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電氣控制設(shè)備干擾該怎么解決?優(yōu)秀的電氣人都是這么做的
一、供電系統(tǒng)地設(shè)計(jì)
1.接地方式,設(shè)備內(nèi)部有各種不同目的的接地,他們之間不允許簡單的相互連接,以免通過接地回路發(fā)生干擾影響。常見的接地有三種:
⑴.保護(hù)接地 設(shè)備金屬外殼等的接地,以免危及操作人員的安全。相應(yīng)的接地線為保護(hù)地線PE;
⑵.系統(tǒng)接地 其接地目的是為系統(tǒng)各部分提供穩(wěn)定的基準(zhǔn)電位,要求接地回路的公共阻抗盡可能小。相應(yīng)的接地線為系統(tǒng)接地線SE。
⑶.屏蔽保護(hù)及防靜電接地 電纜、變壓器等屏蔽層的接地,目的是抑制電磁場干擾。相應(yīng)的地線稱為屏蔽及防靜電地線FE。
2.增加屏蔽保護(hù)及防靜電接地
經(jīng)過30多年改革開放,現(xiàn)代化工廠遍布全國,工廠用電負(fù)載由原來較多使用低壓開關(guān)、低壓控制繼電器、接觸器、普通交直流電機(jī),發(fā)展成由工業(yè)計(jì)算機(jī)控制的變頻系統(tǒng)、直流系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、機(jī)器人系統(tǒng)及數(shù)據(jù)保護(hù)系統(tǒng)。系統(tǒng)微電壓信號居多,需要屏蔽保護(hù)及防靜電接地線FE,此接地與原有供電系統(tǒng)PE功能有所區(qū)別。
原有低壓配電系統(tǒng)即 TT 、 TN 和 IT 三類系統(tǒng)中的專用保護(hù)線 PE是設(shè)備保護(hù)地線,就TN-S 方式供電系統(tǒng),它是把工作零線 N 和專用保護(hù)線 PE 在變配電室總等電位銅排一點(diǎn)分開的供電系統(tǒng),在工廠專用保護(hù)線 PE常常與設(shè)備及控制盤外殼相連接,固定在工廠內(nèi)墻下部周圍,在設(shè)備與控制盤外殼帶電時(shí)專用保護(hù)線 PE有大電流流過,PE線產(chǎn)生很高電壓,易干擾設(shè)備控制系統(tǒng),工業(yè)計(jì)算機(jī)控制的變頻裝置、直流裝置、伺服裝置、機(jī)器人裝置及數(shù)據(jù)保護(hù)裝置等系統(tǒng)地不能接入專用保護(hù)線 PE,所以要再增加屏蔽保護(hù)及防靜電接地線FE,原有供電系統(tǒng)改為為三相六線制即L1,L2,L3,N,PE, FE。PE和FE 在變配電室總等電位銅排有電氣聯(lián)系,F(xiàn)E單獨(dú)敷設(shè)電纜線至控制柜、盤、箱。屏蔽保護(hù)及防靜電接地線FE用25mm2以上單芯護(hù)套銅線為宜??刂乒駜?nèi)需要獨(dú)立設(shè)置FE銅排,以我多年使用情況,銅排截面積3X40mm2,長度800mm以上為宜。
二、系統(tǒng)控制盤內(nèi)布置設(shè)計(jì)
1.設(shè)計(jì)原則
在設(shè)計(jì)制作系統(tǒng)控制盤中,在控制功能完善的基礎(chǔ)上,加強(qiáng)抗干擾性能,保障設(shè)備正常運(yùn)行。抗干擾設(shè)計(jì)中做到使系統(tǒng)或裝置既不因外界電磁干擾的影響而誤動(dòng)作或喪失功能;也不向外界發(fā)送過大的噪聲干擾,以免影響其他系統(tǒng)或裝置正常工作,設(shè)計(jì)制作中遵循下列三原則:
⑴.抑制噪聲源,直接消除干擾產(chǎn)生的原因;
⑵.切斷電磁干擾的傳遞途徑,或者提高傳遞途徑對電磁干擾的衰減作用,以消除噪聲源和受擾設(shè)備之間的噪聲耦合;
⑶.加強(qiáng)受擾設(shè)備抵抗電磁干擾的能力,降低其噪聲敏感度。
2.干擾來源
對控制盤分析,干擾有幾種情況:
⑴.器件之間電磁干擾,接觸器、繼電器電磁線圈,變壓器,變頻器等發(fā)出電磁干擾;
⑵.線間電磁干擾,變頻器輸出電源線,中高頻輸出線等發(fā)出電磁干擾;
⑶.供電電源,受干擾的不純潔的交流AC380V/AC220V工頻電源。
3.盤面布置
首先對圖紙有著詳盡了解,對元器件進(jìn)行分類,基本分三大類:
強(qiáng)電器件是一類,包括接觸器、空氣斷路器、加熱供電器件、電壓轉(zhuǎn)換變壓器等。
弱電控制器件是一類,包括交流變頻器、直流控制裝置、伺服控制裝置、機(jī)器人控制模塊等。
⑶.計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是一類,包括PLC控制模塊,微電壓供電電源,輸入輸出控制轉(zhuǎn)換接口等。根據(jù)分類器件定制控制盤,原則上一類器件一種盤,這樣控制盤之間通過箱體能屏蔽一些電氣干擾,再為布線防干擾做了前期工作。
器件布置,有電氣聯(lián)系相鄰的器件安裝距離越近越好;行線槽選用寬度小、高度大的線槽,多利用空間位置;既要敷設(shè)高電壓電線又要穿過微電壓信號線采用雙行線槽分開布線;器件和行線槽縱橫錯(cuò)落有序,大電流器件周圍布置大型線槽,盡量減少電線電纜交叉。
控制盤內(nèi)除敷設(shè)三相銅排還要敷設(shè)N(零線)銅排、PE(保護(hù)接地線)銅排、FE (屏蔽保護(hù)及防靜電接地線)銅排,三排布置在盤面下部或柜體底部,三排要絕緣支架。PE(保護(hù)接地線)銅排與工廠內(nèi)PE排用單芯電纜連接
4.盤內(nèi)布線
器件布端子,屏蔽層單端接在盤內(nèi)FE地排,能有效過濾高頻、大電流及空中電磁波的干擾。
一般可考慮以下幾點(diǎn):
⑴.必要時(shí),微信號用屏蔽電纜或金屬電纜槽內(nèi)走線;
⑵.傳感器與開關(guān)量信號電纜分開布線;
⑶.信號電纜與動(dòng)力電纜之間應(yīng)具有盡可能大的隔離距離;
⑷.加裝電源隔離變壓器;
⑸.對系統(tǒng)提供接地回路,F(xiàn)E(屏蔽保護(hù)及防靜電接地線)和PE(保護(hù)接地線);
⑹.所有的屏蔽層均在柜內(nèi)FE排接地;
5.電源隔離及防護(hù).
每個(gè)工廠都有自己變配電室,用電來至電廠配電后一條供電母線上,供電母線沿途分配給工廠變配電室。
各工廠啟停設(shè)備(切換感性或容性負(fù)載)會(huì)造成供電母線電壓的波動(dòng)和脈沖噪聲;
雷電對供電母線電壓沖擊更大,其電壓高達(dá)5X106V,雷擊至使工廠供電系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)癱瘓或損壞。
變頻器、逆變電源、無功補(bǔ)償裝置等電力電子設(shè)備對電網(wǎng)諧波污染。
為阻止供電線路電壓波動(dòng)和脈沖噪聲以及諧波電壓對生產(chǎn)線或設(shè)備控制系統(tǒng)的干擾,加裝抗干擾設(shè)備。變頻器、逆變電源、無功補(bǔ)償裝置等前后加裝電抗器和電子濾波器,它既可以過濾電網(wǎng)供電中脈沖和諧波,又可以抑制對電網(wǎng)輸入。加裝穩(wěn)壓器,將電網(wǎng)電壓較大波動(dòng)控制在±10%以內(nèi),穩(wěn)壓器采用磁飽和穩(wěn)壓器。
給PLC控制器和儀表供電加裝隔離變壓器,帶多重屏蔽的隔離變壓器能有效地抑制浪涌噪聲和中頻噪聲?,F(xiàn)在多采用三重屏蔽變壓器、一次側(cè)屏蔽層接地,可有效消除共模噪聲;二次側(cè)屏蔽層接系統(tǒng)地或邏輯公共地;二次側(cè)最外層屏蔽亦接系統(tǒng)地。這樣可以使電網(wǎng)中的脈沖浪涌和高頻噪聲降低到原來的60%~70%。
瞬變噪聲的抑制,在切換感性負(fù)載或容性負(fù)載時(shí),負(fù)載中電流急劇變化,在電網(wǎng)中形成很高的脈沖瞬變噪聲,這類噪聲頻譜寬,能量大,范圍廣,對PLC控制器及交直流裝置危害很大。對感性負(fù)載如交直流接觸器、繼電器采用RC、RD、RCD、穩(wěn)壓管、壓敏電阻等吸收網(wǎng)絡(luò);對容性負(fù)載加裝限流裝置如電阻、放電開關(guān)等。
三、系統(tǒng)控制盤與設(shè)備連線
連線原則
在連線布置上,應(yīng)使主要的連接線與干擾源保持適當(dāng)?shù)奈锢砭嚯x;其次使微電壓信號電纜與大動(dòng)力電纜在其布線之間保持一定的物理距離,一般可采用以下措施:
⑴.信號電纜和動(dòng)力電纜垂直交叉或分槽布線;
⑵.信號電纜與噪聲電纜及動(dòng)力電纜在控制盤端子板分兩端安裝;
⑶.在所規(guī)定的電流、引線阻抗及布線長度下,盡量減少所用導(dǎo)線的截面尺寸;
⑷.不要采用不同金屬的導(dǎo)線相互連接;
⑸.盡量減少或不設(shè)中間端子板或連接點(diǎn);
⑹.滿足設(shè)備對環(huán)境溫度、濕度及清潔度的要求;
⑺.控制盤外殼、電纜管道、電纜橋架、被控制設(shè)備外殼之間用扁鐵可靠連接,最后一點(diǎn)接入盤內(nèi)PE(保護(hù)接地線),以防產(chǎn)生接地回路。扁鐵截面積不小于3X40mm2;
⑻.信號電纜中使用雙絞屏蔽計(jì)算機(jī)電纜,屏蔽層接入FE (屏蔽保護(hù)及防靜電接地線)銅排。
四、結(jié)語
干擾源來自空間及電網(wǎng),隔離、屏蔽、濾波、接地是抗干擾的主要手段,不同生產(chǎn)廠家的控制設(shè)備可靠性相差甚遠(yuǎn),其原因在于產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造工藝的不同,通過完善的設(shè)計(jì),合理的結(jié)構(gòu)布置,科學(xué)的器件篩選,規(guī)范的配線工藝,以及嚴(yán)格的出廠檢驗(yàn)和調(diào)試,才能提高產(chǎn)品的可靠性、抗干擾能力,達(dá)到控制設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行,以獲得最大化的經(jīng)濟(jì)效益。
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