安科瑞 繆凱倫 陳聰

摘要：PLC/DCS控制系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行過程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)干擾問題，造成現(xiàn)場(chǎng)儀器出現(xiàn)故障、模擬量顯示異常及數(shù)據(jù)不穩(wěn)定等現(xiàn)象。信號(hào)隔離器能抑制外界干擾，同時(shí)對(duì)下級(jí)設(shè)備具有限壓、限流的功能，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的防護(hù)。

關(guān)鍵詞：信號(hào)隔離器；PLC/DCS；變頻器；干擾

0：概述

隨著工業(yè)自動(dòng)化程度的不斷提高，變頻器也得到了非常廣泛的應(yīng)用。作為電力電子器件，變頻器中要進(jìn)行大功率二極管整流，大功率晶體管變壓，在輸入輸出回路產(chǎn)生電流高次諧波，干擾供電系統(tǒng)、負(fù)載以及附近其它電氣設(shè)備。在實(shí)際使用過程中，經(jīng)常遇到變頻器諧波干擾問題。

工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)PLC/DCS控制系統(tǒng)中，常常會(huì)出現(xiàn)測(cè)量信號(hào)不穩(wěn)定現(xiàn)象，一種是由電磁干擾導(dǎo)致，另一種是高頻信號(hào)滲入，如電流信號(hào)輸出控制變頻器，變頻器高頻干擾滲入信號(hào)中，這樣的干擾信號(hào)使得變頻器和閥門工作不穩(wěn)定，在兩個(gè)設(shè)備信號(hào)連接之間加裝信號(hào)隔離器，是解決電磁干擾及高頻信號(hào)滲入影響的方法之一。

1：PLC/DCS控制系統(tǒng)中的干擾

PLC/DCS控制系統(tǒng)中主要干擾源有:空間的輻射干擾、信號(hào)線引入的干擾、接地系統(tǒng)混亂時(shí)的干擾、PLC/DCS系統(tǒng)內(nèi)部的干擾，其中電源的干擾和信號(hào)線引入的干擾，通常稱為傳導(dǎo)干擾，這種傳導(dǎo)干擾在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)較常見也較嚴(yán)重。

1.1 PLC/DCS控制系統(tǒng)干擾類型及現(xiàn)象

PLC/DCS控制系統(tǒng)中干擾的類型通常按干擾模式不同劃分，分為共模干擾和差模干擾。共模干擾是信號(hào)對(duì)地的電位差，主要由電網(wǎng)串入、地電位差及空間電磁輻射在信號(hào)線上感應(yīng)的共態(tài)（同方向）電壓疊加所形成。差模干擾是指作用于信號(hào)兩極間的干擾電壓，主要是由空間電磁場(chǎng)在信號(hào)間耦合感應(yīng)及由不平衡電路轉(zhuǎn)換共模干擾所形成的電壓，這種電壓疊加在信號(hào)上，會(huì)直接影響測(cè)量和控制精度。

1.2 PLC/DCS控制系統(tǒng)干擾問題解決方向

1) 切斷或衰減電磁干擾的傳播途徑

2) 提高裝置和系統(tǒng)的抗干擾能力

2: 信號(hào)隔離器在PLC/DCS控制系統(tǒng)中的作用

實(shí)際應(yīng)用中，控制系統(tǒng)中的信號(hào)干擾問題有時(shí)會(huì)非常嚴(yán)重，有些時(shí)候即使信號(hào)電纜采用屏蔽線也不能*消除這些干擾，例如由于接地點(diǎn)不同引起的接地環(huán)流干擾。而采用信號(hào)隔離器的接線方式切斷了傳導(dǎo)干擾的傳播途徑，減小設(shè)備直接連接的接地環(huán)路帶來的信號(hào)失真，可以提高在PLC/DCS控制系統(tǒng)中模擬量控制模塊每一路信號(hào)供電電源安全性、穩(wěn)定性和相對(duì)獨(dú)立性，這樣便可以降低因?yàn)槔讚暨^電壓等原因可能會(huì)造成的模板擊穿或燒毀概率，提高了控制模塊的測(cè)量精度和4-20MA 模擬量信號(hào)抗工頻電磁干擾的能力，保證了控制系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

3： BM100信號(hào)隔離器

3.1 概述      

BM100系列信號(hào)隔離器在工業(yè)生產(chǎn)中為增加儀表負(fù)載能力并保證連接同一信號(hào)的儀表之間互不干擾，提高電氣安全性能。BM100信號(hào)隔離器將輸入的電壓、電流、電阻或溫度等信號(hào)進(jìn)行采集、放大、運(yùn)算、并進(jìn)行抗干擾處理后，再輸出隔離的電流和電壓信號(hào)，安全的輸送給二次儀表或PLC/DCS使用。

BM100系列信號(hào)隔離器外觀圖

3.2 技術(shù)參數(shù)

3.3 應(yīng)用實(shí)例

BM100信號(hào)隔離器在變頻器諧波干擾中的應(yīng)用

某銅鎳礦萬噸鎳冶煉技改擴(kuò)建工程中，軟化循環(huán)水泵房，變頻器控制水泵用的是一臺(tái)變頻器控制兩臺(tái)水泵的控制原理，該變頻器控制設(shè)置為三地控制，分別為：就地現(xiàn)場(chǎng)控制箱控制、集中變頻器柜控制及遠(yuǎn)程中控室DCS控制。三地都能實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)水泵的啟停控制，但是變頻器的電流顯示及頻率顯示都無法工作正常，遠(yuǎn)程中控室的水泵電流與頻率反饋也就無法工作。遠(yuǎn)程中控DCS控制水泵的頻率給定與實(shí)際值也存在偏差，有時(shí)工作不能正常給定。起初懷疑電流表、頻率表、信號(hào)線及流體介質(zhì)有問題，更換了所有這些儀表、信號(hào)電纜，并把動(dòng)力線與信號(hào)控制電纜分開走電纜橋架，故障依然存在。原因是變頻器的高次諧波電流通過輸出電纜向外輻射，傳遞到信號(hào)電纜，引起干擾。如圖2所示。

圖2

解決辦法：將變頻器中電流反饋信號(hào)及頻率反饋信號(hào)分別輸入給信號(hào)隔離器，再把隔離輸出信號(hào)分別輸送給電流表、頻率表及遠(yuǎn)程DCS控制室電流與頻率反饋。遠(yuǎn)程中控室頻率，給定信號(hào)也進(jìn)入信號(hào)隔離器然后接至變頻器。遠(yuǎn)程中控DCS控制頻率輸入信號(hào)、電流反饋、頻率反饋、電流表及頻率表顯示正常，故障排除。如圖3所示

圖3  信號(hào)隔離器應(yīng)用示意圖

4：結(jié)束語

在PLC/DCS控制系統(tǒng)中加入信號(hào)隔離器的連接方式，解決了控制系統(tǒng)中的干擾問題，目前在冶煉、水處理、化工、火電、工業(yè)自動(dòng)化等多個(gè)行業(yè)已經(jīng)批量應(yīng)用 ，對(duì)提高PLC/DCS控制系統(tǒng)測(cè)量信號(hào)的精度和系統(tǒng)的安全穩(wěn)定、可靠運(yùn)行提供了保障。

參考文獻(xiàn)

[1] 企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2020.6.

[2] 張騰.變頻器對(duì)PLC干擾常見故障的分析與處理[J].電子測(cè)試,2019(13):120-121.

[3] 張夢(mèng).基于系統(tǒng)干擾談信號(hào)隔離器在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用[J].世界儀表與自動(dòng)化,2008,12(11):60-62.