电磁干扰对水分定量控制系统的影响

2007/8/10 15:04:24

关键词：电磁干扰；水分、定量控制系统；原因；措施；净化电源；浪涌吸收器；环流通讯　我院我院自行研制的纸机水分、定量控制系统，在设计时为抵抗现场环境的电磁干扰，在满足控制功能的前提下，专门进行了相应的电磁兼容和可靠性设计。如：系统按其各部分的主要功能分装成五个专用控制微机和一个通用控制微机。专用微机作为下位机，独立执行特定功能。每个下位机都有自己的金属机箱屏蔽单独接地，彼此隔离不互相干扰；通用微机作为上位机，负责管理数据库和提供与人交流界面；采用可编程序控制器来代替继电器逻辑控制电路，以提高系统的稳定性和可靠性。另外，为了提高系统的适应性，还配置了自动、半自动和手动等三种控制方式。尽管如此，该系统在用户厂家试运行时，仍然抵抗不了现场强烈的电磁干扰，主要表现如下：我院(1)当纸机减速运行时，系统设置的各种工艺参数经常被自行改写，致使系统无法正常连续运行；我院(2)手动按钮控制时，系统经常出现误动作；我院(3)上位机与各下位机通讯时，经常发生传错数据的现象。系统受到如此大范围的干扰，我们以前还从没遇到过。　1原原因分析我院控制对象是一台1760mm高速纸机，由数台直流电动机构成分部传动，采用可控硅直流调速，总装机容量约200kW。经现场调查发现，干扰的起因是多方面的，大体可归纳为以下两类：1.1电电源干扰我院该用户使用的是可控硅环流可逆直流调速系统。当直流电动机由高速向低速变化的过程中，处于发电状态，并将电能通过调速装置回馈到交流电网。由于可控硅是通过控制导通角的方式进行工作的，在导通的瞬间，电压有较大的突变，从而会在原电网的交流正弦波上叠加周期变化的高次谐波(用100兆以上的示波器可以清楚地看到)。因此，接在该直流调速装置附近电网上的计算机必定会受到高次谐波的影响。1.2电磁场干扰我院磁场干扰来自三个方面：首先是大功率直流调速系统产生的脉动磁场，该磁场虽然还不足以引起系统出现误动作，但其持续性已在空间上给系统造成了不稳定的环境，使系统抵抗其他干扰的能力降低；其次是安装在控制柜内的交流接触器和控制电动执行机构(感性负载)按钮的触点闭合或断开时电弧产生的高频磁场，每当触点动作时，都会不同程度地影响系统的正常工作；第三是附近直流电动机因电刷过度磨损与换向器之间接触不良，随机产生的火花向空间辐射的高频磁场，虽然不常出现，但由于电机电枢绕组换向时的自感电动势很大，因此，该磁场极强，一旦出现，就会引起下位机之间数据传输错误，而且该干扰源极为隐蔽。　2措措施我院在已经采取屏蔽和适当接地的前提下，我们针对性地采取了以下措施：2.1电使用净化电源我院对于电源干扰，我们用带净化功能的电源取代了原来为系统配置的自藕稳压电源，隔断了由电网传入的干扰通道(见图1)。图1 净化前后的电压波形图2 使用浪涌吸收器前后效果对比2.2电在交流接触器两端并接RC浪涌吸收器我院呈电感性的负载(如继电器和交流接触器的线圈等)在断电的瞬间会产生数倍于原电压的反电动势E，因而会击穿开关的触点间的空气隙，出现放电电弧，产生强烈的高频磁场，干扰附近控制系统。我院将直接控制电动机的交流接触器移到控制柜外，并在所有的按钮和交流接触器的线圈两端并接RC浪涌吸收器(R取1～2 kΩ，C取4.7μf,耐压400V)，将这部分能量消耗在浪涌的吸收器电阻R上，以减少辐射磁场(见图2)。图中(a)、(b)、(c)为没使用浪涌吸收器的情况；(d)、(e)、(f)为加装浪涌吸收器以后的情况，显然，反电动势E的峰值大大降低了。2.3电将上、下位机之间原RS422通讯改为环流通讯方式我院发送时将电平信号转为20mA电流信号传出，接收机再将电流信号转成电平信号处理(见图3)。由于电磁场在通讯线路中感应出的电平虽高，但其电流却微乎其微，根本驱动不了环路中光电隔离器件中的发光管，因而大大提高了数据通讯通道的抗干扰能力。本RS232C/环流转换电路直接接在上位机的RS232C串行通讯接口的TXD和RXD上；环流/TTL电平转换电路则分别接在各下位机TXD和RXD端即可。图3 上、下位机之间为环流通讯方式我院经上述处理后，系统的抗干扰能力显著提高。

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