自動化控制系統(tǒng)中屏蔽接地的應(yīng)用探討
② 雙端接地是將屏蔽電纜的金屬屏蔽層的兩端均連接接地,如下圖:
圖2
在屏蔽層雙端接地情況下,金屬屏蔽層不會產(chǎn)生感應(yīng)電壓,但金屬屏蔽層受干擾磁通影響將產(chǎn)生屏蔽環(huán)流通過,如果地點(diǎn)A和地點(diǎn)B的電勢不相等,將形成很大的電勢環(huán)流,環(huán)流會對信號產(chǎn)生抵消衰減效果。
在實(shí)際的應(yīng)用中,采用何種方式的接地處理,需要根據(jù)具體的現(xiàn)場情況來分析和選用。
三、 控制系統(tǒng)的屏蔽接地選用
卷煙行業(yè)的控制系統(tǒng)中,因PLC控制系統(tǒng)的集中性特點(diǎn)決定,現(xiàn)場動力線路分布相對集中,加上輸入輸出的數(shù)字量通道,導(dǎo)線之間形成相互耦合是信號干擾的重要原因。另外,控制系統(tǒng)使用的變頻器、軟啟動器,也對環(huán)境形成了嚴(yán)重的電磁輻射干擾。
根據(jù)屏蔽接法的方式和特點(diǎn),在處理控制系統(tǒng)的屏蔽時,需要考慮多個方面的因素。
?、?減少導(dǎo)線間的串?dāng)_主要采用遠(yuǎn)離技術(shù):弱信號的模擬數(shù)據(jù)線要遠(yuǎn)離強(qiáng)信號線敷設(shè),尤其是遠(yuǎn)離動力線路。要避免平行走線,實(shí)際的操作中可以采用敷設(shè)不同橋架的方式進(jìn)行隔離。
?、?抑制磁場耦合干擾,盡量屏蔽干擾源:對于變頻器、熱啟動器等強(qiáng)干擾源設(shè)備最好能將其用導(dǎo)磁材料屏蔽,但在工程中較難實(shí)現(xiàn),不過應(yīng)該杜絕的是將它們同控制系統(tǒng)的輸入輸出通道設(shè)計在同一個控制箱內(nèi)。建議采用相對獨(dú)立的電控箱安裝。變頻器的動力輸出電源最好使用屏蔽電纜,采用單端接地的連接方式,即在控制柜變頻器端的屏蔽接地,電機(jī)端的屏蔽層懸浮。(需要注意的是,電機(jī)側(cè)屏蔽懸浮但正常的保護(hù)接地線仍然要正確安裝和連接)
?、?模擬信號的傳輸選用雙絞屏蔽線較好。雙絞屏蔽線的信號線與其返回線絞合能減少感性耦合引起的干擾。絞合的兩條線阻抗一樣,自身產(chǎn)生的磁場干擾或外部磁場干擾都可以較好的抵消。同時,平衡式傳輸又獨(dú)具很強(qiáng)的抗共模干擾能力。
?、?區(qū)分處理低頻信號和高頻信號的屏蔽接地。對于低頻信號一般采用屏蔽電纜的屏蔽層單端接地方式,能較好的抑制電位差達(dá)到消除電磁干擾目的(4~20mA的模擬量信號多屬于此類);對于高頻信號,應(yīng)該采用雙端接地的方式,包括PLC控制系統(tǒng)的總線網(wǎng)絡(luò)(例如ProfiBus網(wǎng)絡(luò)、DeviceNet網(wǎng)絡(luò)等)、同軸網(wǎng)絡(luò)(ControlNet等)。同軸網(wǎng)絡(luò)更是需要有良好的雙端屏蔽接地,因?yàn)橥S網(wǎng)絡(luò)的屏蔽層除擔(dān)當(dāng)屏蔽的作用外,還是高頻通道的回程導(dǎo)線。
?、?屏蔽接地要遵循一點(diǎn)接地的原則,系統(tǒng)的控制柜和子控制箱盡可能做到等電勢,減少靜電干擾。可以在柜間安裝直徑6㎜以上連接地線用于平衡電勢。
在安裝連接屏蔽電纜時,要特別保持屏蔽的完整性,拆斷或分開屏蔽將極大地降低屏蔽效率。
四、 結(jié)論
控制系統(tǒng)現(xiàn)場的干擾來源是多方面的,各種輸入輸出信號之間接地是否合理,不只是形成相互耦合干擾的問題,有時還危及計算機(jī)系統(tǒng)的安全。
針對不同的項(xiàng)目和不同的現(xiàn)場,屏蔽接地需要有不同的處理方法,正確的設(shè)計和利用它們、良好地抑制干擾,關(guān)系到控制系統(tǒng)安全穩(wěn)定地運(yùn)行。
評論