水泥生产中变频器产生干扰及PLC的防干扰.doc

水泥生产中变频器产生干扰及PLC的防干扰!水泥生产中变频器产生干扰及PLC的防干扰孙卫星,孙王景,陈倩.(1.建筑材料T业技术情报研究所,北京100024;2.云南农业大学工程学院,昆明650201;3.成都建筑材料q,Jk设计研究院,成都6100211近年来水泥生产线的自动化技术和装备水平有了很大发展和提高,对保证生产正常运行,提高产品质量,降低能源消耗,提高劳动生产率及提高企业管理水平有很大的作用其中变频器和PLC的直用十分广泛,而且它们结合的非常紧密,即变频设备用PLC控制的范例已很多但同样它们二者也产生了矛盾,即存在着变频器产生干扰,而PLC易受干扰的矛盾1变频器产生干扰的原因,危害随着电力电子器件的发展.出现了多种模式的变频技术由于采用变频器驱动的电动机系统具有节能效果明显,调节方便,维护简单等优点而被越来越多的应用在水泥行业中,变频器最初用于风机,泵类设备调速,以后又在各种T艺流程中应用,如矿山破碎(破碎机的喂料)原料均化(布料小车),熟料烧成(中小型回转窑拖动),水泥包装(包装机转筒),及各类计量秤和供水系统等:1.1变频器产生干扰的原因变频器干扰主要有:一是变频器中普遍使用了晶闸管或者整流二极管等非线性整流器件.其产生的谐波对电网将产生传导干扰.引起电网电压畸变(电压畸变率约10%40%),影响电网的供电质量;二是变频器的输出部分一般采用的是IGBT(绝缘栅双极型晶体管)等开关器件,在输出能量的同时将产生较强的电磁辐射干扰,影响周边电器的正常工作.58中国水泥2005.111.2变频器产生干扰的危害(1)谐波使电网中的电器元件产生了附加的谐波损耗,降低了输变电及用电设备的效率.(2)谐波可以通过电网传导到其它的用电器,而且谐波会引起电网中局部的串联或并联谐振.从而使谐波放大.谐波会影响包括变压器和电机在内的电气设备的正常运行.如电机本身气隙不均匀,变频器逆变器输出的电压和电流带有高次谐波成分,在电机气隙中产生高次谐波磁通;随着频率的改变,在基波成分变化的同时.高次谐波成分会在较宽的频谱内变动,频率较低的高次谐波成分可能与转子发生共振.从而引起电机振动,噪音增大.对电机的寿命产生影响又如谐波会使变压器产生机械振动,使其局部过热.绝缘老化,寿命缩短,以至于损坏.还有传导来的谐波会干扰电器设备内部软件或硬件的正常运转.(3)谐波或电磁辐射干扰会导致继电器保护装置的误动作.使电气仪表计量不准确,甚至无法正常T作如某水泥厂发生过因变频器和接触器距离太近.致使接触器不能正常释放的故障.电磁辐射干扰使经过变频器输出导线附近的控制信号,检测信号等弱电信号受到f扰,严重时使系统无法得到正确的检测信号,或使控制系统紊乱.如某水泥厂变频器和配料微机同处一个控制室,结果变频器产生电气干扰,干扰通过空中辐射,线路网络进行传播,致使微机显示器画面出现不规则波纹或斑点,各路显示数据变化失控,电振机控制器工作不正常和拉压传感器反馈信号紊乱等.2减少或削弱变频器产生干扰的方法变频器品种繁多,制造工艺和抗干扰电路设计成本原因,其干扰影响大相径庭.档次高一些的变频器本身内置滤波器,对输出,输入电压均有较好的净化作用,对常规设备干扰很小,甚至可以不去考虑.但部分国产或合资小品牌变频器产生的干扰较明显.且干扰极难排除.有时只有加装诸如电抗器之类的滤波功率器件,这样就增加了系统成本.变频器(品牌不同.产生的干扰程度可能不一样)常用的减少或削弱变频器产生干扰的方法通常有以下几种:2.1增加电抗器可在变频器的一,二次侧安装电抗器(见图1).图1使用电抗器降低电压畸变军变频器的一次侧安装的电抗器常称为进线电抗器.它接在电源和变频器之间.可以降低变频器系统输入电网的谐波电流(进线电流的电压畸变率约降低30%50%),改善变频器的功率因数,最大限度地减少谐波对电动机以及由同一电源系统供电的计算机,仪表,PLC等其他弱电设备的影响;同时还可以抑制电网电压突变和操作过电压引起的电流冲击,有效地保护变频器.变频器的二次侧安装的电抗器.常称为负载电抗器,又称输出电抗器.它接在变频器与电动机之间,能够限制与电动机连接的电缆容性充电电流,同时,输出电抗器还能吸收变频器输出谐波,起到降低电动机的噪声作用,并能限制电动机绕组上的电压上升率.此外,负载电抗器也可起限流器的作用,在电动机短路的情况下保护变频器.输出电抗器也会吸收电动机负载引起的电流浪涌,可避免变频器误跳闸.正确配置合适的电抗器与变频器配套使用,就会提高变频器系统的可靠性,运行性能和效率.2.2使用滤波器(模块或组件)滤波器分有源和无源.采用滤波器后(图2),满载时进线中的电压畸变率可降至5%10%.目前市场中有很多专门用于抗传导干扰的滤波器模块或组件,这些滤波器具有较强的抗干扰能力,同时还具有防止用电器本身的干扰传导给电源,有些还兼有尖峰电压吸收功能,对各类用电设备有很多好处.交流电源线滤波器既可用在交流电源上.也可以在直流电源上使用:但直流电源线滤波器不能用在交流的场合.在确定滤波器的额定电流时,要留有一定的余量,一般滤波器的额定电流值应取实际电流值的1.5倍图2使用滤波器降低电压畸变率2.3将整个变频器屏蔽将整个变频器系统进行屏蔽,可减小其对外的干扰,也能防止其受干扰(见图3).电端完全接tg)图3将变频器系统进行屏蔽3PLC受干扰的原因及危害PLC在水泥生产各种工艺流程中都有应用,产品型号很多.功能差别很大,有功能强大的大中型可编程控制器,如西门子系列的SIMATICS7400(300),施耐德公司MODICON系列产品等,它们具有很强的通讯能力,CPU的处理速度很快,水泥生产中较多应用在窑和磨的系统控制;也有小型的PLC.如LOGO!和EASY,它们通过通用逻辑控制模块来代替定时器,继电器,时钟和接触器等功能,多应用在输入输出点数不多的单机设备顺序控制的场合.生产中,现场引起PLC干扰的原因很多,其原因基本上是电流改变产生磁场,对设备产生电磁辐2005.11CHINACEMENT59!射;磁场改变产生电流,产生电磁波.由信号引入干扰会引起I/O信号工作异常,严重时将引起元器件损伤,如PLC系统I/O模件损坏.对于隔离性能差的系统,还将导致信号问互相干扰.引起接地系统总线回流,造成逻辑数据变化,误动作和死机.在现场中有以下几种情况可产生干扰,即强电干扰,柜内干扰,信号线的干扰,接地系统混乱的干扰和变频器干扰.3.1强电干扰在柜外布线时(在电缆沟,电缆桥架,穿管等敷设方式),信号电缆和动力电缆应分布在不同层,不允许平行敷设,防止强电通过电磁耦合对信号线路产生干扰如,将变频器电缆DCS(PLC)系统的仪表信,信号线放在同一桥架里,造成控制系统无法运行,只好重新敷设的事情以前时有发生.随着电气人员对此问题的重视,现在已较少发生此类事件.3.2柜内干扰PLC不能和高压电器安装在同一个开关柜内,在柜内PLC应远离动力线(二者之间距离应>200mm).与PLC装在同一个柜子内的电感性负载.如继电器,接触器的线圈,应并联RC消弧电路.同时,控制柜内的有很多信号线,检查起来却相当麻烦.所以要求在控制柜设计时要设备分层摆放.走线清晰.如条件允许.应分槽走线,并使其有尽可能大的空问距离,力求将干扰降到最低限度.3.3信号线的干扰信号线的干扰主要是来自空间的电磁辐射,有差模干扰和共模干扰两种.差模干扰是指叠加在测量信号线上的干扰信号.这种干扰大多是频率较高的交变信号,其来源一一般是耦合干扰.可在输入回路接RC滤波器或双T滤波器进行抑制.或者.将电压信号转换成电流信号再传输.共模干扰是指信号线上共有的干扰信号,一般是由被测信号的接地端与控制系统的接地端存在一定的电位差引起的.一般输入线采用绞合线,【大j其感应互相抵消.能降低共模干扰.3.4接地系统混乱造成干扰PLC控制系统的正确接地是非常重要的.正确的接地.不但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60中国水泥2005.11信号,使PLC系统无法正常工作.PLC控制系统的地线包括系统地,屏蔽地,交流地和保护地等.各个接地点电位分布不均,不同接地点问存在地电位差.引起地环路电流,影响系统正常工作.3.5变频器干扰变频器启动及运行过程中产生的谐波引起电网电压畸变,影响PLCT_作电源质量;同时变频器的输出会产生的较强的电磁辐射干扰,对PLC的I/O点有影响.随着变频器在水泥生产中的应用越来越多.其对PLC的干扰问题也越来越突出.4PLC的抗干扰措施尽管PLC系统内部元器件及电路问的相互电磁辐射产生干扰.但是多数产品对此已有防范措施,其干扰可以忽略不计.因此主要考虑来自系统外部的几种干扰源并采取相应抑制措施.主要包括:对PLC系统及外引线进行屏蔽以防空间辐射电磁干扰:对外引线进行隔离,滤波.特别是动力电缆,要分层布置,以防通过外引线引入传导电磁干扰;正确设计接地点和接地装置,完善接地系统.由于工业现场电磁环境复杂.有时只采用硬件措施不能完全消除干扰的影响.必须用软件措施加以配合对于模拟信号可以采取软件滤波措施.目前的大型PLC编程大都支持SFC编程语言,结构化文本编程方式.可以编制比较复杂的防干扰程序,进一步提高系统的安全可靠性.水泥企业实际现场中的PLC防干扰措施主要是隔离,滤波,屏蔽,接地和软件方法等.4.1隔离变压器主要是针对来自电源的传导干扰.可以将绝大部分的传导十扰阻隔在隔离变压器之前.同时还兼有电源电压变换的作用.4.2加信号隔离器在信号传输过程中.增加隔离器,防止干扰信号进入PLC系统.某水泥厂窑头一次风机变频器使PLC模拟量信号线受到干扰.影响到正常启动.在变频器和PLC信号端子问增HWS1562无源过程电流隔离器后.问题得到解决.4.3屏蔽将PLC自身的各模块均采用屏蔽措施,如果是现场测点信号进入PLC.则应通过屏蔽电缆.将变频器等干扰源用铁壳屏蔽.不让其电磁干扰泄漏,是非常有效的方法.值得注意的是,屏蔽罩必须可靠接地.4.4良好接地处理PLC控制系统要有统一的良好接地,逻辑地和安全地要分开,并且不要和电气地串在一起.开关量信号不需要接地.模块量信号要做接地处理.与变送器信号连接并采用屏蔽接地时,只需要单点接地.即在控制系统一端接好.4.5软件防干扰措施现场应用中经常采用软件和硬件相结合的滤波方法,能进一步提高系统的安全可靠性.软件滤波尽管要占用一些系统资源,但具有灵活,方便,功能强的优点.其滤波防干扰措施主要有限幅滤波法,中位值滤波法,算术平均滤波法,中位值平均滤波法(又称防脉冲干扰平均滤波法)和(限幅)消抖滤波法等.对某些易受干扰的控制信号,在PLC程序中做适当的延时处理.就是一种有效的软件滤波应用方式.此外,还有几种可行的方法.如信号端子外加中间继电器:选择比干扰电压增加稍大电压等级的中间继电器来保护I/0点:PLC由交流电流供电改为艾默生携包含最新技术产品的网络能源一体化整体解决方案亮相1()月18日举行的中国国际通信设备技术展览会艾默生网络能源一体化整体解决方案以不间断的稳定性能,纯净的电源以及可靠的运行环境设计,而享誉业界,在近期更获得了2005中国电信行业机房动力一体化优秀解决方案提供商称号,艾默生网络一体化能源方案不光是配电,直流电源,空气调节,动力及环境监控等设备的一体化组合设计,更重要的是方案中所有设备都是艾默生本厂生产的产品,无论稳定性还是兼容性都达到了最高指标,能够高质量地提供纯净的电源,满足了通信业务的不间断,无故障的运营需要.也避免了出现故障时因多个供应商之间的相互推诿而延误故障恢复的情况,为主设备的正常运行提供更加高品质的服务和更加可靠的电力保障.艾默生成功为国家互联网信息中心(中国计算机网络的管理中心)提供配电,UPS,精密空调,STS,动力与环境等一体化的设计,实施与服务,提高了系统的可靠性,缩短建设周期50%系统的可靠性高达99.99999%.成功为许多地区提供了动力一提化解决方案.直流电源(有的PLC其输入,输出模块为交,直流两用);信号模式由电压信号转换成直流420mA电流信号等.5结束语随着自动化设备在水泥生产中的地位越来越高,其干扰和防干扰措施也越来越受到企业的关注.实际生产中,变频器作为强电和弱电信号的同一载体.既受现场的供电和用电设备的干扰,也会在运行时干扰其它设备的运行.因此,变频器的防干扰措施,不但保护了自身,而且也减少了对PLC等设备的干扰.同样,PLC控制系统中的干扰是个十分复杂的问题,在设计和应用中应综合考虑各方面的因素,合理有效地抑制干扰,保证PLC控制系统正常工作,使水泥生产能够连续稳定地进行.参考文献:【lJ于晓云,许连阁.变频器产生的干扰及解决方案.中国T控网.【2】曹敏玲.PLC现场干扰问题浅析.中国工控网.【3】顾振国.立窑鼓风机变频调速的应用技术问题【JJ.水泥,1994(7):35-37.-艾默生网络能源有限公司与全球IT分销巨舰英迈(中国)商业有限公司在上海香格里拉饭店举行了携手合作.共赢未来艾默生一英迈战略合作签约仪式暨艾默生小功率UPS新品发布会.,两大巨头共同宣布缔结为战略合作伙伴关系.根据双方签署的战略协议,英迈作为艾默生小功率UPS在中国市场负责推广,分销的最重要伙伴之一.双方将携手合作,共拓行业,企业及电脑用户的小功率UPS市场艾默生希望