PLC控制系统及变频器应用

一、电磁干扰信号分析

1、主要的电磁干扰信号可以分为共模干扰信号和差模干扰信号。共模干扰主要是指同时加载在各个输入信号接口段的共有的信号干扰。共模干扰是在信号线与地之间传输，属于非对称性干扰，由地电位差及电磁辐射在信号线上感应的同方向共模电压有时较大，特别是采用隔离性能差的配电器供电室，变送器输送的共模电压普遍较高，有的可高达上百伏，直接影响测控信号，造成元器件损坏。差模干扰是存在于相线与相线，以及相线与中线之间的干扰。两路输入的干扰信号，大小不相等，或方向不相同。有的通过安装隔离变压器能解决问题。

2、现场实践证明，因电源的干扰产生干扰信号造成PLC控制系统故障的情况占据了相当大的比例，例如在一次安装矿用绞车信号设备时，出现了绞车信号打点时，皮带信号同时也响；皮带信号打点时，绞车信号也响的故障现象。由于打点信号互相影响，直接影响现场的安全生产，通过现场分析实验，发现由于绞车信号和皮带信号接在同一台综保开关上，使用同一路电源相互影响干扰造成。

3、部分控制系统的信号传输回路，为了避免干扰，信号部分和接收设备的公共线都要接地，应尽量使用隔离器将两个接地隔离开。例如一些温度流量的测量调节系统，设备在现场和控制室都需要接地；由于地电位差的存在，如果出现一个以上的接地点就会形成地回路，使仪表引入干扰，因此同一信号回路、同一屏蔽层或排扰线最好有一个接地点，避免有多个接地点，除了既定接地以外，其他部位应与一切金属部分隔离。信号回路的接地位置根据仪表类型决定。温度流量传感器等应在现场接地。避免影响信号精确度和在输入、输出设备中的传输效果。消除感应及外部输入信号形成的干扰。

二、消除自动控制系统干扰源的措施

1、完善可靠的接地措施。其中电源电缆两端接地，电机接地端接在电源段接地排上，最终汇入动力柜汇流排。信号线缆中模拟信号大多单端接地，消除双端接地时地电势不同引起的地电流干扰信号。而对于数字信号大多采用双端接地。带屏蔽单端接地是在电缆一端将金属屏蔽层接地，而另一端不直接接地。在单端接地的情况下，没有接地的一端屏蔽层对地之间有感应电压存在，其电压与电缆长度成正比，但是不会形成电流环流，屏蔽层一端接地利用压制电势电位差消除电磁干扰。在电缆长度不超过一定距离的情况下，效果较好。信号电缆屏蔽层双端接地时，屏蔽层金属端没有感应电压存在，但是有可能感应出电流环流，所以要消除周围干扰信号影响。如果系统单独设置接地线，接地线必须符合标准，微机系统接地电阻应小于四欧姆。应与周围柜体、设备外壳连接一致，增大接地体的物理面积，使控制系统与周围电器、设备、控制柜等物体之间消除电位差，避免形成干扰信号。

2、利用信号隔离器解决干扰问题。将变送器或仪表的信号，通过半导体器件调制变换，然后通过光感或磁感器件进行隔离转换，然后再进行解调变换回隔离前原信号，同时对隔离后信号的供电电源进行隔离处理。保证变换后的信号、电源、地之间绝对独立。在控制系统的输入端和输出端中间安装信号隔离器后，可以有效预防干扰信号。

3、为了避免电磁辐射引起的干扰，在控制系统中采用隔离性能较好电源，如果条件允许接入电抗器。接地线尽量靠近变频器，远离电源线，变频器所用的接地线必须与其他设备接地线分开接地，绝对避免把所有设备接地线连在一起后再接地，同时变频器的接地端子不可与零线相接。

4、正确敷设、选用系统电缆线路，避免感应耦合引起的干扰。控制电路采用屏蔽线，当控制线和变频器相接时，屏蔽层可不用接地，而只需将其中一端接至变频器信号公共端即可，注意屏蔽层不论接公共端还是接地，只能在一端进行，且不可两端都接。其中控制线尽量远离输入输出线。控制线在空间上应尽量和输入输出线交叉，最好是垂直交叉，而不要平行。两根控制线相邻是可以相绞。以减少电磁干扰。

三、变频器对控制系统干扰分析

1、通过现场实践证明，变频器对现场控制系统干扰最大的是高次谐波干扰。变频器的工作过程就是一个在控制系统处理下不断的整流、逆变输出的过程。在工作过程中，必然产生各类高次谐波干扰。变频器产生的谐波使电力电容器产生额外的损耗，同时谐波使电压波形畸变产生尖峰电压，损害电容器的绝缘。如果变频器谐波频率与电容器和系统的其他部分构成的串联或并联谐振回路的谐振频率相等或相接近时就会出现谐振，影响电容设备正常运行。还对附近的电子仪表设备产生各种干扰，影响设备正常检测、计量和控制。

2、降低变频器干扰的方法根据干扰频段的不同，可以在变频器输入端安设滤波器；可以选择降低变频器载波频率，或者在变频器的电源出入线采取增加电抗器、接线采用屏蔽线并且要求二端良好接地，也可对线路增加金属管护套。对变频器本身采取良好可靠接地措施，缩短接线。如果条件允许，可以将变频率器单独装设在专用金属电器柜内，把变频器输出端与电机之间的联线，换成铠装电缆。PLC控制系统及变频器等工业生产自动化系统是现代生产系统的核心控制部分，只有采取必要的抗干扰措施，消除或减少干扰源，才能保证生产系统可靠、稳定的运行。

作者：李纪魁 单位：新汶矿业集团翟镇煤矿吉泰公司