自控干扰分析与抑制措施
关键词:纸机自控;干扰分析;干扰抑制 在自动控制中,由于控制对象、测量仪表分布较分散,且与中央处理器距离较长,同时由于现场环境因素,如高压电机和高压电气设备以及大功率电机、变压器、开关电源等,产生电、磁场干扰及其他的电磁波辐射效应,另外,强电设备的启动、停止也对系统产生强烈干扰。这些干扰信号,以不同的方式和途径混入到测量信号,直接影响到控制效果。 干扰主要是通过两种途径:一是传导,干扰由输入输出信号线、电源线、地线传导到控制系统;二是直接辐射,电磁场干扰通过容性耦合或感性耦合直接辐射进入控制系统。对测量有效信号的影响主要有两种:一种是叠加到测量信号,一般是杂乱变化、频率较高的干扰噪声,称为串模干扰;另一种是A/D转换器输入端上的公有电压干扰,是一种直流或交变的电压信号,称为共模干扰。 串模干扰的抑制 来自电磁感应的干扰,一般是串模干扰。在我厂中段污水处理项目中就遇到这样一个问题:微波流量计设置后,测量信号时有时无,经厂家人员调试仍未解决。我们分析认为,测量现场与仪表柜相距约180m,且信号电缆与动力电缆在同一地沟中敷设,因传输信号为微波弱信号,由于长距离的电磁干扰,造成测量信号失准。于是将信号转换器改至测量现场,将信号提前放大(转换为4~20mA),这样信噪比产生明显变化,相对来说大大抑制了干扰,使问题得到有效解决。 共模干扰的抑制 共模干扰主要来源于地线干扰。因为实际地线上的电位并不是恒定的,地线上各点存在电位差,造成电路中的共模干扰。信号线屏蔽网的两端分别接至不同的接地点,两个接地点之间会形成一定的电压差,使屏蔽网本身就成为了干扰源。另外,不同电路因共用地线,也会形成公共阻抗耦合。 在十车间流浆箱控制中,由于电路板中部分为手工制作,板间距离也较近,在控制过程中时而出现冲浆泵转速失调。经分析认为是A/D转换模件输入端共模干扰所致。于是将电路的一端浮地,这样就切断了地线环路,从而消除地线环路电流。同时在逻辑电路板的电源线与地线间并接一个10μF的大电容和一个0.1μF的无感瓷片去耦电容以消除公共阻抗耦合,有效的旁路滤掉该逻辑电路的高频噪声。经过以上处理,有效抑制了共模干扰。 控制总线干扰的抑制 数据总线受到干扰是很复杂、也是多方面的,特别是同轴电缆,屏蔽层对于频率越低的电磁波的屏蔽作用越差,所以容易受低频电磁波的干扰。总线距离较长,有一些介质接头部件,造成信号衰减严重。因此总线干缆及分支器对干扰噪声很敏感,易造成传送信号增加或减少,脉冲序列的前后沿形成震荡。震荡的存在使高低电平间的阈值差变小,原有波形失真,当震荡的幅值过大或有其他干扰串入时,就无法正确分辨出脉冲电平值,通信误码率增高,导致通信时间增长或通信中断。 在我们一分厂QCS改造中,调试过程中出现现场总线通信失败报警。考虑到该总线为同轴电缆,总长超过300m,且仅用支架架开,与动力缆仅相距10cm以内。故采取如下措施:将现场总线一端用CU16接地线单独引到工厂地,以消除地电位差;总线与动力线尽量直角交叉,另外所有总线改用100mm封闭桥架敷设;并加强电缆固定,将较小弯曲伸直,重新检查和处理接头,也是消除干扰的一个关键所在。 抑制总线干扰,在总线安装时应采取以下措施:良好而科学的接地方案;信号线应尽量采用带屏蔽网的专用电缆,普通双胶线则将其扭合起来,节距越短,抗磁场耦合的效果也越好;信号线密集的地方将信号线铺设在封闭电缆桥架内,与动力电缆应分开铺设或用隔板隔开;电源采用三相隔离变压器来抑制高次谐波、减少外来电网干扰,或应用在线式UPS进行整流、滤波、限幅、稳压处理。 自动化设备多是成套引进的,本文只讨论一些辅助性抑制干扰的措施,对逻辑元器件的选择,电路板线合理设计未作探讨。