压砖机模拟量的干扰测试分析及抑制措施

    丁亚辉

    

    

    

    摘 要：通过对压砖机主缸压力的示波分析，找出压机主缸压力受干扰的来源，归纳了变频干扰的类型，提供抑制干扰的措施。

    关键词：液压自动压砖机;PLC;主缸压力的示波分析;共地;辐射干扰

    1 前 言

    陶瓷压砖机是陶瓷砖生产线最关键的设备，是机、电、液、计算机控制技术和陶瓷工艺技术相结合的现代高科技设备。液压自动压砖机是陶瓷墙地砖生产在线重要的设备，压砖机一般采用模拟量压力传感器检测主缸压力，做好各项抗干扰措施，才能达到压力精准控制的目的。因此了解干扰的来源，并从源头切断干扰的传导路径，显得尤为重要。

    2 电磁干扰

    按传播路径来分，电磁干扰可分为传导干扰、空间干扰;传导干扰又分共模干扰和差模干扰，空间干扰又分辐射干扰和感应干扰;感应干扰又分电场耦合和磁场耦合。如图1所示：

    构成干扰要有三要素，骚扰源，传播途径，敏感设备。骚扰源分两种，一种是电场的骚扰源，一种是磁场的骚扰源。

    （1）射频辐射干扰，来自变频器的输入电缆和输出电缆。当变频器的输入输出电缆上有射频干扰电流时，由于电缆相当于天线，会产生电磁波辐射，产生射频干扰。变频器输出电缆上传输的电压，包含高频的成分，产生电磁波辐射，形成辐射干扰。射频辐射特性是受干扰的电子设备越近，干扰越严重。

    （2）谐波干扰，整流电路产生谐波电流，这种谐波电流在供电系统的阻抗上产生电压降，导致电压波形发生畸变，这种畸变的电压对于许多电子设备形成干扰（大部分电子设备仅能工作在正弦波电压下），常见的电压畸变是正弦波的顶部变平，谐波电流一定时，电压畸变在弱电源的情况下更加严重，这种干扰的特征是会对使用同一个电网的设备形成干扰，与设备与变频器之间的距离无关。

    （3）射频传导发射干扰，由于负载电压为脉冲状，因此变频器从电网吸取电流也是脉冲状，这种脉冲电流中包含了大量的高频成分，形成射频干扰，这种干扰的特征是会对使用同一电网的设备形成干扰，而与设备与变频器之间的距离无关。

    3 测试方法

    利用专用示波器对压砖机主缸压力进行采集，对比在不同接地条件下的主缸压力波形，从中找出一些变化规律：

    （1）变频器、压机控制柜采用不同的接地条件（分开独立接地、与压机或压机控制柜共接同一接地网），在变频器运行时，对比主缸压力波形，验证正确"接地"与否，对变频器干扰的作用。

    （2）不同变频器品牌在"共地"和"不共地"条件下，对比测试主缸压力波形，验证不同品牌变频器的干扰是否存在差异。

    （3）测试不同品牌变频器运行时，在与PLC近距离接触时，验证变频器是否产生辐射干扰。

    测试流程如图3 所示。

    4 测试结果

    通过上述五组对比试验，我们从主缸压力波形发现：

    （1）当变频器地线与压机控制柜地线分开独立接地时，A变频器对主缸压力的干扰很小，如图4。

    （2）当变频器地线与压机控制柜地线接入同一接地网时，A变频器对主缸压力的干扰特别大，如图5。

    （3）不同品牌变频器，所产生的干扰是存在差异的，S变频器无论是否共地，均不产生干扰，如图6。

    （4）A变频器同时存在辐射干扰，如图7。

    通过上述5组测试，可找出其中规律：变频器与压机或控制柜共接同一接地线，是变频器干扰压机模拟量（主缸压力）的主要途径，即变频器的谐波干扰，是引起主缸压力波动的主要原因。

    5 干擾的抑制措施

    通过良好的接地、规范的布线，可以有效减少干扰或切断变频器干扰的传导途径，提高压机模拟量的抗干扰能力。可通过以下措施来抑制变频器干扰：

    （1）在压机前后敷设两个或两个以上的接地网络，且满足以下要求：

    1）压机接地分为主体、动力柜、控制柜三大部分，要求主体的地基网络必须与工厂电网的地网分开，独立接地。

    2）控制柜单独接地，接地扁钢深入地下不少于2.5 m。 3）大功率电动机、翻坯机、料车等变频设备须独立接地，不能与压机主体、控制柜共地线。

    4）多压机时，各处接地极不得串联使用。

    5）动力柜、泵站使用的接地电阻不大于4 Ω，自控柜、压机使用的接地电阻不大于1 Ω。

    （2）规范布线：

    1） 动力柜到泵站的三相交流电源线、动力柜到控制柜的电缆线，分开敷设，且两个并行的线槽最小距离不小于0.6 m。

    2） 控制柜内不同电压等级的线缆（DC24V、AC220V）， 应该分开走线，即在柜内分左右线槽走线。

    3） 与变频器相连的信号电缆，应使用屏蔽电缆或者使用中间继电器隔开PLC与变频器。

    4） 模拟量输入/ 输出信号线，应该独立用屏蔽线缆走线。对于各模拟量信号线剥离屏蔽层后的裸露电线应尽可能短，并且剥离后的屏蔽层与信号线间应反向走线并良好接地，以防止屏蔽层内的干扰信号对模拟信号产生二次干扰。

    5） 压机动力柜到泵站电机的动力电缆尽可能短，地下敷设时应注意避免重迭交叉。

    6） 压机控制柜到各接线处的电缆应尽可能短。

    7） 压机自控柜到布料系统电柜的接线应经由泵站前方线槽通过，尽量远离泵站电机及动力柜。

    8） 翻坯机、料车等变频设备的电源，避免直接从压机动力柜引用。

    9） 大型变频设备及电柜应远离压机控制柜，降低辐射干扰影响。

    （3）采用抗干扰的数字量SSI压力传感器，是快速解决外部干扰的途径之一。恒力泰YP系列中大型压机上已推广应用。同样适用受外部干扰严重，且难以在现场重做地线的压机。

    6 结 语

    液压自动压砖机PLC控制系统的抗干扰是一个十分复杂的问题，通过示波测试和对比分析，直观显示变频干扰的主要途径。通过良好的接地、规范的布线，可以提高压砖机控制系统的抗干扰能力，可极大提高压砖机主缸压力的精确性、重复精度，解决因压力不稳引起的砖坯分层，提高产质量。

    参考文献

    [1] 瑞平.PLC 抗干扰及解决方法.中国工控网，工控论坛，PLC 论坛.

    [2] 殷华文， 王林鸿， 刘宏伟，等. 触摸屏监控器在PLC控制系统中的应用[J]. 电气自动化， 2001， 23（2）：64-66.

    [3] EMC Guide Line.西门子培训教程.