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煙草制絲線中現場總線的抗干擾問題

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摘要：介紹煙草制絲線中現場總線的抗干擾解決方案

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摘要：介紹煙草制絲線中現場總線的抗干擾解決方案。

　　近年來，現場總線技術在煙草制絲線中廣泛應用，自2000年以來，幾乎所有技改過的制絲線均應用到了現場總線。目前在煙草制絲線中主流的現場總線為Siemens公司ProFiBus/ProFiNet，其它的現場總線還有AB公司的ControlNet，DeviceNet，除此以外，還有極少量的其它品牌的總線，如CanBus等。
　　現場總線是安裝在生產過程區域的現場設備/儀表與控制室內的自動控制裝置/系統之間的一種串行數字式多點雙向通信的數據總線。其中“生產過程"包括斷續生產過程和連續生產過程兩類，或者現場總線是以單個分散的數字化、智能化的測量和控制設備。作為網絡節點，用總線相連接，實現相互交換信息，共同完成自動控制功能的網絡系統與控制系統。

　　現場總線是計算機網絡在工業領域的延伸，是應用在工業現場的網絡系統。既然是網絡系統，就存在網絡電磁干擾的問題，目前在煙草行業，現場總線的干擾問題，是在各個卷煙企業中比較普遍存在的現象。

　　電磁干擾（Electromagnetic Interference），有傳導干擾和輻射干擾兩種。傳導干擾是指通過導電介質把一個電網絡上的信號耦合（干擾）到另一個電網絡。輻射干擾是指干擾源通過空間把其信號耦合（干擾）到另一個電網絡。

　　在煙草制絲設備中，電磁干擾的源頭主要有變頻器、變壓器、維修用電焊機等。其中，以變頻器產生的電磁干擾對制絲線現場總線影響嚴重。

　　變頻器之所以會產生嚴重的電磁干擾，是因為變頻器在逆變過程中，通過斬波實現調速，由于斬波，產生了許多高次諧波，高次諧波通過傳導干擾和輻射干擾對現場總線產生干擾。
　　構成電磁干擾的三個主要因素為：干擾產生源、受到干擾的感受體及干擾傳播路徑，若三者缺一便無法構成干擾問題。

　　多數電磁干擾抑制都采用外殼屏蔽和縫隙屏蔽結合的方式來實現，大多數時候下面這些簡單原則可以有助于實現電磁干擾屏蔽：從源頭處降低干擾；通過屏蔽、過濾或接地將干擾產生電路隔離以及增強敏感電路的抗力等。電磁干擾抑制性、隔離性和低敏感性應該作為所有電氣自動化設計人員的目標，這些性能在設計階段的早期就應完成。

　　要解決電磁干擾有三種方法：其一為干擾產生源產生的干擾必須被壓到最小的情況；二為感受體（如網絡，PLC，計算機等等）必須受到保護，以期能抗拒高次諧波的干擾；三是干擾的傳播路徑被阻斷或是盡可能減少干擾的傳播機會。

　　解決制絲線中電磁干擾的解決辦法，主要從三個方面來論述。

1 從干擾產生源方面來講

　　既然制絲線中的電磁干擾主要來自變頻器，那么，對變頻器就要做特殊的處理，處理措施如下：
（1）在變頻器的進、出線端增加濾波器
變頻器是大家*的在各種系統中產生干擾的源頭，在變頻器的進線端、出線端都會產生高次諧波，如果將高次諧波濾掉，那么，變頻器產生的干擾就會大大降低。通過在變頻器的進、出端增加濾波器，能將絕大多數高次諧波濾掉，從而保證控制系統正常運行。

（2）變頻器的出線端采用屏蔽電纜
一個簡單的屏蔽罩會使所產生的電磁場強度降至最初的十分之一。只有如金屬之類導磁率高的材料才能在極低頻率下達到較高屏蔽效率。這些材料的導磁率會隨著頻率增加而降低，另外如果初始磁場較強也會使導磁率降低，還有就是采用機械方法將屏蔽罩作成規定形狀同樣會降低導磁率。
在高頻電場下，采用薄層金屬作為外殼或內襯材料可達到良好的屏蔽效果，但條件是屏蔽必須連續，并將敏感部分遮蓋住，沒有缺口或縫隙（形成一個法拉第籠）。
在變頻器的出線端采用屏蔽電纜，可以有效抑制高次諧波的空間傳遞，從而降低電磁干擾。
（3）變頻器的安裝位置應盡量遠離弱信號線
在煙草制絲線的控制系統中，變頻器，PLC，電機啟動器等器件經常分布在一套電控柜中，這樣變頻器產生的干擾就會對PLC等弱信號線產生非常大的干擾。

所以，設計者在做電控系統設計時，要將PLC等弱信號器件與變頻器等分開放置。

2 從受到干擾的感受體方面來講

（1）在PLC的電源處增加濾波器
為了增強PLC的抗力，在PLC電源入口處增加電源濾波器，將變頻器產生的高次諧波濾掉，從而保證PLC工作正常。

（2）良好的接地系統
電控系統另一個重要的措施是接地的處理。首先，必須保證電氣件可靠接地，不能有虛接現象；其次，網線的屏蔽層只能單端接地，目的是防止高次諧波形成的電流，竄入到其它系統中。

3 從干擾傳播途徑方面來講

（1）采用雙層橋架
在電纜線敷設時，采用雙層橋架設計，即動力橋架和信號橋架。動力橋架內敷設380VAC和220VAC電源線，信號橋架內敷設24VDC電源線，各種網線等弱信號線。

動力橋架和信號橋架在空中與地面平行敷設時，兩層橋架之間的高度差應在450cm以上。在動力橋架和信號橋架引入控制柜，與地面垂直敷設時，兩層橋架可以并行，或者背靠背由空中引下，但是不能將二者合在一塊共同引下，這樣會對整個系統的抗力大大減弱。
（2）電控柜內布線作特殊處理
電控柜內存在動力線380VAC和低壓控制電源24VDC，網線等，電控柜在布線時，要考慮到將強、弱電分開走線。這就要求設計者在設計柜內器件布置時，考慮到兩種器件的分布位置，避免在柜內布線時，產生交叉，從而造成干擾。如圖所示，紅色箭頭代表動力走線槽，蘭色箭頭代表信號線走線槽。這樣布線，就相當于采用了雙層橋架。