《造纸现场总线的抗干扰问题1》由会员分享，可在线阅读，更多相关《造纸现场总线的抗干扰问题1（3页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、根据国际电工委员会 IEC1158 定义,安装在制造或过程区域的现场装置与控制室 内的动控制装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线称为现场总 线。当 今全球最流行的现总线有 FF 总线(FieldbusFoundation）、Profibus、Modbus 等,在造纸行业,ABB 公司 AF100 应用也很多。但是无论哪一种现场总线,都是数 字信号,当在介质上传输时,由于干扰噪音的原因,使得“1”变成了“0”,“0” 变成了“1”,从而影响现场 总线性能,以至于不能正常工作。因此研究现场总 线的抗干扰问题并提高现场总线的抗干扰能力非常重要。1 1 纸机车间存在的干扰源纸机车间存在的干扰源(
2、1) 纸机传动系统是纸机车间最大的干扰源。纸机传动系统的总负荷约占 造纸车间总负荷的 1/3 以上,在系统的整流和逆变中,大功率电力电子元器件 (IGBT 等)高速开和关转换,产生大量的高频电磁波,污染整个车间,并且产生大 量高次谐波,污染工频电网。(2) 变压器、MCC 柜、电力电缆和动力设备。这些设备均为工频,频率较低,干 扰一般发生在近场,而近场中随着干扰源的特性不同,电场分量和磁场分量有很 大差别。特别是动力设备启动时,瞬间电流能够达到额定电流的 61 倍,会产生 大电流冲击的暂态干扰。(3) 来自工频电源的干扰。工频电源波形畸变和高次谐波若未加隔离或滤 波,便会通过向纸机控制系统供电
3、而进入控制系统,影响现场总线的信号。(4) 导线接触不良产生的火花、电弧等。(5) 三相供电不平衡产生的地电流、屏蔽层不共地产生的接地环流。2 2 干扰的传播途径干扰的传播途径(1) 由导线传输,称为传导干扰。在现场总线中,主要表现为地线阻抗干扰 和来自工频电源的干扰。(2) 通过空间以辐射的形式传输,称为辐射干扰。3 3 现场总线的抗干扰措施现场总线的抗干扰措施(1) 远离干扰源 动力设备和电力电缆对现场总线的干扰,与距离的平方成 反比,即随距离的增大,干扰衰减非常快。所以,现场总线设备远离用电设备,现 场总线电缆与动力缆分层桥架布置,都能起到很好的防干扰作用。远离干扰源, 是防止辐射干扰的
4、重要措施。(2) 现场总线设备和电缆的屏蔽 现场总线屏蔽的机理,一是外来电磁波在 金属表面产生涡流,从而抵消原来的磁场;二是电磁波在金属表面产生反射损耗, 另一部分透射波在金属屏蔽层内传播过程 中,衰减产生吸收损耗。现场总线的 屏蔽是利用由导电材料制成的屏蔽并结合接地,来切断干扰源。(3) 采用 UPS 电源或隔离变压器 可防止来自工频电源的干扰。(4) 采用光缆传输信号 在现场总线传输速度高传输距离远干扰大的情况下,尽 可能地采用光缆。采用光缆后,有效解决了辐射扰和传导干扰的众多问题。若在 不共地两点之间,或者在接地 状况很不好的情况下,采用光缆传输现场总线信号,可 有效防止接地环流等干扰。
5、特别是纸机控制系统与纸机传动 MCC 之间,容易存在 接地电位差,或接地环流, 要特别注意,选用光缆优于选用双绞线。(5) 正确选择和安装纸机传动系统 整流部分采用 12 脉冲整流可有效消除 5 次和 7 次谐波。传动柜与电机之间的动力电缆,一定要采用良好屏蔽且三芯对 称的电力电缆。4 4 现场总线的接地现场总线的接地良好的接地是现场总线防干扰的重要措施。所谓/地 0,一般定义为电路或 系统的零电位参考点;接地就是在两点之间建立传导通路其目的一是保护操作人 员和设备的安全即保护地 0;二是为了抑制电磁干扰,提供电子测量中的电位基 准,即/工作地 0。图 1 是工作地的接地方法:图 1 工作地的
6、接地方法单点接地是指系统中所有电子设备或元件都并联连接到一个接地参考点。 这种接地方式的优点是各电子设备或元件的地电位只与本电子设备或元件的地 线阻抗有关, 不受其他回路的影响;缺点是需要多根地线,增加地线长度,增加了 地线间的干扰耦合,在高频情况下地线阻抗大大增加。多点接地是指系统中各个 需要接地的点都 直接连接到距它最近的接地点上,以使接地线的长度最短。由 于接地线很短,适用于高频情况;缺点是易构成各种地回路,造成低频地回路干扰。 工作频率在 1MHz 以下,可采用单点接地方式;工作频率在 10MHz 以上,可采用多 点接地方式;当然,亦可单点接地和多点接地混合使用。接地线太长时,亦应采用
7、 多点 接地,以防止接地线阻抗太大,干扰噪声电压太高。在众多现场总线中, Profibu 现场总线的发展尤为迅速,在造纸行业应用很广,现以 Profibus2DP 为 例说明。Profibus2DP 的通讯速率有 9.6、19.2、87.5kbit/s 和 0.5 、1.5、3、6、 12Mbit/s,其中最常用的通讯速率为 1.5Mbit/s,此时,Profibus 双绞电缆的长度可达 200m(使用中继器可延长)。当 Profibus2DP 通讯速率为1.5Mbit/s 时,可认为通讯频率为 7.5MHz,频率较高,接近 10MHz,宜采用多点接 地,应最大可能减小接地 阻抗。Profib
8、us2DP 电缆采用 RS248 双绞屏蔽电缆,由于通讯频率较高,干扰所产 生的噪声电流只在屏蔽层外表流过(集肤效应),屏蔽层通常采用多点接 地,一般 在电缆屏蔽层两端接地,即始端和末端同时接地。若一端接地(始端或末端),仅 仅有利于消除低频干扰。但在整个车间没有放置等电位接地板,不能实现 等电 位接地时,一端接地优于两端接地,并可防止形成地回路。5 5 现场总线在造纸控制中的抗干扰应用现场总线在造纸控制中的抗干扰应用华泰集团 PM、0 纸机,设计车速 1800m/min,卷纸幅宽 635mm,年生产能力 20 万 t,于 200 年 7 月 20 日投产,DCS 系统由国际知名公司提 供,控
9、制器采用 AC450,MCC 使用 INSUM 系统 DCS 与 MCC 之间采用 Profibus2D 通讯连接,通讯速 率 115Mbit/s。由于 INSUM 内部通讯使用 LONbus,必须通过 Gateway 网关将 LONbus 转换为 Profibus,控制器侧连接至 CI541 卡。调试初期采用 Profibus 双绞屏蔽电缆,总长约 150m,连接采用 9 针 D 型插头,电缆两端通过 D 型插头接 地很快发现,Profibus 站点不能全部找到,有时甚至 一个站点也找不到,做过许 多实验,排除了其他方面的所有原因。最后发现,DC 侧电缆屏蔽不接地时,所有 站点都能找到,于是
10、采用了 MCC 侧单端接地。虽然已 经能够正常运行但出现了 一个新情况,每隔一段时间,突然出现某个 Gateway 运行中死机,复位后正常。分 析原因：Gateway 位于 MCC 柜内,大量电 力设备存在,电磁干扰大。此部分 MCC 靠近传动,纸机传动产生的干扰影响。DCS 与 MCC 之间存在接地电位差,以至于 电缆屏蔽两端接地时,形成回路,干扰 总线信号。控制器侧工程师站亦出现大量 CI541 卡错误信息怀疑大量误码存在。鉴于以上原因,决定将 Profibus 屏蔽电缆换为光缆。换后情况改善, Gateway 不再死机。6 6 结结 语语在纸机控制系统的设计、安装、调试中,要特别注意现场总线的抗干扰问题,只 有正确地采取抗干扰措施,才能使总线正常运转为生产提供有利的保证。
