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如何使用信号隔离器处理现场仪表间的信号干扰

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2012/9/7 10:27:13

  解决PLC系统干扰信号隔离器。由于信号隔离器使用简单方便、可靠,成本低廉,可同时解决多种干扰,可大量减轻设计人员、系统调试人员工作量,所以信号隔离器成为了解决PLC系统干扰的重要方法。
  
  随着科学技术的发展,PLC在工业控制中的应用越来越广泛。PLC控制系统的可靠性直接影响到工业企业的安全生产和经济运行,系统的抗干扰能力是关系到整个系统可靠运行的关键。影响PLC控制系统的干扰源于一般影响工业控制设备的干扰源一样,大都产生在电流或电压剧烈变化的部位,这些电荷剧烈移动的部位就是噪声源,即干扰源。


一、PLC控制系统中电磁干扰的主要来源有哪些呢?信号隔离器
  
  (1)来自空间的辐射干扰
  
  空间的辐射电磁场(EMI)主要是由电力网络、电气设备的暂态过程、雷电、无线电广播、电视、雷达、高频感应加热设备等产生的,通常称为辐射干扰,其分布极为复杂。若PLC系统置于所射频场内,就回收到辐射干扰,其影响主要通过两条路径;一是直接对PLC内部的辐射,由电路感应产生干扰;而是对PLC通信内网络的辐射,由通信线路的感应引入干扰。辐射干扰与现场设备布置及设备所产生的电磁场大小,特别是频率有关,一般通过设置屏蔽电缆和PLC局部屏蔽及高压泄放元件进行保护。
  
  (2)来自系统外引线的干扰
  
  主要通过电源和信号线引入,通常称为传导干扰。这种干扰在我国工业现场较严重。
  
  (3)来自电源的干扰
  
  实践证明,因电源引入的干扰造成PLC控制系统故障的情况很多,笔者在某工程调试中遇到过,后更换隔离性能更高的PLC电源,问题才得到解决。PLC系统的正常供电电源均由电网供电。由于电网覆盖范围广,将受到所有空间电磁干扰而在线路上感应电压和电路。尤其是电网内部的变化,开关操作浪涌、大型电力设备起停、交直流转动装置引起的谐波、电网短路暂态冲击等,都通过输电线路到电源边。PLC电源通常采用隔离电源,但其机构及制造工艺因素使其隔离性并不理想。实际上,由于分布参数特别是分布电容的存在,隔离是不可能的。
  
  (4)来自信号线引入的干扰
  
  与PLC控制系统连接的各类信号传输线,除了传输有效的各类信号之外,总会有外部干扰信号侵入。此干扰主要有两种途径:一是通过变送器或共用信号仪表的供电电源串入的电网干扰,这往往被忽略;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。由信号引入干扰会引起I/O信号工作异常和测量精度大大降低,严重时将引起元器件损伤。对于隔离性能差的系统,还将导致信号间互相干扰,引起共地系统总线回流,造成逻辑数据变化、误动和死机。PLC控制系统因信号引入干扰造成I/O模件损坏数相当严重,由此引起系统故障的情况也很多。
  
  (5)来自接地系统混乱时的干扰
  
  接地是提高电子设备电磁兼容性(EMC)的有效手段之一。正确的接地,既能抑制电磁干扰的影响,又能抑制设备向外发出干扰;而错误的接地,反而会引入严重的干扰信号,使PLC系统将无法正常工作。
  
  (6)来自PLC系统内部的干扰
  
  主要由系统内部元器件及电路间的相互电磁辐射产生,如逻辑电路
  
  互辐射及其对模拟电路的影响,模拟地与逻辑地的相互影响及元器件间的相互不匹配使用等。这都属于PLC制造厂对系统内部进行电磁兼容设计的内容,比较复杂,作为应用部门是无法改变,可不必过多考虑,但要选择具有较多应用实绩或经过考验的系统。
  
  二、系统受干扰时,常会遇到以下几种主要干扰现象:
  
  1)系统发指令时,电机无规则地转动;
  
  2)信号等于零时,数字显示表数值乱跳;
  
  3)传感器工作时,PLC采集过来的信号与实际参数所对应的信号值不吻合,且误差值是随机的、无规律的;
  
  4)与交流伺服系统共用同一电源(如显示器等)工作不正常。
  
  三、怎样才能更好、更简单解决PLC系统干扰?
  
  1)理想状态下是选用隔离性能较好的设备、选用优良的电源、动力线和信号线走线要更加合理等等,但是需要不同设备厂商共同协商完成,很难做到,而且成本较高。
  
  2)利用模拟信号隔离器,有称作信号变送器、属于信号调理的范畴。其主要起抗干扰作用。真因为它有特强的抗干扰能力所以在自动化控制系统中应用非常广泛。尤其对于复杂的工业现场,控制程序越来越复杂,所以对工业标准远传模拟量信号DC4-20mA通过信号隔离器使输出模拟信号与系统*隔离,的确是当今自动化控制系统中抗干扰的有效措施之一。
  
  四、信号隔离器工作原理是什么?
  
  首先将PLC接收的信号,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或不同信号,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、地之间独立。

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