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工业自动化控制系统的抗干扰技术研究

李俊锴

珠海格力电器股份有限公司,519000

摘要: 工业自动化控制系统目前应用越来越广泛,但是该系统在应用过程中存在的问题也逐渐被人们所发现,工业自动化控制系统在工作期间会受到一些因素的干扰导致系统指令错误,严重影响了工业生产自动化的正常进行。因此本文先对工业自动化控制系统的干扰来源类型以及传播途径进行分析,再阐述工业自动化控制系统的有效抗干扰技术,提高工业自动化控制系统的抗干扰能力。
关键词: 工业自动化控制系统;PLC;抗干扰技术
DOI:10.12721/ccn.2021.157046
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引言:工业发展过程中必将出现一些系统和设备替代人工从事某些生产工作,目前很多行业中利用模仿人类的机械手从事部分生产工作,而且通过工作自动化控制系统对机械手进行自动化控制,极大地提高了工业生产质量和效率,而且减少了人力资源的使用,达到了节约工业生产成本的目的。

一、工业自动化控制系统干扰源及传播途径

工业自动化控制系统会受到来自系统接线以及信息连接等方面的干扰,电源信号的接入会导致自动化控制系统运行的稳定性下降,而系统控制信号传输过程中受到干扰也会导致工业自动化控制系统无法正常对自动化设备发出指令。

(一)工业自动化控制系统干扰源

1.辐射干扰源

辐射干扰源指的是工业自动化控制系统中的空间设备或者高频感应装置产生的空间辐射,只要空间中不存在影响辐射传播的因素,辐射干扰源就会持续对工业自动化控制系统产生影响。当雷电天气出现后,辐射干扰源问题会更加严重,该天气下工作人员一般会通过减少电磁干扰降低工业自动化控制设备受到的影响。同时,工业自动化控制系统还需要设置防雷装置,确保雷电天气下工业自动化控制系统不会遭受雷击,因此科学规划工业自动化控制系统的电路线路非常重要[1]

2.传导干扰源

传导干扰源指的是线路诱发的干扰,线路汇总电源线诱发干扰的几率最大,因此供电电源是常见的传导干扰源。供电系统设备启动或者关闭时,会在电磁感应作用下产生不同程度的干扰变量,有些供电设备电磁感应效果明显且与工业自动化控制系统的距离较近,则该设备作为传导干扰源对工业自动化控制系统的影响比较大。除了电源线之外,信号线也会对工业自动化控制系统产生传导式干扰,但是信号线作为传导干扰源的原理仍然是电磁感应形象,只要存在感应电流必然会对周围工业自动化控制系统中的设备造成影响[2]

3.施工干扰源

施工干扰源指的是工业自动化控制系统在施工过程中人为导致的操作或者安装误差,这些误差诱发了施工干扰,因此施工干扰源是安装不符合设计要求的各个线路或者设备。工作人员可以通过加强工业自动化控制系统设备安装精度的方式对工业自动化控制系统干扰源进行控制,只要确保施工技术水平符合要求,即可让工业自动化控制系统免受施工干扰。

(二)工业自动化控制系统干扰传播途径

1.空间传播

工业自动化控制系统各干扰源通过磁场扩散性传播电磁能量,而电磁能量在电容耦合或者电场耦合原理的作用下产生电感应耦合或者磁场耦合,此时干扰源从空间途径进行传播,因此工业自动化控制系统很难对部分干扰源进行控制。工业自动化控制系统干扰源在空间传播过程中,还可以利用天线将干扰源传播到电子装置内部,该现象被称为干扰天线效应。

2.导线传播

工业自动化控制系统传输导线在共用设备电源时,容易在共阻抗耦合情况下利用导线载体传播干扰源,如果信号传送效率低则干扰源在导线中的传播更加容易。而导线在传播脉冲信号时容易出现波发射情况,此时在冲击电压的作用下工业自动化控制系统会受到较大干扰。

二、工业自动化控制系统的抗干扰原理

工业自动化控制系统抗干扰原理可以分为隔离或者接地,隔离通过对干扰源的隔离即可防止工业自动化控制系统的影响,而接地可以通过加强设备及线路的保护防止工业自动化控制系统及设备受损。但是接地系统设置不当容易导致工业自动化控制系统精确度下降,因此工作人员必须准确认识到工业自动化控制系统及其各个设备的应用特点,然后分别采用信号屏蔽接地、系统接地以及安全接地三种抗干扰措施,最后再对部分信号线进行绝缘处理,提高屏蔽层线路的连接效果,这样同样可以起到削弱差模干扰的作用。

三、工业自动化控制系统的抗干扰技术

(一)供电系统抗干扰技术

工业自动化控制系统可以通过对供电系统的优化使之具备一定的抗干扰能力,供电系统中工业自动化控制系统受到电网尖峰脉冲的干扰最大,供电系统中电焊机和继电接触器等设备会产生电网尖峰脉冲。因此,工作人员可以在工业自动化控制系统供电系统中加入防雷设施,减少电焊机和继电接触器产生电网尖峰脉冲的几率。除此之外,工作人员还可以将USP供电技术应用到供电系统中,USP供电技术与防雷设施共同使用可以进一步降低电焊机和继电接触器产生的电网尖峰脉冲干扰。

(二)传感器抗干扰技术

工业自动化控制系统可以通过对信号传感器进行优化,提高系统的抗干扰能力。工业自动化控制系统的信号传感器具有敏感性高的优点,但是从干扰源视角对信号传感器进行分析该优点反而变成了缺点,一旦工业自动化控制系统受到 干扰,则在信号传感器的作用下干扰效果更大。因此,工作人员可以采用电缆屏蔽和电缆接地处理的方式减弱信号传感器的敏感性,防止信号传感器增加干扰效果,具体采用双端接地或者单端接地方式应该结合电缆屏蔽层设置方式进行主观判断。

(三)PLC系统抗干扰技术

工业自动化控制系统可以对PLC系统的设备仪器仪表进行优化,在趋同性原理下将分散控制系统和各个设备的仪器仪表进行汇总接地,这样既可到达提高工业自动化控制系统抗干扰能力的作用。工作人员可以使用粗导线将分散控制系统和各个设备的仪器仪表进行统一连接,然后一同将其进行接地处理,这样即可起到对工业自动化控制系统的保护作用,同时还能利用接地系统起到线缆屏蔽作用,最后工业自动化系统在共模电压作用下产生的干扰即可相应减少。

(四)电气设备抗干扰技术

工业自动化控制系统可以利用分散控制系统对变频器设备进行控制,通过减少电气变频设备的布线和接地方式优化即可减少设备产生的干扰信号,这样工业自动化控制系统的抗干扰能力即可得到增强。工作人员可以在布置信号线和动力线的时候采用独立走线的方式,尽量增加信号线和动力线的间距,同时为两者制作线缆金属管道,最后即可减少信号线和动力线产生的干扰信号。如果工作人员在电气接地和分散控制系统中保持等电位状态,则可以通过减小接地电阻进一步削弱工业自动化控制干扰源信号。

(五)总线抗干扰技术

工业自动化控制系统可以通过对现场总线布置计划的优化,提高工业自动化控制系统的抗干扰水平。工作人员可以分别选择增设中继器或者光电转换器两种方式增强总线抗干扰能力,其中选择中继器的原理是通过提高系统信号传递规范性,减少信号传递过程中受到的干扰;选择光电转换器的原理是通过光电信号的转换让工业自动化控制系统在长距离传输信号过程中提高抗干扰能力,这样即可保证工业自动化控制系统正常工作。

结论:综上所述,工业自动化控制系统受多方面因素干扰,工作人员可以从系统内部对电气设备、PCL系统、传染器、供电系统、总线的设计和布置进行优化,提高工业自动化控制系统的抗干扰能力,确保工业自动化控制系统在大部分情况下均可以正常运转,防止经济效益下降或者安全隐患增加。

参考文献:

[1]王建文.选煤厂PLC自动化控制系统抗干扰技术分析及应用——以淮北矿业临涣选煤厂为例[J].淮北职业技术学院学报,2020,19(03):114-116.

[2]王星然,陈济颖.工业自动化控制系统中抗干扰技术的有效运用研究[J].自动化应用,2018(10):137-138.