簡婷

安科瑞電(dian)氣(qi)股(gu)份(fen)有(you)限公司 上海嘉定(ding)  201801

摘要：PLC/DCS控制系(xi)統在實(shi)際運行過程中(zhong)經常(chang)會出(chu)現干擾問題(ti)，造成現場儀器(qi)出(chu)現故障、模擬量顯示異常(chang)及數據不穩定等現象(xiang)。信號隔(ge)離器(qi)能(neng)抑制外界(jie)干擾，同時對下級設備具有(you)限壓、限流的功能(neng)，從而實(shi)現對設備的防護(hu)。

關鍵詞：信號(hao)隔離器；PLC/DCS；變頻器；干(gan)擾(rao)

概述: 隨著(zhu)工業自動化程(cheng)(cheng)度的不斷提(ti)高(gao)，變(bian)(bian)頻器(qi)也得(de)到了非常廣泛(fan)的應用。作為電力電子器(qi)件，變(bian)(bian)頻器(qi)中(zhong)(zhong)要進行(xing)大功(gong)(gong)率二極(ji)管(guan)整流，大功(gong)(gong)率晶體管(guan)變(bian)(bian)壓(ya)，在輸(shu)(shu)入(ru)輸(shu)(shu)出回路(lu)產生電流高(gao)次諧(xie)波，干擾供(gong)電系統、負載以及附近(jin)其它電氣設備。在實際使用過程(cheng)(cheng)中(zhong)(zhong)，經(jing)常遇到變(bian)(bian)頻器(qi)諧(xie)波干擾問題。

　　工業(ye)現場PLC/DCS控制系統中，常(chang)常(chang)會(hui)出現測(ce)量信(xin)號不(bu)穩定(ding)現象，一(yi)種(zhong)是(shi)由(you)電(dian)磁干(gan)擾(rao)(rao)導致(zhi)，另(ling)一(yi)種(zhong)是(shi)高(gao)頻信(xin)號滲(shen)(shen)入(ru)，如電(dian)流信(xin)號輸出控制變頻器，變頻器高(gao)頻干(gan)擾(rao)(rao)滲(shen)(shen)入(ru)信(xin)號中，這樣的干(gan)擾(rao)(rao)信(xin)號使得變頻器和閥門工作不(bu)穩定(ding)，在兩個設備信(xin)號連接之間加裝信(xin)號隔離器，是(shi)有效解決電(dian)磁干(gan)擾(rao)(rao)及高(gao)頻信(xin)號滲(shen)(shen)入(ru)影響的方法(fa)之一(yi)。

1：PLC/DCS控制系(xi)統(tong)中(zhong)的干擾(rao)

　　PLC/DCS控制系統中(zhong)主要干(gan)擾(rao)源有(you):空間的輻射干(gan)擾(rao)、信號線(xian)(xian)引入的干(gan)擾(rao)、接地系統混亂時的干(gan)擾(rao)、PLC/DCS系統內部的干(gan)擾(rao)，其(qi)中(zhong)電源的干(gan)擾(rao)和(he)信號線(xian)(xian)引入的干(gan)擾(rao)，通常(chang)稱(cheng)為傳導干(gan)擾(rao)，這種傳導干(gan)擾(rao)在工業(ye)現場較常(chang)見也較嚴重。

1.1 PLC/DCS控制系統干擾類型及現象(xiang)

　　PLC/DCS控制系統中干(gan)(gan)擾的類型通(tong)常按干(gan)(gan)擾模(mo)式不同劃分，分為共(gong)(gong)模(mo)干(gan)(gan)擾和(he)差模(mo)干(gan)(gan)擾。共(gong)(gong)模(mo)干(gan)(gan)擾是(shi)信(xin)號(hao)對地的電(dian)位差，主要(yao)(yao)由電(dian)網(wang)串入(ru)、地電(dian)位差及空(kong)間(jian)(jian)電(dian)磁(ci)輻射在信(xin)號(hao)線上感(gan)應(ying)的共(gong)(gong)態（同方向）電(dian)壓(ya)疊(die)加所(suo)形成。差模(mo)干(gan)(gan)擾是(shi)指作用于信(xin)號(hao)兩極間(jian)(jian)的干(gan)(gan)擾電(dian)壓(ya)，主要(yao)(yao)是(shi)由空(kong)間(jian)(jian)電(dian)磁(ci)場在信(xin)號(hao)間(jian)(jian)耦(ou)合感(gan)應(ying)及由不平衡電(dian)路(lu)轉換共(gong)(gong)模(mo)干(gan)(gan)擾所(suo)形成的電(dian)壓(ya)，這種電(dian)壓(ya)疊(die)加在信(xin)號(hao)上，會直接影響測量和(he)控制精度。

1.2 PLC/DCS控制(zhi)系統(tong)干擾問題(ti)解決方向

1)切斷(duan)或衰減電(dian)磁(ci)干擾的傳(chuan)播途(tu)徑

2)提(ti)高裝置和系統

2: 信號(hao)隔(ge)離器(qi)在PLC/DCS控(kong)制系統中的(de)作用

　　實(shi)際應用(yong)中(zhong)，控制(zhi)系統中(zhong)的(de)(de)信(xin)號干擾(rao)問題有時會(hui)非常嚴重(zhong)，有些時候(hou)即使信(xin)號電纜(lan)采用(yong)屏蔽線也不(bu)能(neng)(neng)*消除這(zhe)些干擾(rao)，例如由于接(jie)(jie)地點不(bu)同引(yin)起的(de)(de)接(jie)(jie)地環流干擾(rao)。而采用(yong)信(xin)號隔離器的(de)(de)接(jie)(jie)線方式切斷了傳導干擾(rao)的(de)(de)傳播途(tu)徑，減小設備直接(jie)(jie)連接(jie)(jie)的(de)(de)接(jie)(jie)地環路(lu)帶來的(de)(de)信(xin)號失真，可(ke)以有效地提(ti)高(gao)(gao)在PLC/DCS控制(zhi)系統中(zhong)模(mo)擬量(liang)控制(zhi)模(mo)塊(kuai)每一路(lu)信(xin)號供電電源安全性、穩定(ding)性和(he)相對獨立性，這(zhe)樣(yang)便可(ke)以降低(di)因為雷擊(ji)過電壓(ya)等原因可(ke)能(neng)(neng)會(hui)造(zao)成的(de)(de)模(mo)板擊(ji)穿或燒(shao)毀概率，提(ti)高(gao)(gao)了控制(zhi)模(mo)塊(kuai)的(de)(de)測量(liang)精(jing)度和(he)4-20MA 模(mo)擬量(liang)信(xin)號抗工頻電磁干擾(rao)的(de)(de)能(neng)(neng)力，保(bao)證了控制(zhi)系統的(de)(de)安全穩定(ding)運行(xing)。

3： BM100信號隔離器(qi)

　　BM100系列(lie)信(xin)號(hao)隔離(li)器在(zai)工業生(sheng)產中為增加儀(yi)(yi)(yi)表(biao)(biao)負(fu)載能力并(bing)保證(zheng)連接同(tong)一信(xin)號(hao)的(de)儀(yi)(yi)(yi)表(biao)(biao)之間(jian)互不干擾(rao)(rao)，提高電(dian)氣安全(quan)性能。BM100信(xin)號(hao)隔離(li)器將輸入的(de)電(dian)壓、電(dian)流、電(dian)阻或溫度等信(xin)號(hao)進(jin)行采集(ji)、放大、運算、并(bing)進(jin)行抗干擾(rao)(rao)處理(li)后，再輸出隔離(li)的(de)電(dian)流和電(dian)壓信(xin)號(hao)，安全(quan)的(de)輸送給二次儀(yi)(yi)(yi)表(biao)(biao)或PLC/DCS使(shi)用。

BM100系列(lie)信號(hao)隔離器外(wai)觀圖(tu)

3.1 技術參(can)數

3.2 應用(yong)實例

　　某銅鎳礦萬噸鎳冶煉(lian)技改擴建工(gong)(gong)程中(zhong)(zhong)(zhong)，軟化循環水(shui)(shui)泵(beng)(beng)(beng)房，變頻器(qi)(qi)(qi)控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)水(shui)(shui)泵(beng)(beng)(beng)用的(de)是一臺變頻器(qi)(qi)(qi)控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)兩(liang)臺水(shui)(shui)泵(beng)(beng)(beng)的(de)控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)原理，該變頻器(qi)(qi)(qi)控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)設置為(wei)三地(di)控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)，分別為(wei)：就地(di)現(xian)場控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)箱控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)、集中(zhong)(zhong)(zhong)變頻器(qi)(qi)(qi)柜控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)及(ji)遠程中(zhong)(zhong)(zhong)控(kong)(kong)室(shi)(shi)DCS控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)。三地(di)都(dou)能(neng)實(shi)現(xian)兩(liang)臺水(shui)(shui)泵(beng)(beng)(beng)的(de)啟停控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)，但是變頻器(qi)(qi)(qi)的(de)電(dian)流(liu)顯(xian)示及(ji)頻率(lv)顯(xian)示都(dou)無(wu)法工(gong)(gong)作正(zheng)常(chang)，遠程中(zhong)(zhong)(zhong)控(kong)(kong)室(shi)(shi)的(de)水(shui)(shui)泵(beng)(beng)(beng)電(dian)流(liu)與頻率(lv)反饋也(ye)就無(wu)法工(gong)(gong)作。遠程中(zhong)(zhong)(zhong)控(kong)(kong)DCS控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)水(shui)(shui)泵(beng)(beng)(beng)的(de)頻率(lv)給(gei)定與實(shi)際值也(ye)存在偏差，有(you)時(shi)工(gong)(gong)作不能(neng)正(zheng)常(chang)給(gei)定。起初懷疑電(dian)流(liu)表、頻率(lv)表、信號線及(ji)流(liu)體(ti)介質有(you)問題，更換了所有(you)這些儀表、信號電(dian)纜(lan)，并(bing)把動(dong)力線與信號控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)電(dian)纜(lan)分開走電(dian)纜(lan)橋架，故障依然(ran)存在。原因是變頻器(qi)(qi)(qi)的(de)高次(ci)諧波電(dian)流(liu)通過輸出電(dian)纜(lan)向外(wai)輻射(she)，傳遞到信號電(dian)纜(lan)，引起干擾。如圖(tu)2所示。

圖2

　　解決(jue)辦法：將變頻(pin)(pin)器中(zhong)電流(liu)反饋(kui)(kui)信(xin)號(hao)及(ji)頻(pin)(pin)率(lv)反饋(kui)(kui)信(xin)號(hao)分別輸入(ru)(ru)給信(xin)號(hao)隔離(li)器，再(zai)把(ba)隔離(li)輸出信(xin)號(hao)分別輸送給電流(liu)表、頻(pin)(pin)率(lv)表及(ji)遠(yuan)(yuan)程DCS控制(zhi)室電流(liu)與頻(pin)(pin)率(lv)反饋(kui)(kui)。遠(yuan)(yuan)程中(zhong)控室頻(pin)(pin)率(lv)，給定(ding)信(xin)號(hao)也進入(ru)(ru)信(xin)號(hao)隔離(li)器然(ran)后接至變頻(pin)(pin)器。遠(yuan)(yuan)程中(zhong)控DCS控制(zhi)頻(pin)(pin)率(lv)輸入(ru)(ru)信(xin)號(hao)、電流(liu)反饋(kui)(kui)、頻(pin)(pin)率(lv)反饋(kui)(kui)、電流(liu)表及(ji)頻(pin)(pin)率(lv)表顯示正常，故障(zhang)排除。如(ru)圖3所(suo)示

圖3  信號隔離器應用示意圖

4：結(jie)束語

　　在PLC/DCS控制系統(tong)(tong)中加(jia)入(ru)信號隔離器的連接方式，有效(xiao)解決了(le)控制系統(tong)(tong)中的干擾問題，目前在冶煉、水處理、化工(gong)、火(huo)電、工(gong)業(ye)自動(dong)化等(deng)多個(ge)行業(ye)已(yi)經(jing)批量應用 ，對(dui)提高PLC/DCS控制系統(tong)(tong)測量信號的精度和系統(tong)(tong)的安全(quan)穩定、可(ke)靠運行提供(gong)了(le)保障。

參考文(wen)獻

[1] 企業(ye)微電網(wang)設計與應用(yong)手冊.2020.6.

[2] 張騰.變(bian)頻器對PLC干(gan)擾常見故(gu)障(zhang)的分析(xi)與(yu)處理(li)[J].電子測試,2019(13):120-121.

[3] 張夢.基于系統干擾談信號隔離器在工(gong)業(ye)現(xian)場(chang)的應(ying)用[J].世界儀表(biao)與自動化,2008,12(11):60-62.

作者簡介：簡婷，女，本科，現就(jiu)職于安科瑞電(dian)氣(qi)股(gu)份有(you)限(xian)公(gong)司(si)，主要研(yan)究方向(xiang)為建筑能耗監測系統。