造紙現(xiàn)場總線的抗干擾問題探討

引言：

在紙機控制系統(tǒng)的設(shè)計!安裝!調(diào)試中,要特別注意現(xiàn)場總線的抗干擾問題,只有正確地采取抗干擾措施,才能使總線正常運轉(zhuǎn)為生產(chǎn)提供有利的保證。

根據(jù)國際電工委員會IEC1158定義,安裝在制造或過程區(qū)域的現(xiàn)場裝置與控制室內(nèi)的動控制裝置之間的數(shù)字式、串行、多點通信的數(shù)據(jù)總線稱為現(xiàn)場總線。當(dāng)今全球最流行的現(xiàn)總線有FF總線(FieldbusFoundation）、Profibus、Modbus等,在造紙行業(yè),ABB公司AF100應(yīng)用也很多。但是無論哪一種現(xiàn)場總線,都是數(shù)字信號,當(dāng)在介質(zhì)上傳輸時,由于干擾噪音的原因,使得“1”變成了“0”,“0”變成了“1”,從而影響現(xiàn)場總線性能,以至于不能正常工作。因此研究現(xiàn)場總線的抗干擾問題并提高現(xiàn)場總線的抗干擾能力非常重要。

1 紙機車間存在的干擾源

(1)紙機傳動系統(tǒng)是紙機車間最大的干擾源。紙機傳動系統(tǒng)的總負荷約占造紙車間總負荷的1/3以上,在系統(tǒng)的整流和逆變中,大功率電力電子元器件(IGBT等)高速開和關(guān)轉(zhuǎn)換,產(chǎn)生大量的高頻電磁波,污染整個車間,并且產(chǎn)生大量高次諧波,污染工頻電網(wǎng)。

(2)變壓器、MCC柜、電力電纜和動力設(shè)備。這些設(shè)備均為工頻,頻率較低,干擾一般發(fā)生在近場,而近場中隨著干擾源的特性不同,電場分量和磁場分量有很大差別。特別是動力設(shè)備啟動時,瞬間電流能夠達到額定電流的6~1倍,會產(chǎn)生大電流沖擊的暫態(tài)干擾。

(3)來自工頻電源的干擾。工頻電源波形畸變和高次諧波若未加隔離或濾波,便會通過向紙機控制系統(tǒng)供電而進入控制系統(tǒng),影響現(xiàn)場總線的信號。

(4)導(dǎo)線接觸不良產(chǎn)生的火花、電弧等。

(5)三相供電不平衡產(chǎn)生的地電流、屏蔽層不共地產(chǎn)生的接地環(huán)流。

2 干擾的傳播途徑

(1)由導(dǎo)線傳輸,稱為傳導(dǎo)干擾。在現(xiàn)場總線中,主要表現(xiàn)為地線阻抗干擾和來自工頻電源的干擾。

(2)通過空間以輻射的形式傳輸,稱為輻射干擾。

3 現(xiàn)場總線的抗干擾措施

(1)遠離干擾源 動力設(shè)備和電力電纜對現(xiàn)場總線的干擾,與距離的平方成反比,即隨距離的增大,干擾衰減非?？?。所以,現(xiàn)場總線設(shè)備遠離用電設(shè)備,現(xiàn)場總線電纜與動力纜分層橋架布置,都能起到很好的防干擾作用。遠離干擾源,是防止輻射干擾的重要措施。

(2)現(xiàn)場總線設(shè)備和電纜的屏蔽 現(xiàn)場總線屏蔽的機理,一是外來電磁波在金屬表面產(chǎn)生渦流,從而抵消原來的磁場;二是電磁波在金屬表面產(chǎn)生反射損耗,另一部分透射波在金屬屏蔽層內(nèi)傳播過程中,衰減產(chǎn)生吸收損耗?，F(xiàn)場總線的屏蔽是利用由導(dǎo)電材料制成的屏蔽并結(jié)合接地,來切斷干擾源。

(3)采用UPS電源或隔離變壓器 可防止來自工頻電源的干擾。

(4)采用光纜傳輸信號 在現(xiàn)場總線傳輸速度高!傳輸距離遠干擾大的情況下,盡可能地采用光纜。采用光纜后,有效解決了輻射擾和傳導(dǎo)干擾的眾多問題。若在不共地兩點之間,或者在接地狀況很不好的情況下,采用光纜傳輸現(xiàn)場總線信號,可有效防止接地環(huán)流等干擾。特別是紙機控制系統(tǒng)與紙機傳動!MCC之間,容易存在接地電位差,或接地環(huán)流,要特別注意,選用光纜優(yōu)于選用雙絞線。

(5)正確選擇和安裝紙機傳動系統(tǒng) 整流部分采用12脈沖整流可有效消除5次和7次諧波。傳動柜與電機之間的動力電纜,一定要采用良好屏蔽且三芯對稱的電力電纜。