到装置的机箱螺丝上, 借助于屏柜接地, 这样可避免因接地引线太长影响屏蔽效果。
10kV及以下高压母线在开关柜的上部, 在其周围的线缆都会受到干扰。产生这种干扰的原因是2根导线间的杂散电容和互感造成, 以及与线缆的对地电容有关。减小导线间电容, 增大导线对地电容, 减小互感系数就可以减少干扰。最简单的办法就是增加2根导线之间的距离, 受干扰导线靠近地面和接地体可在增大电容的同时, 减少受干扰导线与地构成的环路面积, 也可减小互感器值。因此, 施工中二次回路电缆及网络线的布置及敷设, 要尽量避免与高压母线或高压设备一次线的接地引下线近距离平行敷设, 并尽量增大二者间的距离。高压开关柜侧电缆屏蔽层接地时, 接地点应尽量远离大接地短路电流中性点接地点和其它高频暂态电流的入地点, 如避雷器、避雷针、电容式电压互感器等接地点。
5 装配电源滤波器
目前, 变电站的直流系统均采用微机型高频开关电源, 但考虑直流输送过程中直流电缆的干扰, 在保护测控装置的电源进线处装设电源滤波器还是必要的。电源滤波器是一种低通滤波器, 实际上在电路中兼顾了对差模干扰和共模干扰的抑制。虽然从电路上看是一个简单的两端口网络, 但要注意滤波器外壳尽量直接与柜体紧密搭接, 避免经长引线接地。如经长引线接地, 相当于在共模滤波电容对地回路增加了一个阻抗, 干扰不能顺利通过电容入地, 而是通过两端电容串接形式, 将输入端的干扰耦合到输出端, 滤波器外壳经长引线接地, 严重影响了其滤波效果。经滤波器后, 引入装置在柜内的走线, 应远离直流操作回路的导线及高频输入 (出) 回路的导线, 更不得与这些导线捆绑在一起。
6 结束语
抗干扰措施 篇5
电磁兼容性(EMC)是指电子设备或系统在规定的电磁环境电平下不因电磁干扰而降低性能指标，同时它们本身产生的电磁辐射不大于规定的极限电平，不影响其它电子设备或系统的正常运行，并达到设备与设备、系统与系统之间互不干扰、共同可靠地工作的目的。
世界各国都相应制定了自己的EMC标准。比如国际电工委员会的1EC61000及(C1SPR系列标准、欧洲共同体的FN系列标准、美国联邦通信委的FCC系列标准和我国现行的GT3/T13926系列EMC标准等。随着国际电磁兼容法规的日益严格，产品的电磁兼容性能越来越受到重视。
开关电源作为一种电源设备，其应用越来越广泛。随着电力电子器件的不断更新换代，开关电源的开关频率及开关速度不断提高，但开关的快速通断，引起电压和电流的快速变化。这些瞬变的电压和电流，通过电源线路、寄生参数和杂散的电磁场耦合，会产生大量的电磁干扰。
二、开关电源的干扰源分析
开关电源产生的电磁干扰(EMI)，按耦合通道来分，可分为传导干扰和辐射干扰;按噪声干扰源种类来分可分为尖峰干扰和谐波干扰。开关电源在工作过程中所产生的浪涌电流和尖峰电压就形成了干扰源，工频整流滤波使用的大电容充电放电、开关管高频工作时的电压切换以及输出整流二极管的反向恢复电流都是这类干扰源。
三、电磁干扰的抑制措施
电磁干扰由三个基本要素组合而产生：电磁干扰源;对该干扰能量敏感的设备;将电磁干扰源传输到敏感设备的媒介即传输通道或藕合途径。
对开关电源产生的电磁干扰所采取的抑制措施，主要从两个方而考虑：一是减小干扰源的干扰强度;一是切断干扰传播途径。
常用的抗干扰措施包括电路的隔离、屏蔽、接地、加装EMI滤波器以及PCB板的合理布局与布线。
1.电路的隔离
在开关电源中，电路的隔离主要有：模拟电路的隔离、数字电路的隔离、数字电路与模拟电路之间的隔离。主要目的是通过隔离元器件把噪声干扰的路径切断，从而达到抑制噪声干扰的效果。对于开关电源的模拟信号控制系统的隔离，交流信号一般采用变压器隔离，直流信号一般采用线性隔离器(如线性光电耦器)隔离。
数字电路的隔离主要有:脉冲变压器隔离、光电耦合器隔离等。其中数字量输入隔离方式主要采用脉冲变压器隔离、光电耦合器隔离;而数字量输出隔离方式主要采用光电耦合器隔离、高频变压器隔离。
2.屏蔽
屏蔽一般分为两类，一类是静电屏蔽，主要用于防止静电场和恒定磁场的影响;另一类是电磁屏蔽，主要用于防止交变电场、交变磁场以及交变电磁场的影响。屏蔽是抑制开关电源辐射干扰的有效方法。可以用导电良好的材料对电场屏蔽，而用导磁率高的材料对磁场屏蔽。
3.接地
为防止各种电路在工作中产生互相干扰，使之能相互兼容地工作，根据电路的性质，将工作接地分为不同的种类。比如直流地、交流地、数字地、模拟地、信号地、功率地、电源地等。在电路的设计中，应将交流电源地与直流电源地分开，模拟电路与数字电路的电源地分开，功率地与弱电地分开。
4.加装EMI滤波器
抗干扰措施 篇6
【关键词】变电站；继电保护；抗干扰
【中图分类号】TM774
【文献标识码】A
【文章编号】1672—5158（2012）10-0256-02
变电站是一个具有高强度电磁场的特殊区域，既有高电压、大电流一次强电设备产生的强烈电磁干扰，又有供电系统以及来自外界的干扰，从而对继电保护装置的正常运行产生重要的影响。因此，有必要对变电站继电保护常见干扰源进行分析，在此基础上，采取综合性的抗干扰措施，以保证变电站继电保护装置的正确动作。
1 变电站继电保护干扰分析
1.1 高频干扰
变电站内对二次回路及二次联接设备产生高频干扰的重要来源有：断路器的合闸、隔离刀闸带电操作空母线（例如旁路母线）等。对于隔离刀闸向空母线充电可以等效为隔离刀闸合闸于不带电的纯电容负荷。隔离刀闸带电合空母线在开始闪络拉弧的初始阶段将产生200～300／s的再点弧过程。每次都将产生前沿很陡的电流与电压波，这些波沿母线传播，并经母线终端或各种电容器设备注入地网（例如电容式电压互感器），行波在每一个断点处都产生反射，从而产生各种高频振荡，其频率范围一般为50kHz～5MHz之间。这些高频振荡与二次回路耦合会感生出强烈的干扰。
1.2 辐射干扰
在手机、对讲机的附近会产生强辐射电场和相应的磁场，变化的磁场会在附近的半导体器件回路中将感应高频电压，形成了一个假的信号源，在经过整流后可能将数字回路的逻辑电位偏移甚至造成逻辑混乱，研究表明，在一些目前仍被广泛运行的收发讯机、录波器1m范围内使用手机、对讲机，收发讯机会启动，同样录波器也会启动。可见辐射对继电保护装置也是一个重要的干扰源。
1.3 工频干扰
当变电站内发生接地故障时。会在变电站地网中和大地中流过接地故障电流，通过地网的接地电阻，使接地故障后的变电站地网电位高于大地电位，该电位的幅值决定于地网接地电阻及入地电流的大小，按我国有关规程规定其最大值可达每千安故障电流10V。
1.4 直流干扰
对于直接电源的干扰主要有两个方面：直流回路上发生故障或其它原因产生的短时电源中断与恢复。因为抗干扰电容与分布电容的影响，直流的恢复可能极短，也可能较长，在直流电压的恢复过程中，电子设备内部的逻辑回路会发生畸变，造成继电保护功能紊乱而引起误发信号，误输出跳闸命令的错误动作行为；因外部原因致使直流回路中窜入交流分量，这种情况对经长电缆自变电站引入保护装置的控制及信号回路都有很大的影响。也就是说直流电源中一旦串入交流成份，便会影响继电保护设备的动作行为，对系统的稳定造成很大的破坏。
1.5 静电干扰
在干燥的环境下，工作人员的衣物上可能会带有高电压，在穿绝缘鞋的情况下，他们可以将电荷带到很远的地方，所以当工作人员接触电子设备时会对其放电，放电的程度依设备的接地情况，环境不同而不同，严重时会烧毁电子元件。
1.6 雷击干扰
雷击对变电站的一次、二次设备都产生很大的影响。有研究结果表明，对于干扰而言：雷击相似于幅值平均为25kA的冲击型电流源，其上升时间从1μs到大于50μs，衰减到一半幅值的时间从几十微秒到几百微秒不等。无论雷击在变电站的什么部位上，最终的雷击波都将经变电站母线四面传播，并经避雷器入地。由于电与磁之间的耦合，会在导线与地面之间产生干扰电波，这种干扰在屏蔽电缆中感应的电压波形决定于电缆本身的谐振频率。对于普通的屏蔽电缆，在严重雷击时其干扰将超过1kV。雷击的另一重要影响是雷击电流流入大地后产生的暂态地电位升高。当变电站接地部位直接雷击或雷击电流经避雷器入地时，高频电流会因为地网的高电阻，从设备到地网接地线的接地阻抗等等引起的暂态地电位升高。
2 变电站继电保护抗干扰措施分析
2.1 继电保护装置抗干扰措施
为了提高继电保护及自动装置的安全运行水平：一方面从继电保护装置本入手，通过屏蔽、接地、滤波等方式提高抗干扰能力；另一方面在变电站也要采取一些抗干扰对策，整体上提高抗干扰能力。所以，针对几种不同的干扰，在继电保护装置和变电站上需要采取抗干扰对策。
2.2 保护装置屏蔽措施
在继电保护装置屏蔽设计之前，总体指标的分配非常重要，通常有30dB和70dB之说：即在同一环境中的一对设备，干扰电平与抗扰度之差小于30dB，设计阶段可不必专门进行屏蔽设计；若两者之差超过70dB，单靠屏蔽已经很难保证两者兼容，即使能达到兼容指标，设备成本也将会急剧增加。较为可行的办法是，在总体指标或方案配置上作出适当的调整，使得干扰电平和抗扰度电平之差介于30～60dB之间。这是屏蔽设计常用的期望值。一般而言，当屏蔽要求高于上述期望值时，最常用的措施是整体屏蔽之后，内部再加第二重屏蔽；在控制方案上可采用低频或直流控制高频电路运作的方式，这对当今微机和单片机在设备中广泛应用的态势，实施将变得更为方便灵活。广义的电磁屏蔽，一般可以分为两种类型：一类为用于防止静电场（包括静电场和恒定电场）和恒定磁场的影响，另一类为防止交变电场、交变磁场、交变电磁场的影响，即通常工程人员从狭义的概念上理解的电磁屏蔽。
对于微机继电保护装置而言，为防止外部的干扰直接耦合到装置的内部插件和元器件上，所有的插件用机箱来屏蔽。这一点，目前几乎所有的微机保护装置都采用了。以四方公司的第三代微机保护装置为代表，并且采用机箱良好接地的方式。当装置安装于主控制室内时，由于距离开关场比较远，加上房间设计通常都采用“法拉第笼”的结构，从电磁干扰比较严重的开关场地发出的干扰，无论是表现为静电的形式，还是电磁波的形式，在经过很长的距离到达主控楼的继电器室后，首先要经过一个“法拉第”式的屏蔽体，经过衰减后到达继电器屏，继电器屏的外壳也是一个屏蔽体，再次衰减后，到达微机保护装置的机箱。由于微机保护装置机箱也是一个屏蔽体，对电磁干扰将起再次屏蔽的作用。可以断定，如果主控制室的屏蔽体和继电器屏的外壳这两层屏蔽良好，到达微机保护装置的电磁干扰将变得很小，再经过微机保护装置机箱的屏蔽作用，直接耦合到微机保护装置内部设备上的干扰将可以忽略。当微机保护装置下放到开关场，如不采取有力的措施，微机保护装置将直接承受来自开关场的干扰，环境将变得很恶劣。与装置在主控制室内的情形类似，经过屏蔽的作用，电磁干扰在装置的内部将主要表现传导干扰，然后应再通过其他的措施对传导干扰进行抑制。在微机保护的装置内部，通常的屏蔽指的就是电磁感应屏蔽和静电屏蔽。
2.3 保护装置的接地措施
实践证明，接地技术是抑制噪声的重要手段。良好的接地可以在很大的程度上抑制装置内部的噪声耦合。防止外部电磁干扰的侵入，从而提高系统的抗干扰能力。这样，就可将电气设备的接地的目的分为三类：其一是出于人身、设备安全的目的；其二是为各电路提供基准电位；其三则是出于EMC目的。
实际上，微机继电保护装置外壳的接地，起到了抑制电磁干扰和安全接地的双重作用。微机保护装置内部，必须接地的屏蔽层是：模拟量输入插件上CT、PT原、副方线圈问的屏蔽层；如果进行数据通信的通信线采用屏蔽层，屏蔽层也应该通过设备的外壳良好接地。因为，装置内部的电磁干扰，主要是静电感应或电磁感应；良好的接地，可以削弱甚至消除各种近场类型的耦合。控制系统中的基准电位，是回路工作的参考电位，基准电位的连线称为工作地，通常是控制回路直流电源的零线。工作地和大地的连接，一般有3种方式：浮地方式、直接接地方式和电容接地方式。
2.4 保护装置的滤波措施
传导干扰是不可能完全消除的。设置滤波器的目的，在于尽量将干扰衰减到某一个要求的技术水平。如对于外部干扰而言，不得导致装置工作故障。在主要表现特征为电场的各类电磁干扰中，快速瞬变干扰是比较严重的一类，其频率成分最高可考虑到400MHz。在有条件的场合应尽可能地采用低通滤波器，从GB／T17626.1提供的快速瞬变干扰的幅频特性图来看，低通滤波器的截止频率应在2MHz以下。实际的使用当中，根据经验，截止频率可以放宽到10MHz，成分发挥作用的，试验的结果比较理想。试验证明，微机保护装置的端口部位如能设置低通滤波器，则效果将很明显，这对增强硬件的抗干扰能力是一个极为有利的举措。应该设置滤波器的端口主要是电源端口。常用的滤波器件有以下几种：
（1）EMI吸收磁环。由于其安装方便、价格便宜、滤波性能良好，越来越受到人们的重视。它是以铁氧体为主要材料制成的有损耗元件，通过吸收或耗散回路上的高频干扰能量，来达到抑制电磁干扰的目的。
（2）模拟低通滤波器。这里所说的模拟低通滤波器是指由电容、电感等元器件组成的模拟滤波器。在EMC领域当中，“滤波”几乎总是意味着“低通滤波”。
（3）去耦电路。通常，为限制串扰或为同一回路上的共模干扰提供通路，从而避免干扰入侵到设备的内部，一般在设备人口的地方，或干扰比较严重的地方设置去耦电容，从而形成去耦电路，其作用原理，就是利用电容在高频干扰作用下，容抗减小进而为高频干扰提供通路的原理来完成的。
2.5 变电站抗干扰措施
土建施工的防范措施。将保护室的结构地板及墙体中加强筋全部联网并接于地网，以制造一个放置整个二次系统的极低阻抗地平面。控制室上的避雷针必须用多根周边导体与地网相联。金属结构与钢筋混凝土的加强筋必须联通，上端与避雷针相联，下部与地网相联，形成有效的网格法拉第笼。
一次设备的防范措施。尽量降低电流互感器、电压互感器、避雷器等设备的接地阻抗，使之构成一个低阻抗的接地网来降低变电所内的地电位差。对于电容式电压互感器和高频通道的耦合电容器，应尽量降低电容器的底座高度，接地引下线采用多股导线来增加接地线接入地网的密度。
二次设备的防范措施。对于二次回路中来回的两根芯线必须在同一根电缆中，以避免产生过大的差模电压，由电容式设备来的二次电缆应紧靠接地引下线敷设；禁止不同能量等级的强电与弱电回路共用一根电缆。所有用于联接由开关场引入控制室继电保护设备的电流、电压和直流等可能由开关场引入干扰电压到基于微电子器件的继电保护设备的二次回路，应采用带屏蔽层的控制电缆，且屏蔽层在开关场和控制室两端同时接地，开关场的屏蔽层接地点应离一次设备的接地点3～5m处接地。
3 结语
变电站继电保护干扰产生过程的复杂性，增加了抗干扰措施应用的困难性，但干扰还是可控的，文章的分析具有一定的借鉴价值，在具有实践中，还需结合变电站实际，选择有效性、经济性的抗干扰措施，以保证变电站的稳定运行。
参考文献
[1]李春.浅析变电站继电保护抗干扰技术[J].价值工程，2012，31（11）
信号提升系统抗干扰治理措施 篇7
关键词：矿井,信号,故障,通讯,脉冲,误差,干扰
提升安全是矿井安全链条中的重要一环, 关系着矿井的正常提升和上下井人员的生命安全。提升信号是矿井主提升机运行的直接联系方式, 保证矿井提升信号的可靠, 是保障矿井安全提升的基础。目前矿井主提升机基本全部采用P L C控制系统, 在此类系统中, 由于来自系统内外部的干扰, 有时会造成传输数据错误或丢失, 严重时甚至造成系统失灵, 引发人身安全事故或矿井财产的损失。为了确保矿井提升系统的正常运转, 最大限度的保障人身及财产安全, 必须要确保矿井提升信号系统可靠, 降低各类干扰的影响。
1 故障表现及系统简介
花园煤矿副井采用唐山智诚电气公司的信号KJD23矿用PLC信号操车控制系统。一段时间前, 因设备干扰偶尔出现的误信号, 对矿井安全提升造成了极大的安全隐患。具体故障表现:在副井下井口信号台未联系发点的情况下, 绞车房与上井口同时出现提升信号点数, 并在绞车房显示提升信号。造成副井绞车司机在未注意观察井口实时监控器的情况下, 极有可能出现误操作, 造成提升安全事故。
信号系统简介:花园煤矿提升信号系统分为车房显示箱、上井口信号箱、下井口 (或水平) 信号箱三部分;操车电控系统分为上井口操车控制台、下井口操车控制台三部分;其中操车控制与信号系统共用一个操作台, 两套系统独立供电没有直接联系。信号系统通过422接口与计算机联网, 车房采用计算机界面显示。采用日本的三菱PLC为主要控制部件, 信号传输电缆采用17芯1.5 mm2的铠装屏蔽电缆。
具体操作简述:信号传输由下井口作为第一站, 在上、下井口操车闭锁 (摇台抬起到位、安全门关闭到位, 前阻车器关闭) 正常的情况下, 下井口信号台发送的提升信号 (提升、下放或者平罐) 到上井口信号台, 上井口信号工接到信号后根据现场情况及具体提升运行方向进行判别, 确认正确后方可将信号传送到副井绞车房, 信号在副井绞车房提升维持六秒钟, 提升机司机在接到信号后, 在规定时间内, 可以正常动车。如副井提升机不满足动车条件, 需按照上述联系步骤重新发送信号, 以有效防止误操作以保障提升安全。
2 故障的排查和解决
根据此次信号故障的表现分析, 主要从以下几个方面做了相应处理, 并最终解决了此故障。
2.1 设备外部故障和人为因素
信号传输终端可能的故障及误操作是诱发故障的因素之一。
由于设备终端可能的故障和信号按钮本身的原因, 可能造成设备信号的误发送, 并经过上井口转发, 传递到绞车房。
在现场, 对设备进一步分析后, 排除了下井口信号操作系统、按钮和线路故障, 排除了人为操作故障因素。更换下井口通讯连接模块, 排除下井口通讯模块故障, 此时故障依旧。
2.2 通讯系统模块处理
由于上下井口及绞车房之间采用通讯线路连接, 通讯设备的接口及线路可能因线路故障误传信号, 在更换通讯线路芯线及传输模块后, 现象并未改善。为确保提升安全, 临时在副井上井口信号台上加设了信号闭锁开关, 只有上井口信号工在确认井口需要动车时, 打开闭锁开关, 所发出的信号才能传到绞车房。采取此项措施后, 在仍有可能出现干扰造成的误信号的情况下, 有效避免了将误信号传入到车房而引发提升事故。
2.3 信号电缆处理, 闲置芯线接地
传输线路干扰的处理, 主要的方法有屏蔽、接地和滤波。
接地的主要目的如下:提供公共参考0电位, 防止外界电磁干扰, 保证安全工作。接地抗干扰的主要是避开地环电流的干扰;其次是降低公共地线阻抗的耦合干扰。
由于信号电缆与动力电缆均为独立电缆互不影响, 根据故障判断更换了上井口至车房的通讯电缆;对所有通讯电缆的芯线逐一测试后, 发现各芯线均无异常。在确定全部通讯电缆无异常的情况下, 技术人员于副井上井口检测, 仍多次出现不规律信号上升沿, 确定线路影响依然存在。而后将所有通讯电缆的备用线路及屏蔽层, 重新做了接地, 接地点尽量靠近三菱PLC并测试合格, 更换副井上井口及绞车房内PLC及通讯模块。
2.4 修改信号联络方式
将使用通讯连接的方式改为点对点硬链接通讯方式。信号的各个信号, 设计时采用通讯线路连接。在原系统的通讯中, 总体上来说由于软件设计及校验的原因, 对抗干扰能力不强, 发生尖峰波干扰时, 容易出现错误。因此, 重新对各个提升信号用专门的信号芯线做了点对点硬链接, 使信号通过专门的通讯芯线传播, 相应的芯线只能传送相应的信号。这在PLC逻辑判断中也相应的容易判断正确信号和干扰信号, 增加了信号传输的可靠性。
2.5 软件抗干扰措施
矿井通讯信号中信号存在的脉冲误差会引起输入信号判断错误, 可采用软件识别的方式区分有用信号和干扰信号, 并采用滤除干扰信号的方法, 也就是软件抗干扰措施。
由于正常收发信号具有的规律性和可识别性, 而干扰信号的出现较无规律, 在程序设计上就可根据规律和时间区域来确定是否是正确信号, 并且在可能出现干扰信号的时区封闭输入口, 滤掉干扰信号。也可以采用根据信号联系的既定逻辑关系来判断真伪, 从而滤掉干扰信号。
矿井通讯信号中信号存在的脉冲误差会引起输入信号判断错误, 根据干扰类似脉冲的特性——持续时间短, 可以采用简单连续采样的方式, 在信号传输部分加设延时模块, 检测到信号产生时间必须在20 MS以上, 才能由系统辨识为正确的提升信号, 而只有正确的提升信号才能发出。
这次处理共计用时13天, 在这五项措施处理完毕后, 故障得到了完善的解决。
3 问题分析及处理要点
故障的原因无外乎是人、机、环三方面的原因, 通过对人的操作、设备的运行及环境的干扰逐一排除, 最终可以大致确定问题的根源。此次故障处理过程中通过排除了人为和设备的因素, 确定了故障的本源就是环境的干扰。而由于信号通讯的隐蔽型, 在发生一些干扰以及其引起的软故障, 无法及时查明和排除, 造成故障原因不容易发现。
通过此次故障处理, 我们可以看出通讯系统抗干扰的重要性, 针对此次故障中的干扰, 技术人员从通信线缆、接地系统、通讯方式及软件设置上做了一系列处理, 将可能影响设备运行的干扰因素逐一排除, 大大提高设备的抗干扰性能, 为设备恢复正常运行提供了保障。
4 结语
针对此次故障, 虽并未直接找出故障出现确切的原因, 但无疑在信号通讯方面各类可能的干扰是最主要的因素, 通过以上的五步处理, 极大提高了提升信号传输的稳定性, 大大削弱了各类干扰的影响。
目前花园煤矿副井提升信号系统一直保持在稳定状态。
参考文献
[1]陈群阳, 曙光, 穆平安, 等.DSP系统抗干扰技术的研究[J].仪表技术, 2004, 43 (4) :60-61.
PLC抗干扰分析及措施 篇8
1 硬件抗干扰措施
1.1 PLC的电源与接地
PLC控制系统的电源由电网提供。而电网在空间中, 会受到空间电磁的干扰, 若PLC系统受到辐射干扰, 则在线路上就会有感应电压, 从而造成程序读取或运算错误, 致使产生误输入并引起误输出, 这将会造成设备的失控和误动作, 从而不能保证PLC的正常运行。应对这种情况, 可接一个隔离变压器以减少设备的干扰, 此隔离变压器应选用带屏蔽的型号, 以提高系统的可靠性。假如一个系统内部有扩展单元, 则这些单元其必须与电源共用一个控制开关, 这就使说它们的断电与通电必须保持一致, 同时进行。接地能在很大程度上消除干扰, 接地好坏与否, 会影响到PLC是否可以安全可靠运行。为了减少在电源端的干扰, PLC应该接有其专用的接地线, 此接地线应该是厂家设备上指定使用的接地线。在接地线的选择标准上, 应该尽量选择使其接地电阻足够小的接地线, 所以我们应该选择足够粗的接地线, 接地点也应该尽量靠近PLC, 以便使接地线长度不至于过长, 减小线阻。
1.2 PLC的I/O设备
开关量、模拟量等输入信号需要从I/O设备进入PLC, 信号的稳定是系统能够正常运行的关键。其输入设备质量的好坏、接线是否牢靠都将影响到控制系统的可靠性。以阀门的输入开关量为例, 阀门开关时, 需要反馈输入信号来判断阀门的状态。如果选用容易产生故障的机械限位开关, 就会影响到系统的稳定。所以在设备选型时, 应选用可靠性更高的接近开关替代机械限位开关。而对于模拟量输入信号, 其设备应选用质量好的输入设备, 并做好屏蔽。PLC上的I/O模块根据点数的不同, 有一定数量的接线端子, 接线是否牢靠将很大程度上影响到系统的正常运行。除此之外, 光电耦合器也成为了近年来抑制输入输出电路所产生干扰的有效措施之一。光电耦合器具有以下特点:首先, 良好的独立密封性使其不会受到外界光的干扰;其次, 发光二极管动态电阻很小, 而干扰源的内阻却很大, 这样就使得传送到光电耦合器的干扰信号变得很小;第三, 光电耦合器的传输比与晶体管的放大倍数比值很小, 致使其灵敏度远低于晶体管对干扰信号的灵敏度, 而光电耦合器的发光二极管需要一定大小的电流值才能发光;第四, 信号的传送过程是依靠光来实现, 减少了与其他电路的联系, 降低了故障率。所以, 就算是干扰电压的幅值较高, 但由于没有足够的能量使发光二极管发光, 还是不能形成干扰信号, 从而很好地抑制掉产生的干扰。由于光电耦合器的线性区一般是在某一固定的区域里, 因此, 应保证被传信号的变化范围始终在线性区内。选择良好的光电耦合器才能更好地保证线性耦合, 而且还要采取相应的非线性校正措施避免产生较大的误差。
1.3 PLC安装环境
由于工业环境需求, PLC在设计时, 可以适应一定的恶劣环境。但为了减少干扰, 我们应该为PLC提供最好的环境。可以将其置于空调房中, 使其环境温度保持在0℃~55℃范围之间, 并保证有足够大的散热空间和良好的通风, 同时对其对所处的环境定期进行清洁, 尽量减少粉尘和腐蚀性气体进入空调房。
2 软件抗干扰措施
采取硬件抗干扰措施可以最大程度地抑制干扰信号进入系统, 但在复杂的工业生产环境中, 很多随机的干扰不能靠硬件措施抑制, 干扰还是会进入到系统中。这时我们可以利用软件的抗干扰措施来抑制干扰。PLC自身带有功能强大的软元件, 如计数器、定时器、脉冲触发等, 利用这些软元件, 我们可以设计一些程序, 使程序可以判断信号是否有误, 防止读取误信号而导致误动作的输出。这样, 就可以利用软件的灵活性在硬件抗干扰措施的基础上进一步提高系统稳定性。
2.1 延时判断
由于噪声、粉尘、瞬间操作等因素的影响, 不可避免会导致输入信号的错误, 从而引起程序判断错误, 造成系统出错。例如当开关、按钮作为输入信号时, 由于输入信号是继电器触点, 有时会因为产生瞬间跳动引起系统误动作。这时候, 可用定时器设定一个定时时间, 定时时间根据触点跳动情况和系统自身要求的响应时间来定, 超出预期的时间范围, 就可以判断触点没有到达设定的位置, 从而判断系统产生误动作。
2.2 波动判断
有些干扰是由于输入信号的波动而产生的, 波动信号触发动作后, 可能会使设备频繁的执行重复的两个动作, 两个动作中有一个是我们不需要的误动作。例如由于液位的波动而产生的报警。当液位瞬间到达设定的预警高度之后, 系统就会报警。但由于液位波动, 可能瞬间液位会回落至预警高度以下, 致使报警启停不断, 这时候, 可以采用一个上升沿触发一个置位信号, 使报警保持, 当液位到达一定安全位置后, 复位报警信号。
2.3 范围判断
由于人为、环境、或者设备本身的影响, 有些干扰会使所需的模拟量数据远远超出工业生产的范围, 这时可通过设定的数据范围, 判断设备不能继续工作, 停止设备。例如, 在执行配方配料时, 称量物料重量的秤体由于人为的压迫, 致使重量远远超出所需重量, 这时可以通过预先设置的数据范围停止设备工作, 找出干扰源。
3 结束语
影响PLC稳定正常运行的干扰因素很多, 我们应该认真分析产生干扰的原因, 有针对性的制定措施, 深入剖析, 不断探索, 找出最好的解决办法。随着工业自动化的不断发展, 新的问题和挑战将呈现在我们面前, 需要我们这些自动化技术人员不懈的坚持和努力, 只有这样才能让自动化更好地为我们生活服务。
参考文献
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DCS系统抗干扰措施分析 篇9
中化镇江焦化有限公司 (以下简称“镇江焦化”) 在退城进区过程中, 坚决贯彻“以高新技术改造传统产业”的方针, 使DCS系统得到了极大范围的应用, 提高了劳动生产率、产品产量和质量。然而, 由于公司位于华电高资电厂和宏顺电厂之间, 高压线贯穿其间, 变频机、风机等大型设备的广泛应用, 各种干扰很严重。镇江焦化使用的新华ONXDC1.0 DCS系统在使用初期遇到各种了类型干扰。通过不断的探索和试验, 终于使DCS系统得以安全稳定运行, 发挥其在生产过程监视和控制的作用。
1DCS系统信号构成
DCS系统在生产过程监视和控制中要用到多种自动化仪表、计算机及相应执行机构。过程中的信号既有微弱到毫伏级的小信号, 又有数十伏的大信号, 甚至还有高达数千伏、数百安培的信号要处理。从频率方面来看, 有直流低频范围的, 也有高频/脉冲尖峰。设备仪表间的互相干扰, 设备仪表的“地 (信号参考点的电位差) ”, 就成为系统调试中必须要解决的问题。不同设备、仪表的信号要互传互送, 会存在信号参考点。即要使信号完整传送, 理想化的情况是所有设备仪表的信号有一个共同的参考点, 即共有一个“地”, 或所有设备仪表信号的参考点之间电位差为“零”。但是在实际环境中, 除了各个设备仪表“地”之间的连线电阻产生的电压降之外, 还有各种设备仪表在不同环境受到的干扰不同, 以及导线接点经受风吹雨淋氧化导致接点质量下降等诸多因素影响, 导致各个“地”之间有差别。
2DCS系统抗干扰措施
防电磁干扰可以通过屏蔽、接地、滤波、隔离等措施实现。
2.1屏蔽和接地
DCS系统在安装时, 正确合理布线工作很重要。仪表线与动力线分开敷设, 布线时必须有良好的接地系统, 并应符合下列规定:
(1) 保护地线的接地电阻值, 单独设置接地体时不应大于4 Ω, 采用联合接地体时不应大于1 Ω;
(2) 采用屏蔽布线系统时, 所有屏蔽层应保持连续性;
(3) 屏蔽层单点接地, 浮空端应做好绝缘工作。
往往单纯采用屏蔽不能提供完整的电磁干扰防护, 因为设备或系统上的电缆是最有效的干扰接收与发射天线。许多设备单台做电磁兼容实验时都没有问题, 但当两台设备连接起来以后, 就不满足电磁兼容的要求了, 这就是电缆起了接收和辐射天线的作用。唯一的措施就是加滤波器, 例如变频机在其输出端安装滤波器就可以很好地切断电磁干扰沿信号线或电源线传播的路径, 与屏蔽共同构成完美的电磁干扰防护, 无论是抑制干扰源、消除耦合或提高接收电路的抗能力都可以采用滤波技术。
2.2滤波
2.2.1 线上干扰的类型
线上的干扰电流按照其流动路径可以分为两类:一类是差模干扰电流;另一类是共模干扰电流。共模干扰一般是由来自外界或电路其它部分的干扰电磁波在电缆与“地”的回路中感应产生的, 有时由于电缆两端的接“地”电位不同, 也会产生共模干扰。它对电磁兼容的危害很大, 一方面, 共模干扰会使电缆线向外发射出强烈的电磁辐射, 干扰电路的其它部分或周边电子设备;另一方面, 如果电路不平衡, 在电缆中不同导线上的共模干扰电流的幅度、相位发生差异时, 共模干扰则会转变成差模干扰, 将严重影响正常信号的质量, 所以人们都在努力抑制共模干扰。差模干扰主要是电路中其它部分产生的电磁干扰经过传导或耦合的途径进入信号线回路, 如高次谐波、自激振荡、电网干扰等。由于差模干扰电流与正常的信号电流同时、同方向在回路中流动, 所以它对信号的干扰是严重的, 必须设法抑制。综上所述可知, 为了达到电磁兼容的要求, 对共模干扰和差模干扰都应设法抑制。
2.2.2 滤波器的类型
滤波器是由集中参数的电阻、电感和电容, 或分布参数的电阻、电感和电容构成的一种网络。这种网络允许一些频率通过, 而对其它频率成份加以抑制。根据要滤除的干扰信号的频率与工作频率的相对关系, 干扰滤波器有低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器等种类。
常用的低通滤波器是用电感和电容组合而成的, 电容并联在要滤波的信号线与信号地之间 (滤除差模干扰电流) 或信号线与机壳地或大地之间 (滤除共模干扰电流) 电感串联在要滤波的信号线上。
高通滤波器用于干扰频率比信号频率低的场合, 如在一些靠近电源线的敏感信号线上滤除电源谐波造成的干扰。
带通滤波器用于信号频率仅占较窄带宽的场合, 如通信接收机的天线端口上要安装带通滤波器, 仅允许通信信号通过。
带阻滤波器用于干扰频率带宽较窄, 而信号频率较宽的场合, 如距离大功率电台很近的电缆端口处要安装带阻频率等于电台发射频率的带阻滤波器。
2.3隔离
DCS系统在调试初期, 冷鼓工段及氨分解工段部分信号显示数乱跳, 化工工段亦有部分温度显示值与实际值不对应。分析数据采集板由八个通道组成, 每个通道单独输入到采集板均正常。但是同时输入两个或多于两个外部信号时, 显示数字乱跳故障无法排除。经分析有可能是各通道没有点点隔离。这两种情况在使用隔离器后, 都正常了。隔离器之所以能起到这个作用, 就是它具有使输入/输出在电气上完全隔离的特点。换句话讲, 输入/输出之间没有共同“地”, 外来信号不管是0～10 V, 或带着共模干扰电压的0～10 V经隔离后均为0～10 V。即隔离后新建立的“地”与外部设备仪表“地”没关系。正是由于这个原因, 也实现了输入到DCS控制柜的多个外接设备仪表信号之间隔离, 即它们之间没有“地”的关系。
当然DCS向外部设备输出信号也有类似现象问题, 采用隔离器就能很好地解决问题。这类电压/电压隔离器及电压/电流隔离转换器的产品型号是WS1521、WS1522。
(1) 不管DCS向外部设备仪表发送信号, 还是外部设备仪表向其他设备发送信号, 有一种情况经常遇到:要求一个信号即能向显示仪表输送信号, 又能传送给诸如变频器之类的设备。例如, 焦炉集气槽压力调节。这就有可能在两个设备之间产生干扰, 若要彻底解决干扰问题, 通常使用隔离式信号分配器, 它的二个输出之间也是隔离的。它能实现输入信号与外部设备隔离, 同时实现接收信号设备之间隔离。
(2) 煤气风机轴位移变送器及一氧化碳探测器等设备, 接收信号设备 (数据采集模块) 接口连接为二线制方式 (即接收口为一个24 V电源与一个250 Ω相串联) , 接口的两根线一个为24 V正极、一个为250 Ω一端, 适于连接现场二线制变送器。但现场设备 (如煤气风机轴位移变送器及一氧化碳探测器等) 为四线制变送器, 输出4～20 mA, 这样进行直接连接将造成电源冲突。解决方法是采用隔离器将现场来的4～20 mA接收并隔离, 将隔离器的输出部份接到数据采集板的相应端子板上。这个产品型号为WS9030。隔离器要保证输入/输出两个部分隔离, 外加工作电源24 V在为输入、输出部份供电同时, 必须确保在电气上与两个部分隔离。这种输入/输出/外加工作电源之间全部相互隔离的器件称为三隔离或全隔离器件.这种供电方式, 不管隔离器数量多少, 均可用一台24 V电源供电, 不会产生干扰。
(3) 对于常用的4～20 mA电流信号的隔离, 通常使用不用另外再加电源的隔离器WS1562。显然省去外接电源接线更为简捷, 且功耗低、自身热量低、可靠性高。WS1562的最大特点在于不需要外接电源, 它带来了简捷可靠的优点同时也带来了使用上的局限性。WS1562对于4～20 mA信号进行的隔离传送, 从一个意义上讲是功率传送, 内部肯定有功率损耗。损耗表现在输入端和输出端电流/电压乘积的差值上。以负载电阻RL=250 Ω为例, 当输出为20 mA时输出端250 Ω上的电压为5.0 V, 而输入端的两端间电压测试为8.8 V。简单计算表明, 内部损耗等于20 mA× (8.8～5.0 V) =76 mW, 也即内部损耗为76毫瓦。从使用者角度来看, 假若输出端负载电阻RL等于250 Ω, 那么从输入端看进去的等效电阻最大值为8.8 V/20 mA=440 Ω。在这种情况下输入的4～20 mA电流源必须具有驱动440 Ω负载的能力, 才能使WS1562无源隔离器在输出端负载电阻RL等于250 Ω条件下正常工作。不过, 大部分现场仪表能满足这些条件。
(4) 对于常用的二线制变送器 (含压力、温度、流量…) , 从隔离角度可以分为隔离式及非隔离式。采用隔离式二线制变送器的主要目的是提高抗干扰能力。二线制变送器的隔离有两种方式:一种方式是传感器和变送器一体而又必须放置在现场指定地点, 对于这种情况一般把隔离器安置在中央控制室机柜中。另一种方式是传感器和变送器分成二个部分, 传感器放置在现场指定地点, 把变送器设计为隔离式的放置在控制室中 (如热电偶变送器) 。处理Pt100这类温度变送器都考虑到了Pt100的长线补偿及线性化处理 (三线制的接线方式) 。类似还有以各种热偶为传感器的隔离变送器是增加了冷端补偿。
3结束语
PLC抗干扰分析及措施 篇10
可编程控制器(PLC)作为新一代的工业控制装置,因其本身具有高可靠性、较强的工业环境适应性以及编程简单、操作方便等特性,再配上各种测量控制仪表而在工业领域得到广泛应用。但当生产环境过于恶劣,电磁干扰特别强烈,或安装使用不当,就可能造成程序错误或运算错误,从而产生误输入并引起误输出,这将会造成设备的失控和误动作,从而不能保证PLC的正常运行。
1 影响PLC控制系统可靠性的干扰及来源
PLC控制系统主要集中安装在主控室中,但是由于其系统复杂,设备种类多,输入/输出(I/O)端口多,特别是外部的连接电缆又多又长,它们大多处在强电设备所形成的恶劣电磁环境中。除了恶劣的电磁环境外,PLC系统还涉及机械振动、化学腐蚀等场合。总体来说,PLC系统的干扰主要是2种形式:电磁干扰和机械振动干扰。现场电磁干扰是PLC控制系统中最常见也是最易影响系统可靠性的因素之一,找出问题所在,才能提出解决问题的办法。
1.1 电磁干扰源及一般分类
电磁干扰大都产生于用电设备电流或电压急剧变化,其原因是电流改变(电压变化也同时会导致电流变化)会在用电设备周围产生可变磁场,对周边设备产生电磁辐射;电磁辐射又会在该设备的薄弱部位产生电位差,即电磁干扰。
通常电磁干扰按干扰模式不同,分为差模干扰和共模干扰。差模干扰是指作用于信号两极间的干扰电压,主要由空间电磁场在信号间耦合感应及由不平衡电路转换共模干扰所形成的电压,这种干扰叠加在信号上,直接影响测量与控制精度。共模干扰是每个被干扰点对地的电位差,主要由电网串入、地电位差及空间电磁辐射在信号线上感应的共态(同方向)电压叠加所形成。共模电压通过不对称电路可转换成差模电压,直接影响测控信号,造成元器件损坏(这就是一些系统I/O模件损坏率较高的主要原因),这种共模干扰可为直流,亦可为交流。
1.2 PLC系统中电磁干扰的主要来源及途径
1)电网干扰。
普通供电网络,由于电网覆盖范围广,电网上会有各种各样的用电设备。电源设备的停送电操作浪涌、大型设备的起停、交直流传动装置引起的谐波、电网短路暂态冲击等都会在线路上感应出电压而在PLC系统所处空间形成电磁干扰,这些电压噪声会通过电源内阻耦合到PLC系统的电路中,给系统造成极大的危害。所以PLC如果直接从公用电网供电,将是很危险的。
2)柜内干扰。
如果PLC系统与其他大电感设备、高电压设备混装,控制柜内的高压电器,大电感性负载,混乱的布线都容易对PLC造成一定程度的干扰。
即使PLC系统只与小容量电器安装在一起,这些电器的通断控制同样会产生电磁干扰。
3)信号线干扰。
与PLC控制系统相连的各类信号线,除了传输各类有效的信息之外,还会有外部干扰信号侵入。外部干扰主要有2种:一是通过变送器供电电源或共用信号仪表的供电电源串入的电网干扰,这往往被忽视;二是信号线受空间电磁辐射感应的干扰,即信号线上的外部感应干扰,这是很严重的。信号线干扰会引起I/O信号工作异常并大大降低测量精度,严重时将损伤元器件。
4)接地系统的干扰。
接地是提高电子设备电磁兼容性的有效手段之一。正确的接地,可以抑制电磁干扰的影响,还可抑制设备向外发出干扰;模拟电路的影响,逻辑地与模拟地的相互影响及元器件间的相互不匹配使用等。
5)变频器的干扰。
变频器启动和运行过程中产生的谐波可以对电网产生传导干扰,从而引起电网电压畸变,影响电网的供电质量;变频器的输出也会产生较强的电磁辐射干扰,进而影响周边设备的正常工作。
1.3 非电磁干扰
1)由于机械拉扯,线路自身老化等原因造成传输信号时断时续,现场信号无法准确地传送给PLC,造成控制出错。
2)机械触点抖动,现场触点虽然只闭合一次,PLC却认为闭合了多次,但由于PLC扫描周期太短,仍可能在计数、累加、移位等指令中出错,出现错误控制结果。
3)现场执行变送器、机械开关自身出故障,如触点接触不良,变送器反映现场非电量偏差较大或不能正常工作等。这些故障同样会使控制系统不能正常工作。影响执行机构出错的主要原因有:①控制负载的接触不能可靠动作,虽然PLC发出了动作指令,但执行机构并没按要求动作;②各种电动阀、电磁阀开、关不能到位,使得执行机构无法按PLC的理想控制要求动作,导致系统无法正常工作,降低了系统可靠性。
2 主要抗干扰措施
2.1 电源的合理处理,抑制电网引入的干扰
对于电源引入的电网干扰可以安装一台带屏蔽层的变比为1∶1的隔离变压器,以减少设备与地之间的干扰。最好采用专用的净化电源。PLC的CPU部分与I/O部分分别供电,以避免I/O外部回路短路造成PLC停机。
2.2 安装与布线
1)安装。
PLC应远离强干扰源如电焊机、大功率硅整流装置和大型动力设备,不能与高压电器安装在同一个开关柜内。在柜内PLC应远离动力线(二者之间距离应大于200 mm)。与PLC装在同一个柜子内的电感性负载,如功率较大的继电器、接触器的线圈,应并联RC消弧电路。
2)柜内布线。
柜内导线尽量按照不同的电压等级及类别分别走线,电源线采用双绞线。如必须在同一线槽内,分开捆扎交流信号线、直流信号线。
3)柜外布线。
PLC的输入与输出、开关量与模拟量要分开敷设。模拟量信号的传送应采用屏蔽线,屏蔽层应一端接地,接地电阻应小于1 Ω。不同电压等级的信号不能安排在同一根电缆中,交流信号与直流信号不能安排在同一根电缆中。
2.3 PLC输出负载的抗干扰处理
PLC输出模板采用继电器输出型时,所带的电感性负载的大小,会影响到模板内继电器的使用寿命,因此,使用电感性负载时应合理选择,或加隔离继电器。更重要的一点,PLC的输出负载可能产生干扰,因此要采取措施加以控制,若负载为直流电感性负载,则在负载两端加续流二极管保护,若负载为交流点刚性负载,则在负载两端加阻容吸收电路,见图1。一般选择D为 1 A,R为100 Ω,C为0.47 μF。
2.4 正确选择接地点,完善接地系统
良好的接地是保证PLC可靠工作的一个重要条件,可避免偶然发生的电压冲击危害。接地的目的一般有两个:一是为了安全,二是为了抑制干扰。完善的接地是PLC控制系统抗电磁干扰的重要措施之一。
PLC控制系统的地线包括系统地、屏蔽地、保护地等。接地系统混乱对PLC系统的干扰主要是各个接地点电位分布不均,不同接地点之间存在地电位差,从而引起地环路电流,影响系统正常工作。比如电缆屏蔽层必须单点接地,如果电缆屏蔽层两端都接地,就存在地电位差,有电流流过屏蔽层,当发生异常状态如雷击时,地线电流将更大。此外,接地线、屏蔽层和大地有可能构成闭合环路,在变化磁场的作用下,屏蔽层内又会感应出电流,通过屏蔽层与芯线之间的耦合,信号回路受到干扰。若系统地与其它接地处理混乱,所产生的地环流就可能在地线上产生不等的电位分布,影响PLC内模拟电路和逻辑电路的正常工作。PLC工作的逻辑电压干扰容限较低,逻辑地电位的分布干扰易影响PLC的逻辑运算和数据存贮,造成数据混乱、程序跑飞或死机等故障。模拟地电位的分布将使测量精度下降,会引起对信号测控的严重失真和误动作。
1)安全地或电源接地。
将电源线接地端和柜体连线接地做为安全接地。若电源漏电或柜体带电,可以从安全接地端导入地下。
2)系统接地。
系统接地即PLC控制器为了与所控的各个设备同电位而接地。接地电阻值不得大于4 Ω,通常需将PLC设备系统地和控制柜内开关电源负端接在一起,作为控制系统地。
3)信号与屏蔽接地。
一般要求信号线必须有唯一的参考地,屏蔽电缆遇到可能产生传导干扰的场合,也要在就地或者控制室唯一接地,防止形成“地环路”。信号源接地时,屏蔽层应在信号侧接地;不接地时,应在PLC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蔽电缆连接时,各屏蔽层应互相连接好,并经绝缘处理,选择适当的接地处单点接地。
2.5 对变频器干扰的抑制
变频器干扰处理一般有以下几种方式:
1)加隔离变压器,主要针对来自电源的传导干扰,可将绝大部分的传导干扰阻隔在隔离变压器之前;2)使用滤波器,滤波器具有较强的抗干扰能力,可防止将设备本身的干扰传导给电源,有些还兼有尖峰电压吸收功能;3)使用输出电抗器,在变频器和电动机之间增加交流电抗器主要是为了减少变频器输出在能量传输过程中线路产生电磁辐射,影响其它设备正常工作。
3 矿井提升系统干扰问题及解决办法
我矿在2007年投产了一套1 900 kW交-交变频提升系统,针对现场出现的问题采取了以下的抗干扰措施:1)把功率部分与控制部分分别安装在两层,使得功率柜对PLC以及变频控制部分的电磁干扰减至最低;2)PLC系统及变频控制系统用的交流控制电源均通过UPS供电,使得高压电网侧的干扰信号不会通过电源直接传入控制系统;3)为了可靠接地并减少接地电阻,在保证接地极电阻小于1 Ω的基础上,选用双根95 mm2电缆作为接地电缆;4)对于触发脉冲、电压检测信号、电流检测信号、测速编码器信号等关键线路,采取单独敷设电缆,屏蔽层双端单独接地的措施。
4 结论
这套系统在调试初期,由于干扰问题给调试带来了一定的影响。使得接入PLC系统的位置检测信号、连锁信号出现差错。重新处理了接地与屏蔽之后,干扰的问题没有再出现。PLC控制系统中的干扰是一个十分复杂的问题,因此在抗干扰设计中应综合考虑各方面的因素,合理有效地抑制抗干扰,才能使PLC控制系统正常工作。
参考文献
抗干扰措施 篇11
【关键词】PLC；干扰；措施；方法
1.干扰因素
1.1 空间辐射
空间的辐射电磁场（EMI）主要由电力系统、广电通信、雷电、高频感应加热设备、大型整流设备等产生的空间辐射电磁场。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 引线干扰
引线干扰是一种传导干扰，一般有电源线引入的干扰和信号线路造成的干扰。
1.2.1 源自电源的干扰
PLC系统的运行通常由电网供给。由于电网覆盖面广，PLC系统受到空间电磁干扰，在线路上产生高频谐波干扰。尤其是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，产生的脉冲功率可能损坏PLC半导体器件，而且产生的谐波可以通过半导体线路中的电容、电阻等入侵逻辑电路，导致误动作。
此外，电网线路的断路、短路等都会影响由其进行供电的PLC控制系统。PLC系统电源通常使用隔离电源，由于结构及制造工艺因素导致隔离性难以达到预期效果。绝对的隔离是不存在的。
1.2.2 源自信号线的干扰
同PLC系统连接的信号线在传输工作信号的同时，许多的干扰信号也沿着传输线进入PLC控制系统。干扰一般有两种方式：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；信号线上的外部感应干扰，主要有静电放电、脉冲电场、切换电压等。由信号线引入的干扰会引起I/O信号工作稳定性变差及降低测量精度，严重时将导致元器件损伤。
倘若现场隔离措施防护不到位，甚至导致信号间互相干扰。引发共地系统回流，导致逻辑数据的变动，甚至死机。
1.3 源自接地系统不完善引起的干扰
良好的接地是提高电子设备EMC的有效手段之一，正确合理的接地能抑制电磁干扰的影响，还能抑制设备向外发出干扰；但不合理或是错误接地将会引入许多的干扰信号，影响PLC控制系统的正常工作。
PLC控制系统的地线包含系统地、屏蔽地、交流地和保护地等。如果接地系统混乱，对PLC控制系统的干扰主要是各个接地点电位分布不均，不同接地点间存在地电位差，引起地环路电流，影响系统正常工作。另外，系统本身的接地线路与屏蔽层通过大地形成回路，在电气设备的干扰下，回路内产生感应电流，从而引发干扰。若系统按地与其他电气设备的保护接地混杂在一起，所产生的地环流就可能在地线上产生不等位电位分布，影响PLC控制系统中逻辑电路和模拟电路的正常工作。
1.4 源自PLC系统内部的干扰
主要是系统内部元器件和电路间的相互电磁辐射产生干扰。这种干扰属于PLC控制系统生产厂家对PLC系统设计的内容，比较复杂，使用部门无法改变。
2.plc系统安全运行的抗干扰措施和方法
2.1 供电电源
采用性能优良的电源，抑制电网干扰。通常电源采用隔离变压器，并且在隔离变压器的选择上留适当余量，余量选择在20%～50%之间。
隔离变压器在使用中要有良好的接地措施，次级回路的输出线最好使用双绞线，以消除干扰。还可在变压器输入端使用滤波器。另外，还可采用CPU模块与I/O模块独立供电的方式，两种模块分别使用不同的隔离变压器来供电，并隔绝主回路电源。有利于提高系统运行的可靠性。CPU模块还可在隔离变压器旁边并联一套不间断电源（UPS），应对一些供电不稳定的工作环境。
2.2 信号线路
2.2.1 输入信号
在设备选型时尽可能采用带有绝缘性能的I/O模块，以防止信号受到干扰。采用输入模块的滤波功能来减小输入信号线路之间的差模干扰，并将控制器接地来抑制线路与大地间的共模干扰。提高输入信号抗干扰能力。当输入端并联感性负载时，在负载两端并联电容和电阻；于直流输入信号可并接续流二极管。
2.2.2 输出信号
PLC通常三种输出形式：中间继电器、晶体管、晶闸管，依据负载的要求来选择。若负载要求超出了PLC的I/O口的输出能力，需要外接中间继电器。当输出端接有感性负载时，输出信号在通断时都会由于线路电流的畸变而可能引发干扰。
为了防止干扰，可采取以下措施：对于直流负载，通常是在尽可能靠近负载的情况下在继电器线圈两触头上并联续流二极管。对于交流负载，应将电阻电容串联后并联在继电器线圈的触头两端。在大容量负载电路中，由于继电器在通断时会产生强烈的电弧干扰，必须在线圈两端连接浪涌吸收装置。
2.3 外部配线
直流输入、输出信号和交流输入、输出信号不使用同一根电缆。对于带有集成电路或晶体管电路的设备其输入、输出信号线须采用带有屏蔽层的电缆，并且在使用时其输入、输出端要悬空，而控制器端要接地。在线路近距离传输时，直流信号线和交流信号线使用不同的穿线管或者信号线使用屏蔽电缆。在线路远距离传输时，使用中间继电器来进行信号的转换。需要特别注意的是，在现场的电缆敷设时，应特别注意信号线路要与动力电缆、高压电缆区别开来。
2.4 接地措施
接地分为：保护接地、逻辑接地、屏蔽接地、本安接地。
良好的接地是保证PLC可靠工作的必要条件之一，可以避免电压冲击危害，还可以减少误动作。应给PLC接以专用地线，接地线与动力设备（如电机）的接地点分离，若条件不允许，则可与其它设备公共接地，严禁与其它设备串联接地。
2.5 空间辐射
为减小空间电磁场对信号线的干扰。需要把弱信号线远离强信号线敷设，保持导线间一定距离。要避免平行走线，以减小电磁的干扰。正确接地能有效减小磁场的干扰。
3.总结
完善PLC控制系统的抗干扰措施和方法有着重要的意义。除了上述应采取的一些抗干扰措施和方法外，还可以采取软件抗干扰设计。在实际应用中可以同时采用硬件和软件等抗干扰技术，合理有效的消弱干扰，以提高PLC控制系统的可靠性。
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电气控制系统抗干扰措施分析 篇12
1 电气控制系统的干扰源
从电气控制系统在实际工况下受干扰的现象来看, 系统所受到的干扰源分为电源干扰、信号传输过程干扰、场干扰等, 如图1所示。
1.1 供电电源产生的干扰。
工业现场的电网污染严重, 大功率设备会造成电网的输出功率严重波动, 使得电网电压大幅度地涨落、浪涌。其中大功率开关的通断, 电动机的启停等原因, 电网上常常出现很高的尖峰脉冲干扰。其幅度大的可达数百伏甚至上千伏, 而脉宽一般为μS数量级。对于电气控制系统来说, 危害最严重的是电网尖峰脉冲干扰。图2示出了尖峰脉冲的形状。据统计, 电源的投入、瞬时短路、欠压、过压、电网窜入的噪声引起电气控制系统出现误操作, 控制系统无法完成预定任务。
1.2 信号传输过程干扰。
信号传输过程干扰主要来源于长线传输。当系统中有电气设备线路表面破损, 接地系统设置不合理, 或者传感器探头部件绝缘不好等, 以及各通道的传输线由于为了不知方便常常处于同根电缆或捆扎在一起, 尤其是信号线与交流电源线处于同一根管道时, 产生的共模或差模电压都会影响系统, 使系统无法工作。
1.3 场干扰。
电气控制系统中所使用的各种类型电气元件, 有的是集中安装在控制室, 有的是分散安装在生产现场的各单机设备上, 显然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, 这些场干扰会通过电源或传输线影响各功能模块的正常工作, 使其中的电平发生变化或产生脉冲干扰信号。
2 电气控制系统抗干扰措施
针对电气控制系统受到干扰的情况, 解决电气控制系统抗干扰的技术主要包含:电源抗干扰措施、信号传输过程抗干扰措施、屏蔽和接地抗干扰措施、软件抗干扰技术。
2.1 电源抗干扰措施。
2.1.1配电系统的抗干扰措施。解决供电干扰首先从配电系统上采取措施。其次可采用分布式供电方案, 就是将组成系统的各部分分别用独立的变压、整流、滤波、稳压电路构成的直流电源供电, 这样就减少了集中供电的危险性, 而且也减少了公共阻抗以及公共电源的相互耦合, 提高了供电的可靠性, 也有利于电源散热。另外, 交流电的引入线应采用通导率大的粗导线, 直流输出线应采用双绞线, 扭绞的螺距要小, 并尽可能合理设置配线长度。2.1.2设置监视电源电路。实施抗干扰措施在配电系统中是必不可少的, 但这些仍难抵御微秒级的干扰脉冲及瞬态掉电, 特别是后者属于恶性干扰, 可能产生严重的事故。因此应采取进一步的保护性措施, 即使用电源监视电路。电源监视电路需具有监视电源电压瞬时短路、瞬间降压和微秒级干扰及掉电的功能;及时输出供CPU接受的复位信号及中断信号等功能。2.1.3 UPS。UPS, 即不间断电源。UPS最适合的工业应用领域是电网突然掉电, 而计算机不能停止工作或者需要一个充足的时间保护重要数据的场合。目前的UPS除了不间断供电之外, 还具备过压、欠压保护功能, 软件监控功能等。其中在线式UPS还具备与电网隔离、强抗干扰特性, 是高可靠性控制系统的最佳选择。
2.2 信号传输过程抗干扰措施。
抑制过程通道上的干扰, 主要措施有传输信号线选择、电流传输、光电隔离等。2.2.1传输信号线选择。在长线传输中, 双绞线、同轴电缆、光缆等是较常用的几种传输线。双绞线是将一对或一对以上的双绞线封装在一个绝缘外套中而形成的一种传输介质, 由于双绞线构成的各个环路, 改变了线间电磁感应的方向, 使其相互抵消, 因而对电磁场的干扰有一定的抑制效果。同轴电缆是由一根空心的外圆柱导体 (铜网) 和一根位于中心轴线的内导线 (电缆铜芯) 组成, 并且内导线和圆柱导体及圆柱导体和外界之间都是用绝缘材料隔开, 它的特点是抗干扰能力好, 传输数据稳定, 价格也便宜, 同样被广泛使用。光缆是由一组光导纤维组成的、用来传播光束的、细小而柔韧的传输介质。与其他传输介质相比较, 光缆的电磁绝缘性能好, 信号衰变小, 频带较宽, 传输距离较大。2.2.2电流传输。长线传输时, 用电流传输代替电压传输。电流环最大优点是低阻抗传输线对电磁燥声不敏感, 可获得较好的抗干扰能力。2.2.3光电隔离。利用光电耦合器的电流传输特性, 实现电信号的传送。输入与输出绝缘隔离, 信号单向传输, 无反馈影响, 抗干扰性强, 响应速度快。
2.3 屏蔽和接地抗干扰措施。
在程控系统中, 良好接地可消除各电流经公共地线阻抗时产生的感应电压, 避免磁场及电位差的影响, 使其形不成环路。接地是抑制干扰, 使系统可靠运行的重要方法, 和屏蔽结合起来使用可解决大部分电磁场干扰问题。对接地系统设计是否合理、可靠, 关系到系统的安全性、抗干扰能力的强弱及通信系统的畅通。
2.4 软件抗干扰技术。
电气控制系统工作现场电磁干扰复杂, 硬件方面虽取了一系列抗干扰措施, 但仍会有干扰进入系统中, 所以仅依靠硬件要想从根本上消除干扰是不可能的, 因此在进行软件设计和组态时, 还必须在软件方面进行抗干扰处理, 进一步提高系统的安全可靠性。在CPU处理能力允许的条件下, 对那些硬件和软件均可实现的功能, 应尽可能用软件来完成, 这样不仅硬件电路简单, 引入和发出的干扰因素也相应减少, 还有利于调试和提高系统的可靠性, 节省硬件投资, 降低成本。
3 结论
电气控制系统的防干扰是一个非常复杂的过程, 设计时要根据具体的工况来全面的考虑, 抗干扰措施是由工控系统开发者操作的项目, 应用恰当与否取决于开发者的实践经验和对现场的深刻认识。做好抗干扰措施是电气控制系统的基础建设, 首先做好它是成功的保证。
参考文献
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