关键字：变频器；模拟量；干扰

1 系统介绍

1.1 实验装置介绍

A5300型过控仪表实验系统侧重于掌握各类工业传感器原理、安装和应用以及各类仪表的使用。单容下水箱液位PID控制流程图如图1所示，测点清单如附表所示。

图1 单容下水箱液位变频器PID单回路控制

附表 单容下水箱液位变频器PID单回路控制测点清单

水介质由泵P1从水箱V3中加压获得压头，经由调节阀FV1或电磁阀XV1进入水箱V1，通过手阀JV16回流至水箱V3而形成水循环；其中，水箱V1的液位由LT1测得，用变频器U1频率的大小控制泵供水的多少来改变V1液位。在实验过程中，操作步骤和调试如下：

（1）编写控制器算法程序，下装调试；编写测试组态工程，连接控制器，进行联合调试。

（2）在现场对象上，选择管路，打开或关闭相应手阀、电磁阀或电动调节阀。

（3）在控制柜上，将下水箱液位输出连接到BT-AI，变频器控制端连到BT-AO。（连线时注意正负）

（4）打开设备电源。设置变频器为模拟量控制。启动变频器。

1.2 液位/压力变送器介绍

系统采用FB0803系列扩散硅压力变送器，FB0803系列扩散硅压力变送器由传感器和信号处理电路组成。其中传感器压面设有惠斯顿电桥，当增加压力时，电桥各桥臂电阻值发生变化，通过信号处理电路，转换成电压变化，最终将其转换成标准（4~20）mA信号输出。其原理见图2所示。

图2 FB0803系列扩散硅压力变送器原理图

2 故障现象

在进行单容下水箱液位变频器PID单回路控制实验时，水箱水位尚未达到液位值，现场水箱液位如图3所示。

根据现场水箱液位监控梯形图画面当中看到，变频器启动后监控液位变送器根本无法正常工作，与实际水位不符，PLC无法正常运行，图4所示。

其中，现场水箱液位监控梯形图模块，采用西门子PLC300模拟量检测输入模块FC105，FC105块为压力变送器液位测量模块；PIW288为压力变送器液位测量模块为电流信号IN；HI-LIM为测量上限，LO-LIM为测量下限；BIPOLAR为传感器极性；M0.0传感器单极性；RET-VAL为块的程序判断错误；OUT输出DB1.DBD0，为转换后的液位值。从图4中可以看出当变频器启动后FC105模块的OUT输出值为13.7153cm，液位值一直在13cm到14cm浮动，水箱水位尚未达到液位值。

                                                      图3 现场水箱液位                                                          图4 梯形图监控画面

3 故障分析

3.1 电源干扰

电源干扰是变频器运行时，产生的谐波电源短路或者在电网中形成脉冲冲击。A5300系统中，PLC与现场仪表的电源均由主电源供电，因此会影响PLC等现场仪表运行，严重影响现场仪表工作。由于电网受到电磁干扰，持续的高频谐波干扰足以破坏PLC或者现场仪表的半导体元件。大量的谐波通过半导体的线路中分布的电容、绝缘电阻，侵入PLC或者现场仪表，引发错误信号传递，造成难以估计的损失。

3.2 来自信号传输线上的干扰

除了传输有效的信息外，PLC系统连接各类信号传输线总会有外来干扰侵入，此干扰主要有2途径：（1）通过PLC供给变送器24V电源或公用仪表电源，串入电网干扰；（2）信号线上的外部感应干扰，其中的静电放电，脉冲电场及切换频率电压为主要干扰源。由于信号线引入的干扰会引起I/O测点测量信号能力精准度大大降低，严重的情况下将引起PLC模拟量模块或现场仪表损坏。若隔离效果非常差劲的话，有可能导致信号与信号互相干扰，引发总接地共同回流，造成PLC或现场仪表运算错误，轻则造成停车，重则会造成严重的生产损失。

3.3 变频器干扰

变频器具有节能、稳定牢靠，适应到各类企业生产工艺当中，随之带来的很多关于变频器产生的干扰问题。设备运转对变频器产生影响，变频器设备运行时产生高次谐波，是主要的电磁干扰信号，通常通过导线和辐射的方式进行传递。变频器的整流部分对电网来讲是非线性的负载，所产生的谐波对同一线槽内的信号线，现场仪表设备产生干扰，变频器逆变装置采用PWM技术，变频器运行情况下，会造成大量的噪声和电磁波干扰，变频器对附近的设备来说是一种干扰源，对24V弱电设备仪表变送器造成无法正常测量及工作。

4 故障处理

4.1 接地方式

具有良好的接地是保证PLC、现场仪表的重中之重，可避免偶然发生的电压、电流冲击危害。工作接地一般用在380V/220V电力系统当中，由变压器引出4条线，即3根相线一根中性线，根据要求可接动力电源或照明。动力如电机水泵等用380V，照明仪表电源等用220V。仪表接地、仪表屏蔽接地就隔离掉大气环境的各种电磁波和谐波干扰，避免对仪表信号造成干扰。准确的接地就是单端接地，即一根信号线的屏蔽网有一端是接地的，另一端必须与地绝缘。除了热电阻、热电偶是现场接地的，其他仪表都是控制室集中接地。这是因为热电阻、热电偶本身外壳就是接地的，在控制室就不需要再接地。如果屏蔽网有两个或多个接地，那么它就会行程一个一端接地的电容，不仅起不到对杂波信号的屏蔽作用，而且会加强将外界杂波信号对信号线的传入，这是非常有害的。对于接地的接地桩，屏蔽接地的接地桩和保护性接地的接地桩必须分开，这是两种不同类型的接地，千万不可混接。

4.2 现场仪表的信号抗击干扰

信号的干扰是输入线之间的差模干扰，可以利用PLC300里面的硬件组态干扰频率，利用最大的干扰频率400Hz进行滤波处理，能有效的防止差模干扰对系统造成的错误判断，如图5所示。而信号线与大地间的共模干扰，可以通过数显仪表的接地来抵制。输入端有感性负载时，为了防止感应电势的影响，可采用更好的硬件措施处理如信号隔离器。

图5 模拟输入通道干扰频率设置

5 实验效果

经过整改变频器现场仪表后，PLC300梯形图模拟量FC105功能块，液位如图4所示，水箱液位达到满液位与实际液位。

通过对现场整改我们可以从图6和图7看出，变送器测量液位已经按照要求达到实验目的。变频器干扰得以隔绝。变频器启停不会再对现场仪表进行干扰。

                                     图6 现场水箱液位                                                                        图7 梯形图监控画面

6 结束语

通过研究实验得出现场仪表和仪表信号采集设备利用屏蔽线、信号隔离器进行阻隔变频器对仪表灯设备进行干扰处理，已经达到良好的效果。（1）现场仪表和PLC电源与变频器电源单独供电，避免谐波干扰影响现场仪表及PLC。（2）现场仪表压力变送器信号线采用屏蔽线单独接地，并在PLC输入端添加信号隔离器进行屏蔽，避免信号线上感应干扰。（3）现场仪表接地与变频器接地独立接地。动力线、电源线与仪表线分开安装。信号线与接地与动力电源线接地分开独立接地，让仪表运行环境良好，且稳定运行达到实验目的。